1 第1 章 緒 言 1.1 ジ ェ ッ ト エ ン ジ ン 開 発 の 動 向 と 課 題 現 在 世 界 の ジ ェ ッ ト 旅 客 機 市 場 は ，1987 年 か ら 200 7 年 ま で の 20 年 間 で 7000 機 か ら 1600 0 機 と 2 倍 以 上 に 拡 大 し ， 今 後 更 な る 増 加 が 予 想 さ れ て い る1 . 1 )．こ の よ う な 状 況 に お い て ，ジ ェ ッ ト 機 ・ ジ ェ ッ ト エ ン ジ ン の 対 環 境 性 能 の 向 上 は こ れ ま で 以 上 に 重 要 な 解 決 す べ き 課 題 と な っ て い る1 . 1 , 1 . 2 )． そ の 中 で も ， 環 境 保 護 の 観 点 か らC O2排 出 量 の 削 減 が 求 め ら れ て お り ， こ の た め の 有 力 な 手 法 と し て 熱 機 関 の 高 効 率 化 が 挙 げ ら れ る ．実 際 ，2 011 年 に 就 航 し た ボ ー イ ン グ 社 のB7 87 型 旅 客 機 は そ れ ま で の 同 ク ラ ス で あ る B767 型 機 な ど と 比 較 し て 約 20 ％ の 燃 費 向 上 を 果 た し て い る が ， こ れ は 炭 素 繊 維 複 合 材 の 使 用 な ど に よ る 機 体 の 軽 量 化 だ け で な く ，新 型 エ ン ジ ン で あ るTre nt100 0 や GEnx エ ン ジ ン の 開 発 に 伴 う 高 効 率 化 が 大 き く 寄 与 し て い る1 . 3 - 5 )．F ig. 1.1 に Roll s -Ro y ce 社 の
航 空 エ ン ジ ン の 燃 料 消 費 効 率(S pe ci fic F ue l Consum pt ion: SF C) 改 善 の 経 緯 を 示 す が ，こ の40 年 の 間 に 約 25 ％ も の 低 燃 費 化・高 効 率 化 を 果 た し て い る こ と が わ か る1 . 6 )． こ の よ う な ジ ェ ッ ト エ ン ジ ン の 高 効 率 化 は 多 方 面 か ら 様 々 に 進 め ら れ て き た ．ジ ェ ッ ト エ ン ジ ン の 模 式 図 をF ig. 1.2 に 示 す ．こ の 図 に お い て 左 が 吸 気 側 で あ り フ ァ ン ，コ ン プ レ ッ サ ー そ し て 右 側 の 燃 焼 器 及 び タ ー ビ ン と な っ て い る ．低 温 度 か ら 中 温 度 領 域 で あ る フ ァ ン 及 び コ ン プ レ ッ サ ー の 一 部 で は 現 在 軽 量 で あ るTi 基 合 金 が 用 い ら れ ， エ ン ジ ン の 高 効 率 化 に 貢 献 し て い る ． ま た ， 熱 効 率 の 改 善 に よ る 高 効 率 化 も 行 わ れ て い る ．カ ル ノ ー サ イ ク ル に よ る 熱 効 率1 . 7 )（1. 1式 ） よ り 温 度 Th i g hの 上 昇 が 熱 効 率 の 向 上 に 寄 与 す る こ と ，す な わ ち 運 転 温 度 の 上 昇 が 高 効 率 化 に 有 効 で あ る こ と が 示 さ れ る ．す な わ ち ，Th i g hに 相 当 す る エ ン ジ ン の タ ー ビ ン 入
9 で は 合 金 中 の´ 相 の 析 出 量 ( 体 積 率 ) が 65 % 前 後 を 占 め る 高 強 度 Ni 基 合 金 が 主 流 と な っ て お り ， ま た 将 来 の 合 金 開 発 に お い て も´相 と相 と の 整 合 性 を 高 温 長 時 間 に わ た っ て 安 定 に 持 続 さ せ ，´相 の 凝 集 粗 大 化 を 抑 制 で き る よ う な 組 成・組 織 制 御 が 重 要 と な る1 . 1 7 )． こ の よ う に ，N i 基 超 合 金 は相 と’相 の 整 合 組 織 を 有 し て お り ， 高 い 高 温 強 度 を 示 す 非 常 に 優 れ た 材 料 で あ る ．ま た ，よ り 優 れ た 高 温 強 度 ，耐 酸 化 特 性 を 得 る た め の 材 料 設 計 が 活 発 に 行 わ れ て い る ． し か し な が ら ， 現 在 ， エ ン ジ ン の 高 効 率 化 の た め にTI T の 向 上 が 図 ら れ ， そ の 温 度 は1600 ℃ を 超 え 1700 ℃ に 達 し よ う と し て い る1 . 1 8 - 1 . 1 9 )． 