高温材料とクリープ

1000℃を超える高温の空気中で使う耐熱合金の保護皮膜についての説明として正しいものはどれか。

  1. ACr₂O₃の皮膜はどの温度でも揮発しないので、1000℃以上ではAl₂O₃の皮膜より常に保護性が高い
  2. BCr₂O₃の皮膜は約1000℃以上で揮発性のCrO₃になって減りやすいので、より高温ではAl₂O₃の皮膜をつくる合金が使われる
  3. C保護皮膜は速く厚く成長するほど保護性が高いので、放物線速度定数の大きい酸化物をつくる合金を選ぶ
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正解:B. Cr₂O₃の皮膜は約1000℃以上で揮発性のCrO₃になって減りやすいので、より高温ではAl₂O₃の皮膜をつくる合金が使われる

高温の保護皮膜には、緻密で、中の拡散が遅く(放物線速度定数が小さく)、母材によく密着することが求められ、代表はCr₂O₃、Al₂O₃、SiO₂です。Cr₂O₃は約1000℃までよい保護皮膜ですが、それより高温の酸化性の雰囲気ではCrO₃の気体になって揮発し、皮膜が薄くなります。Al₂O₃は成長がさらに遅く高温まで安定なので、Ni基超合金、遮熱コーティングのボンドコート、Fe-Cr-Alの電熱線などではAl₂O₃をつくらせます。少量のYやHfを加えると皮膜の密着性が上がります(活性元素効果)。皮膜が速く厚く成長することは金属が速く消費されることを意味し、保護性の高さとは逆です。

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