高温材料とクリープ
単結晶のNi基超合金に、レニウム(Re)などの重い元素を数%加える主な狙いとして正しいものはどれか。
- A母相γに固溶して拡散を遅くし、固溶強化とともにγ'粒子の粗大化を遅らせて、高温のクリープ強度を高める
- B表面に緻密で揮発しにくいレニウムの酸化物の皮膜をつくり、Al₂O₃の皮膜に代わって高温の耐酸化性を高める
- C合金の密度を下げて、高速で回転する翼にかかる遠心力の応力を小さくし、同じ温度での破断寿命を延ばす
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正解：A. 母相γに固溶して拡散を遅くし、固溶強化とともにγ'粒子の粗大化を遅らせて、高温のクリープ強度を高める
Reは合金の中での拡散が非常に遅い元素で、主に母相γに分配されて固溶します。γの固溶強化に加えて、γ'の粗大化や、高温で応力のもとでγ'が板状につながるラフティングの進み方を遅らせ、クリープ強度を大きく高めます。単結晶合金の世代は、Reを約3%含む第2世代、約6%含む第3世代のように、Reの量で区別されることがあります。ただし、Reを多くしすぎると、もろいσ相などのTCP相が析出しやすくなります。Reは重い元素なので密度はむしろ上がり、その酸化物は揮発しやすく保護皮膜になりません。耐酸化性は主にAlがつくるAl₂O₃の皮膜で確保します。