実 際 ， ジ ェ ッ ト エ ン ジ ン の タ ー ビ ン ブ レ ー ド に 用 い ら れ るNi 基 単 結 晶 超 合 金 の 耐 用 温 度 は 研 究 開 発 中 で あ る 最 新 の も の で も1150 ℃ で あ り ，TI T の 160 0 ℃ と い う 値 は N i 基 超 合 金 の 耐 用 温 度 を 大 き く 超 え て い る1 . 2 0 - 2 1 )． こ の た め ， 過 酷 な 環 境 下 に あ る タ ー ビ ン ブ レ ー ド に は ，耐 熱 ・ 耐 酸 化 特 性 を 向 上 さ せ る た め の 熱 遮 蔽 コ ー テ ィ ン グ（The rm al Ba rrie r Coa ti ng: T BC ）シ ス テ ム が 必 要 不 可 欠 と な っ て い る1 . 1 8 , 2 2 )．
1.3 熱 遮 蔽 コ ー テ ィ ン グ （ T BC ） シ ス テ ム
10
Fig.1 .6 T BC を 施 し た タ ー ビ ン ブ レ ー ド の 模 式 図 1 . 2 2 )
ト ッ プ コ ー ト はT BC シ ス テ ム の う ち 熱 遮 蔽 効 果 を 担 当 す る ，セ ラ ミ ッ ク に よ り 作 製 さ れ る コ ー テ ィ ン グ で あ り ， 現 在 で は6 ～ 8wt %Y2O3 部 分 安 定 化 ZrO2 (Yi tt ria - S tabi lize d Zi rco nia :
12
13
着 法(CVD) の 一 種 と と ら え る こ と も で き る1 . 1 7 , 3 1 )． ア ル ミ ナ イ ズ
プ ロ セ ス の 模 式 図 をFig. 1.8 に 示 す ．
14
Fig.1 .8 ア ル ミ ナ イ ズ に お け る 反 応 の 模 式 図
15 ア ル ミ ナ イ ズ 処 理 後 に1 050 -110 0 ℃ の 温 度 域 に て 熱 処 理 を 施 す こ と が 一 般 的 で あ る1 . 1 4 )． Pt- ア ル ミ ナ イ ズ コ ー テ ィ ン グ は ， 一 般 的 に 電 気 め っ き 法 ， あ る い は ス パ ッ タ リ ン グ 法 な ど で 基 材 に7 -8µ m 程 度 P t を 被 覆 さ せ た 後 に 時 効 処 理 を 施 し ，さ ら に ア ル ミ ナ イ ズ 処 理 を 施 す こ と に よ り 作 製 さ れ る1 . 3 2 )． 極 め て 優 れ た 耐 酸 化 特 性 と 耐 腐 食 特 性 を 有 す る こ の コ ー テ ィ ン グ は ，タ ー ビ ン 翼 に 寿 命 向 上 を 寄 与 さ せ る 観 点 か ら 最 も 成 功 し た コ ー テ ィ ン グ の 一 つ と し て 挙 げ ら れ る ． ア ル ミ ナ イ ズ 処 理 後 のP t- ア ル ミ ナ イ ズ コ ー テ ィ ン グ 試 料 断 面 BS E 像 を Fi g.1 .9 に 示 す ． P t- ア ル ミ ナ イ ズ コ ー テ ィ ン グ は コ ー テ ィ ン グ 最 表 面 よ りPt -Ni -Al 濃 化 層 ， Ni-Al 濃 化 層 ， コ ー テ ィ ン グ と 基 材 の 界 面 近 傍 に 形 成 す る 相 互 拡 散 層 (I nt e r Di ffusi o n Zo ne : I DZ) の 3 層 と な っ て い る ．
16
24 参 考 文 献 1.1 ) （ 財 ） 航 空 機 国 際 共 同 開 発 促 進 基 金 ： 航 空 機 等 の 動 向 調 査 事 業 の 調 査 概 要 ，2 0 -6 (2008 )1 -4 1.2 ) （ 財 ） 航 空 機 国 際 共 同 開 発 促 進 基 金 ： 航 空 機 等 の 動 向 調 査 事 業 の 調 査 概 要 ，2 1 -2 (2009 )1 -6 1.3 ) 浅 見 海 一 ， 新 玉 重 貴 ， 真 鍋 健 三 ， 山 内 恵 介 ， 天 見 晴 雄 ， 松 本 博 之, 仁 井 真 治 ： 川 崎 重 工 技 報 ， 1 71 (2011) 8 -11 1.4 ) 加 納 照 之 ： 川 崎 重 工 技 報 ， 1 6 1 (2 00 6) 8 -11 1.5 ) 藤 村 哲 司 ， 西 川 秀 次 ， 守 屋 信 彦 ， 今 村 満 勇 ： I HI 技 報 ， 4 8 (2008)153 -15 8
25
1.20 ) 原 田 広 史 ： 金 属 , 7 5 (2005 ) 619 -6 25 1.21 ) 原 田 広 史 ： 金 属 , 8 2 (2012 ) 281 -2 89
