高温材料とクリープ
ある合金を高温の空気中で酸化させたところ、緻密な酸化皮膜の中の拡散が速さを決める放物線則 x² = k_p t に従い、100 hで皮膜の厚さが2.0 µmになった。同じ温度で900 h酸化させたときの皮膜の厚さはどれに最も近いか。
- A約18 µm
- B約6.0 µm
- C約4.2 µm
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正解：B. 約6.0 µm
放物線則では厚さは時間の平方根に比例するので、x = 2.0 × √(900/100) = 2.0 × 3 = 6.0 µmです。皮膜が厚くなるほど、イオンや電子が皮膜を通り抜ける距離が長くなって成長が遅くなるため、この形になります(ワグナーの理論)。約18 µmは厚さが時間に比例する直線則として計算した値で、直線則は皮膜が多孔質だったり割れたりして保護的でないときや、界面での反応が速さを決めるときに見られます。約4.2 µmは厚さが時間の3乗根に比例する3乗則として計算した値です。放物線速度定数k_pが小さい皮膜ほど保護性が高く、合金を選ぶときの目安になります。