一段上の技術革新を目指した 超耐熱モリブデン合金 -...
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一段上の技術革新を目指した超耐熱モリブデン合金
東北大学大学院 工学研究科
教授 吉見享祐
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基本組成：65Mo-5Si-10B-10TiC (mol.%)
溶解鋳造法で作製することを特徴としたモリブデン超合金（特許第5876943号）
モリブデンホウケイ化物（Mo5SiB2; T2）と炭化チタン（TiC）で金属モリブデン相を超高温域まで強化
室温から融点（~1725°C）まで安定なミクロ組織
摩擦攪拌接合用ツール
新超高温材料：第一世代モシブチック合金
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PW1000G (P&W)のカット・モデル
吸気
空気圧縮機
コールド・セクション
吸気ファン
燃焼室高圧タービン
低圧タービン
ホット・セクション
エネルギー変換の心臓部
モシブチック合金の最終開発ターゲット
高圧タービン動翼
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モリブデンとは？
• 高融点： Ti (1668°C) < Nb (2477°C) < Mo (2623°C) < W (3422°C)
• 比較的低密度：Fe (7.87 g/cm3) < Mo (10.22 g/cm3) < W (19.25 g/cm3)
• 高剛性(ヤング率)： Fe (211 GPa) < Mo (329 GPa) < W (411 GPa)
合金化による融点降下
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Tm (TiC): 3160°C
Tm (Mo5SiB2):2160°C
第一世代モシブチック合金Mo-10Ti-5Si-10B-10C (at%)Mo-6.8Ti-2Si-1.5B-1.7C (wt%)
Tm (Mo): 2623°C
Mo-Si-B合金をベースに合金開発
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アーク溶解とドロップキャスティング；~300 g
プラズマ溶解と水冷引抜き；> 1 kg
高周波溶解；~3.5 kg
鋳造プロセスへの挑戦
第一世代モシブチック合金のミクロ構造
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合金化により軽量化を達成
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モリブデンを上回る高いヤング率（高剛性）
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公称応力−塑性ひずみ曲線図（圧縮変形）
ピーク応力の温度依存性
Mo-6.8Ti-2Si-1.5B-1.7C
Mo-4.8Ti-1.9Si-1.5B-1.2C
山本, 吉見, 金, 横山：日本金属学会誌, 80 (2016) 51 – 59.
第一世代モシブチック合金の高温圧縮強度
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第一世代モシブチック合金の比強度
Temperature, T / °C
Sp
ec
ific
Str
en
gth
, s
S/ M
Pa
/(g
/cm
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第一世代モシブチック合金の高温クリープ強度 2
1200°C/170 MPa
1200°C/200 MPa
1250°C/170 MPa
1250°C/200 MPa
１％ひずみ(h)
597 345 135 79
Larson-Millerプロットによるクリープ応力と温度・1%ひずみの関係
log s = -0.201·PLM-1% + 8.056
Ultrahigh Temperature Nb-Silicide-Based Composites by B. Bewlay et al. in MRS Bulletin (2003)
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高温引張クリープ強度比較
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Rene 80：鋳造Ni基超合金CMSX-4, TMS-138：Ni基単結晶超合金
Moss：Si含有Mo固溶体合金SiC/SiC：SiC長繊維強化SiCマトリックス複合材料
改善された室温破壊靭性
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RF06, RX95：実用超硬合金（サンアロイ工業（株）製）
1st gen. MoSiBTiC
T. Moriyama et al., Intermetallics, 84 (2017) 92 – 102.
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構成相の体積率と室温破壊靭性
T. Moriyama et al., Intermetallics, 84 (2017) 92 – 102.
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第一世代モシブチック合金の応用：摩擦攪拌接合
摩擦攪拌接合（FSW）Friction Stir Welding非消耗型ツールを使った固相接合プロセス．自動車，航空機産業においてAl, Mg, Cu, Ti各種合金や鉄鋼材料，熱可塑性プラスティックス等に広く応用．摩擦攪拌ツールの耐熱性によって，Ni基超合金や耐熱鋼等への応用は依然適用が困難．
摩擦攪拌ツール材料：SKD工具鋼，W合金，Mo合金，Ir合金，超硬合金，PCBN，Si3N4等
第一世代モシブチック合金をNi基超合金用の摩擦攪拌ツールに応用：ドロップキャスト鋳塊／熱処理材を放電＋研削加工で摩擦攪拌ツールに加工．
モシブチック合金の原料価格と資源
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（株）高純度化学研究所様 粉末素材
元 素 確定埋蔵量（t）
モリブデン 1.1 M
ニオブ 0.4 M
タングステン 0.35 M
確定埋蔵量の国内訳MINERAL COMMODITY SUMMARIES 2014
実用化に向けた課題• 放電加工 良好
• 穴あけ加工・研削加工・切削加工 可
• 鋳塊の大型化 要検討
• 熱間鍛造 難
• 溶接性 不明
• 耐酸化性 要解決
– ペスト現象の抑制
次世代モシブチック合金の開発（JST-ALCA）
• 軽量化・高強度化ご相談ください
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企業への期待
• 粉末の押出成形による棒材，熱間プレス等による板材・バルク材の作製，その他粉末加工プロセスを実施いただける企業を募集中
• モシブチック合金を工具類，金型等へ応用展開いただける企業との連携
• 耐熱性の高い超硬合金をお探しの企業，あるいは金属材料の耐熱性の評価を検討中の企業との共同研究
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本技術に関する知的財産権
• 発明の名称 ：合金およびその製造方法
• 登録番号 ：特許第5876943号
• 出願人 ：東北大学
• 発明者 ：吉見 享祐，丸山 公一，後藤 孝，宮本 慎平，金子 昂弘，森山 貴裕
その他，非公開申請案件 １件
お問い合わせ先
東北大学 産学連携機構 総合連携推進部
産学連携コーディネーター 山田、松野
ＴＥＬ 022－217 － 6043
ＦＡＸ 022－217 － 6047
e-mail [email protected]
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