1.22 ) N. P. P a dt ure, M. Gel l and E. H. J orda n: Sci ence, 296 -556 6 (20 02 ), 280 -284 1.23 ) 吉 葉 正 行 ： 日 本 ガ ス タ ー ビ ン 学 会 誌 ， 2 5 (199 7 )80 -87 1.24 ) 吉 葉 正 行 ： 日 本 ガ ス タ ー ビ ン 学 会 誌 ， 2 6 (199 8 )63 -68 1.25 ) 黒 田 政 治 ， 村 上 秀 之 ： 金 属 ， 7 5 (200 5)7 41 -745 1.26 ) 佐 藤 彰 洋 ， 松 永 康 夫 ， 吉 澤 廣 喜 ， 高 橋 耕 雲 ， 森 信 儀 ： 石 川 島 播 磨 技 報 ，4 7 (2 007 )1 -6 1.27 ) 黒 田 政 治 ， 村 上 秀 之 ： 2005 年 度 物 質 材 料 研 究 ア ウ ト ル ッ ク (20 05 )162 -163 1.28 ) 村 上 秀 之 ： 金 属 , 7 6 (2006 ) 1012 -101 6 1.29 ) 黒 田 政 治 ， 村 上 秀 之 ： 金 属 , 7 5 (2005 ) 741 -74 5 1.30 ) 松 本 一 秀 ， 川 岸 京 子 ： 金 属 , 8 2 (2012 ) 298 -30 2 1.31 ) 吉 葉 正 行 ： EN GI NE T HCHN OL OG Y ， 6 (2004 )40 -46
1.32 ) G. R.K rishna, D. K.Da s, V. Si ng h, S. V.J oshi ： Ma t erial s S cie nce a nd Engi ne e ri ng, A2 5 1 (1998)40 -47
1.33 ) 安 井 義 人 ， 村 上 秀 之 ， 吉 田 美 紀 代 ， 佐 藤 彰 洋 ， 立 野 晃 ， 黒 田 聖 治 ， 今 井 八 郎 ： 日 本 金 属 学 会 誌 ，7 3 (200 9 )913 -9 1 8 1.34 ) 村 上 秀 之 ： 金 属 ， 7 6 (2006)36 -40
1.35 ) 村 上 秀 之 ， 笠 井 一 輝 ： 高 温 学 会 誌 ， 3 7 (2011 ) 2 46 -24 9
1.36 ) W. S.Wal son, J .C.Scha effer, W. H. Murphy: Supera lloy s 1996, (199 6 ) 9 -1 8
1.37 ) A. Suzuki, C. M.F. Ra e, M. Yo shi da, Y. Mat subara, H. Mura ka mi: S upe rall oy s 2007 , P ro c. 777 -7 86
1.38 ) 佐 藤 彰 洋 ， 青 木 祥 宏 ， 荒 井 幹 也 ， 原 田 広 史 ： 日 本 金 属 学 会 誌 ，7 1 (2 007 ) 3 20 -325
1.39 ) 島 林 俊 介 ，筧 幸 次 ，村 上 秀 之 ，上 原 慎 矢 ： 日 本 金 属 学 会 誌 ， 7 4 (2010 ) 5 08 -514
26
1.41 ) 成 田 敏 夫 ： 動 力 ・ エ ネ ル ギ ー 技 術 の 最 前 線 講 演 論 文 集 (20 08 ), B17 -B22
1.42 ) 佐 藤 彰 洋 ，原 田 広 史 ，川 岸 京 子 ： 日 本 金 属 学 会 誌 ，7 0 (2006 ) 192 -195
1.43 ) J.D. Ny st rom , T. M. Pol lock, W. H. Murphy, A. Ga rg: Meta llugi cal a nd Ma te ral s Tra nsactio ns A, Vol. 28 A (19 97 ) 2 443 -24 52
1.44 ) W. S. Wa lst on, J. C. Schaeffer, W. H. Murphy: Supera lloy s 1996, (199 6 ) 9 -1 8
1.45 ) A. Suzuki , C. M.F. Ra e, R.A. Hobb s, H. Mura kami: Adv e rnce d Mat e ri als Re sea rch Vol . 278 (20 11 ) 78 -8 3 1.46 ) A. Suzuki, C. M. F. Ra e, M. Yo shi da, Y. Mat sub ara ,
H. Mura ka mi: S upe rall oy s 2008 , (20 08) 777 -786
1.47 ) 笠 井 一 輝 ， 村 上 秀 之 ， 黒 田 政 治 ， 今 井 八 郎 ： 日 本 金 属 学 会 誌 ，7 4 (2010 ) 19 -23
1.48 ) H. Mura ka mi a nd T. Sa kai： Scr. Mater. 5 9 (200 8 )428 -43 1 1.49 ) T. Sa kai, M. Shi b ata, H. Mura ka mi and S. Kuroda : Mater.
30
32
Fig.2 .4 ア ル ミ ナ イ ズ 後 の 各 面 に お け る 断 面 S EM 像 ： (a ) ブ ラ ス ト 処 理 (1 00) 及 び (b )(110 ), (c) 電 解 研 磨 (100 ) お よ び
35
Fig.2 .6 100 サ イ ク ル 後 の 各 面 に お け る 断 面 S EM 像 ： (a ) ブ ラ ス ト 処 理 (1 00) 及 び (b )(110 ), (c) 電 解 研 磨 (100 ) お よ び
37
Fig.2 .7 等 温 加 熱 100h 後 の 各 面 に お け る 断 面 S EM 像 ： (a ) ブ ラ ス ト 処 理 (1 00) 及 び (b )(110 ), (c) 電 解 研 磨 (100 ) お よ び
45
Fig.2 .12 等 温 加 熱 試 験 100 時 間 後 の SD Z 形 成 部（ 電 解 研 磨 (11 0) ） に お け る EBSD 解 析 結 果
47 参 考 文 献
2.1 ) M. O ka za ki, I. O hte ra a nd Y. Ha ra da: Me ta ll. Ma t er. Tra ns. A 3 5 (2004 ) 535 -54 2 2.2 ) 鈴 木 清 一 ： EBS D 読 本 ， TSL ソ リ ュ ー シ ョ ン ズ 2.3 ) 鈴 木 清 一 ， 足 立 吉 隆 ： ま て り あ ， 4 7 (200 8 ) 72 - 78 2.4 ) 梅 澤 修 ： 軽 金 属 ， 5 0 (20 00 ) 8 6 -93 2.5 ) 米 山 夏 樹 ， 久 布 白 圭 司 ， 吉 澤 廣 喜 ： 石 川 島 播 磨 技 報 ， 47(2007 )1 57 -16 1
2.6 ) Y. Wang, Z. -K. Liu a nd L. – Q. Che n: Acta Ma te r. 5 2 (20 04 ) 2665 -26 71.
2.7 ) S . S ha nka r and L . L. S eigl e: Metal l. Tra ns. A 9 (1978 ) 1478 -14 76.
2.8 ) K. Ka sai , H. Mura kami , S. K uro da a nd H. Im ai: Ma t er. Tra ns. 5 2 (20 11 ) 1768 -17 72.
2.9 ) H. Mura ka mi : Ki nzo ku 7 6 (2 00 6) 1012 -1016 .
51
る 噴 出 圧 力 2 .5a t m で 処 理 時 間 を 2 , 10,30 秒 と 変 更 し た 試 料 （ 以 下 そ れ ぞ れ 2 .5a t m -2 se c, 2.5 at m -1 0se c, 2 .5a tm -3 0se c ）で は 200 ピ ー ク 以 外 に 111 ピ ー ク が 処 理 時 間 に 伴 い 高 く な っ て 検 出 さ れ て い る ．こ れ ら の 結 果 か ら ，表 面 加 工 の 度 合 い 及 び 試 料 表 面 の 残 留 歪 み が 段 階 的 に 増 加 し て い る 様 子 が 確 認 さ れ た ．
54
Fig.3 .5 G ROD 解 析 結 果 に よ る 表 面 ひ ず み 量 の 見 積 も り
57
Fig.3 .9 サ イ ク ル 加 熱 試 験 3 サ イ ク ル 後 の 2.5 at m -2 se c, 10 se c, 30se c 試 料 お よ び 10 サ イ ク ル 後 の # 1200 ，F220 ，2 ，3 ，4 ，5at m
61
Fig.3 .12 3,4 ,5a t m 試 料 に お け る サ イ ク ル 数 に 伴 う S RZ 形 成 厚 さ の 変 化
62 3.5 小 括 1) 2.5a tm 以 上 の ブ ラ ス ト 処 理 に よ り ， XRD で (10 0 ) 面 か ら 200 以 外 の ピ ー ク が 観 察 さ れ ，表 面 近 傍 40-50m m の 領 域 に 加 工 硬 化 層 が 形 成 し た. 2) 表 面 処 理 後 ，XRD で 2 00 ピ ー ク の み が 検 出 さ れ る 場 合 は ボ イ ド が 形 成 し ，111 / 20 0 ピ ー ク 比 が 2 未 満 の 場 合 は ボ イ ド と SRZ の 双 方 が 形 成 し た ．一 方 ピ ー ク 比 2 以 上 で は S RZ が 形 成 し た. 3) SRZ は ， 基 材 に 導 入 さ れ た 歪 み に よ っ て 基 材 に 結 晶 方 位 差 を 生 じ た 場 合 に 再 結 晶 に よ り 形 成 し ，SRZ の 初 期 形 成 量 は 総 ひ ず み 量 の 増 加 と 共 に 増 加 す る. そ の 後 の 基 材 中 へ の 成 長 は 基 材 と コ ー テ ィ ン グ 膜 と の 拡 散 に 支 配 さ れ る た め ， 放 物 線 則 に 従 う. 参 考 文 献 3.1 )
63 第 4 章 二 次 反 応 層 の 3 次 元 解 析 4.1 緒 言 こ れ ま で の 章 で ， 界 面 近 傍 に 生 じ る 組 織 変 化 ， 特 に S RZ に つ い て そ の 形 成 機 構 の 解 明 を 行 っ て き た ．し か し な が ら ，こ の S RZ は 非 常 に 複 雑 な 形 状 を し て お り ，一 断 面 だ け で そ の 構 造 を 理 解 す る こ と は 困 難 で あ る ． こ の よ う な 試 料 の 観 察 方 法 と し て ，3 次 元 解 析 が 挙 げ ら れ る ． 金 属 材 料 へ 適 用 さ れ る 3 次 元 解 析 手 法 と し て は X 線 ト モ グ ラ フ ィ ー4 . 1 )や 3D -T EM 法 4 . 2 )な ど が あ げ ら れ る が ，分 析 範 囲 や 試 験 の 容 易 さ に お い て や や 難 が あ る ．そ こ で 本 研 究 で は ，dual bea m S EM を 用 い た 3D -EBS D 法 4 . 3 - 6 )を 用 い ，S RZ に つ い て EBS D 解 析 図 を 用 い て 立 体 像 を 作 製 し ，三 次 元 観 察 を 行 う こ と を 試 み た ．以 下 ， そ の 結 果 に つ い て 示 す ． 4.2 3 D -EBSD に つ い て の 解 説 三 次 元 の EBS D 像 は ，F I B に よ る 試 料 分 析 面 の ス ラ イ ス と EBSD 解 析 を 繰 り 返 し ， 断 層 図 （t om og ra phy ） を 取 得 し ， こ の 断 層 図 を も と に 3 D 像 を 作 製 す る ． 本 研 究 に お い て は ， L o ug hb o ro ug h Univ e rsit y が 所 有 す る D ual Bea m F EG -S EM (No va 600 ) に ED AX -EBS D を 取 り 付 け た も の を 使 用 し た ．
以 下 ，3 D -EBSD 及 び そ れ を 用 い た 3D 像 作 成 方 法 に つ い て 記 述 す る ．
4.2.1 3D -EBSD の 概 要
64 示 す ． 写 真 上 部 が S EM の 電 子 銃 で あ り ， 右 上 が G a イ オ ン 銃 で あ る ．ま た ，右 側 に 大 き く 張 り 出 し て い る 筒 状 の 部 分 が EBS D の 検 出 器 で あ り ，上 部 の 電 子 銃 よ り 照 射 さ れ た 電 子 線 の 回 折 パ タ ー ン を 取 り 込 む 部 位 で あ る ． 3 D -EBSD に お い て は ， EBS D 分 析 と FI B に よ る ス ラ イ ス を 交 互 に 行 い ， デ ー タ を 収 集 す る ．
Fig.4 .1 D ual Bea m SEM の 内 部 写 真
4.2.2 D ual Bea m SEM を 用 い た 3D -EBSD 試 料 作 製
68
Fig.4 .5 (a )F IB 使 用 時 の D ual -Beam S EM 内 部 写 真 及 び (b )FI B 研 削 の 模 式 図 ，(c)E BS D パ タ ー ン 取 得 時 の 内 部 写 真 及 び (d)内 部 模
69 以 上 の よ う に ，試 料 を 回 転 さ せ る だ け で 大 き な 移 動 な し に FI B と EBS D を 連 続 し て 行 う こ と が 可 能 で あ り ，試 料 分 析 点 の ず れ や ポ ジ シ ョ ニ ン グ に か か る 時 間 を 最 低 限 に 抑 え る こ と が で き る ．こ の ス ラ イ ス― EBS D 解 析 の 工 程 を 繰 り 返 す こ と で 連 続 し た 断 面 像 を 得 る ．F ig.4 .6 に 分 析 前 及 び 分 析 後 の 試 料 S EM 像 を 示 す ．分 析 後 に 減 少 し て い る 領 域 が ，3D と し て 構 成 さ れ る 領 域 で あ る ．
Fig.4 .6 (a)FI B -EBS D 分 析 前 及 び (b ) 分 析 後 の 試 料 写 真
4.2.4 3D 像 の 作 製
72 一 方 の(100 ) 試 料 に お い て は ，S EM に よ り 散 発 的 形 成 の SRZ を 補 足 し た 後 ，F IB に よ り 分 析 部 周 辺 を 掘 削 し て ，マ イ ク ロ マ ニ ュ ピ レ ー タ に よ り 取 り 出 し た ．こ の 回 収 し た 分 析 領 域 を オ ム ニ プ ロ ー ブ ピ ラ ー に P t デ ポ ジ シ ョ ン に よ り 接 合 し て 試 料 を 作 製 し た ． (10 0 ) 試 料 に お け る 分 析 範 囲 は 4 3x 50m , 分 析 ste p si ze は 0 .15
m ， S li ce t hi ckne ss は 2 00nm / sli ce, 総 有 効 ス ラ イ ス 量 は 227 枚 (お よ そ 45 m ) で あ る ． 各 工 程 を Fi g.4 .9 に 示 す ．
73 4.4 実 験 結 果
4.4.1 (100 ) ， (11 0) 試 料 断 面 像
74
Fig.4 .10 ブ ラ ス ト (110 ) 試 料 の 連 続 断 面 写 真 に お け る I Q マ ッ プ
75
Fig4. 12 ブ ラ ス ト (10 0 ) ， 実 際 に Li ft O ut 法 に よ り 試 料 を 作 製 し た 領 域
78
Fig.4 .16 (a )(110 ) 試 料 断 面 方 位 マ ッ プ と (b ) マ ッ プ 上 に 観 察 さ れ る SRZ 結 晶 粒 の 3 D 像 ， (c)(d) お よ び そ れ に 連 結 す る 複 数 の S RZ
79
Fig.4 .17 作 製 し た (10 0 ) 試 料 3D 像
81
Fig.4 .19 (110 ) 試 料 ， (a ) 双 晶 が 形 成 し て い る と 思 わ れ る 領 域 お よ び(b )(c)(d) 作 製 し た SRZ 内 部 の 結 晶 粒 の 3D 像
82 4.6 小 括 1) D ual Beam S EM を 用 い た 立 体 図 作 成 法 に よ り S R Z が 形 成 し た Ni 基 単 結 晶 超 合 金 の 3 次 元 可 視 化 に 成 功 し た ． 2) S RZ は コ ー テ ィ ン グ 層 中 に 形 成 の 起 点 と な る 根 を 持 ち ， 根 の 部 分 は 結 晶 方 位 が ラ ン ダ ム に 配 向 し て い る ． 3) S RZ の 結 晶 粒 は 複 雑 な 形 状 を し て お り ， 互 い に 絡 み 合 う 構 造 を し て い る ． 4) SRZ の 粒 界 に は 双 晶 粒 界 が 多 く 存 在 し ，双 晶 の 形 成 に 伴 い S RZ は 複 雑 に ， か つ ラ ン ダ ム に 配 向 す る ． 参 考 文 献
4.1 ) H.To da , I . Si nclai r, J . – Y. Buffiè re , E. Ma i re , K . H. K ho r, P. Greg so n, T. Ko ba yashi : Acta Mat e riari a, 52 (2004 ) 1 305 -131 7 4.2 ) 波 多 聰 , 光 原 昌 寿 , 田 中 將 己 , 宮 崎 裕 也 , 池 田 賢 一 , 金 子 賢 治, 中 島 英 治 , 東 田 賢 二 , 松 村 晶 : ま て り あ , 49 (201 0) 2 74 -2 79 4.3 ) 足 立 吉 隆 : ふ ぇ ら む , 13 (2008 ) 676 -689 4.4 ) 足 立 吉 隆 : ふ ぇ ら む , 15 (2010 ) 762 -769 4.5 ) 物 質・材 料 研 究 機 構 プ レ ス リ リ ー ス : 縦 型 全 自 動 シ リ ア ル セ ク シ ョ ニ ン グ 3D 顕 微 鏡 ”Genus_3D” の 開 発 , (2011) ht t p: //w ww. ni m s. go. j p/ ne w s/ pre ss/ 2011 /03 /20 110 303 0/ p20 110 3 030. pdf
85
Fig.5 .2 T MS -1 3 8 に お け る 各 ブ ラ ス ト 処 理 後 の 表 面 荒 さ
87
Fig.5 .5 UCS X8 試 料 ， 表 面 処 理 後 の XRD 解 析 結 果
5.3.1 ア ル ミ ナ イ ズ 後 の 試 料 断 面 組 織
88
Fig.5 .6 T MS -138 ， ア ル ミ ナ イ ズ 処 理 後 の 断 面 S EM 像 ： (a )ブ ラ ス ト F220 試 料 (10 0) 及 び (b ) (110 ), (c) WA36 -2 se c(100 ) 及 び (d)(110 ), (e ) WA3 6 -1 0 se c (100 ) 及 び (f)(110 ), (g ) WA36 -30 se c
89
Fig.5 .7 U CS X8 ， ア ル ミ ナ イ ズ 処 理 後 の 断 面 S EM 像 ： (a )ブ ラ ス ト F220 試 料 (10 0) 及 び (b ) (110 ), (c) WA36 -2 se c(100 ) 及 び (d)(110 ), (e ) WA3 6 -1 0 se c (100 ) 及 び (f)(110 ), (g ) WA36 -30 se c
90 5.3.2 サ イ ク ル 試 験 に 伴 う 組 織 変 化
91
Fig.5 .8 T MS -138 ，1 サ イ ク ル 後 の 断 面 S EM 像：(a )ブ ラ ス ト F 220 試 料(100 ) 及 び (b ) (110 ), (c) WA36 -2 se c(100 ) 及 び (d)(110), (e )
92
Fig.5 .9 T MS -138 ，3 サ イ ク ル 後 の 断 面 S EM 像：(a )ブ ラ ス ト F 220 試 料(100 ) 及 び (b ) (110 ), (c) WA36 -2 se c(100 ) 及 び (d)(110), (e )
93
Fig.5 .10 T MS -138 ， 1 0 サ イ ク ル 後 の 断 面 S EM 像 ： (a)ブ ラ ス ト F220 試 料 (1 00 ) 及 び (b ) (110 ), (c) WA36 -2 se c(10 0 ) 及 び (d)(110 ),
94
Fig.5 . 11 T MS -138 ， 100 サ イ ク ル 後 の 断 面 S EM 像 ： ( a)ブ ラ ス ト F220 試 料 (1 00 ) 及 び (b ) (110 ), (c) WA36 -2 se c(10 0 ) 及 び (d)(110 ),
96
Fig.5 .12 UCS X8 ， 1 サ イ ク ル 後 の 断 面 S EM 像 ： (a )ブ ラ ス ト F220 試 料 (1 00 ) 及 び (b ) (110 ), (c) WA36 -2 se c(10 0 ) 及 び (d)(110 ),
97
Fig.5 .13 UCS X8 ， 3 サ イ ク ル 後 の 断 面 S EM 像 ： (a )ブ ラ ス ト F220 試 料 (1 00 ) 及 び (b ) (110 ), (c) WA36 -2 se c(10 0 ) 及 び (d)(110 ),
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Fig.5 .14 UCS X8 ， 1 0 サ イ ク ル 後 の 断 面 S EM 像 ： (a)ブ ラ ス ト F220 試 料 (1 00 ) 及 び (b ) (110 ), (c) WA36 -2 se c(10 0 ) 及 び (d)(110 ),
99
Fig.5 .15 UCS X8 ， 100 サ イ ク ル 後 の 断 面 S EM 像 ： (a)ブ ラ ス ト F220 試 料 (1 00 ) 及 び (b ) (110 ), (c) WA36 -2 se c(10 0 ) 及 び (d)(110 ),
101
Fig.5 .17 U CS X8 2 00 サ イ ク ル 後 の 断 面 S EM 像 : (a ) 機 械 研 磨 (100 ) 及 び(b )(11 0 ), (c)WA36 -5 at m の ブ ラ ス ト 処 理 を 施 し た (10 0 ) 及 び
110
Fig.6 .5 サ イ ク ル 酸 化 試 験 10 サ イ ク ル 後 の 試 料 断 面 組 織 : (a ) 機 械 研 磨 試 料( 1 0 0 ) ， (b ) ブ ラ ス ト 処 理 試 料 ( 1 0 0 ), ( c ) 機 械 研 磨 ( 11 0 ) ，
111
113
Fig.6 .7 サ イ ク ル 酸 化 試 験 200 サ イ ク ル 後 の 各 試 料 断 面 SEM 像 ：(a ) 機 械 研 磨 試 料 (1 00 ) ， (b ) ブ ラ ス ト 処 理 試 料 (1 00 ), (c) 機 械 研
114
116 6.5 小 括 1) ブ ラ ス ト 処 理 と 機 械 研 磨 処 理 ，異 な る 表 面 処 理 を 施 し た Ni 基 単 結 晶 超 合 金 に ア ル ミ ナ イ ズ を 施 し た 試 料 を サ イ ク ル 酸 化 試 験 に か け た と こ ろ ，ブ ラ ス ト 処 理 を 施 し た 試 料 で は 耐 酸 化 特 性 が 低 下 し た ． 2) ブ ラ ス ト 処 理 を 施 し た 試 料 で は ， コ ー テ ィ ン グ / 基 材 界 面 近 傍 の 基 材 に S RZ が 形 成 し ， A l の 内 方 拡 散 を 促 進 す る . 3) コ ー テ ィ ン グ 層 か ら の A l の 優 先 的 な 内 方 拡 散 は ，コ ー テ ィ ン グ 中 の A l 量 低 下 に 伴 う A l2O3 形 成 能 の 低 下 と ， コ ー テ ィ ン グ 層 中 の 微 小 ボ イ ド 形 成 を 引 き 起 こ す 3) 基 材 結 晶 方 位 の 影 響 は ， 表 面 処 理 の 影 響 に 比 べ 軽 微 で あ る ． 参 考 文 献
118 後 に 1085 ℃ -1h の 条 件 で 処 理 を 施 し ，こ れ を P t -di ffusi on 試 料 と し た ． Table 7. 1 Pt め っ き 条 件 Pt (N H3)2(N O2)2 Pt6g ・ L- 1 Tem pe ra t ure 353K Curre nt de nsi ty 1.0 X 102A・ m- 2
119 7.3 実 験 結 果 ア ル ミ ナ イ ズ 試 料 に つ い て は ，第 3 章 で 示 し た 通 り で あ る ．ブ ラ ス ト 処 理 面 で は 加 熱 履 歴 に か か わ ら ず S RZ が 形 成 し ， 電 解 研 磨 面 ，機 械 研 磨 面 で は サ イ ク ル 加 熱 後 で は ボ イ ド ，等 温 加 熱 後 で は SD Z が 形 成 し た ． 以 下 ， P t -di ffusio n 試 料 ， P t- ア ル ミ ナ イ ズ 試 料 に 生 じ た 組 織 変 化 に つ い て 示 す ． 7.3.1 P t -di ffusi o n 試 料 ， 時 効 処 理 後 の 試 料 断 面 組 織
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Fig.7 .1 時 効 処 理 後 の Pt -di ffusio n 試 料 断 面 S EM 像 : (a )ブ ラ ス ト 処 理(100 ) 及 び (b ) (110 ), (c) 電 解 研 磨 (100 ) 及 び (d)(110 ), (e ) 機
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Fig. 7.2 , 7. 3, 7 , 4に そ れ ぞ れ 時 効 処 理 後 の ブ ラ ス ト 処 理 面 ， 電 解 研 磨 面 ， 機 械 研 磨 面 のEBS D に よ る 結 晶 方 位 解 析 結 果 を 示 す ． こ の 図 に お い て 上 部 がP t - di ffusi on コ ー テ ィ ン グ 層 表 面 基 材 で あ り ， 下 部 が 基 材 で あ る ．
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Fig.7 .3 Pt - di ffusi on 試 料 ， 時 効 処 理 後 の 電 解 研 磨 面 に お け る EBS D 解 析 結 果 : (a )(10 0) に お け る 方 位 マ ッ ピ ン グ と (b )SEM 像 ，
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Fig.7 .4 Pt -di ffusi on 試 料 ， 時 効 処 理 後 の 機 械 研 磨 面 に お け る EBS D 解 析 結 果 : (a )(10 0) に お け る 方 位 マ ッ ピ ン グ と (b )SEM 像 ，
124
7.3.2 P t -di ffusi o n 試 料 ， サ イ ク ル 試 験 に 伴 う 組 織 変 化
125
Fig.7 .5 サ イ ク ル 加 熱 試 験 10 0 サ イ ク ル 後 の P t -di ffusion 試 料 断 面S EM像：(a )ブ ラ ス ト 処 理 (10 0) 及 び (b ) (110 ), (c) 電 解 研 磨 (100 )
127
129
Fig7. 7 ア ル ミ ナ イ ズ 処 理 後 の P t -ア ル ミ ナ イ ズ 試 料 に お け る 断 面 SEM 像 ： ( a )ブ ラ ス ト 処 理 (1 00 ) 及 び (b ) (110 ), (c) 電 解 研 磨
130
7.3. 4 Pt -ア ル ミ ナ イ ズ 試 料 ， サ イ ク ル 試 験 ， 等 温 加 熱 試 験 に 伴 う 組 織 変 化
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Fig.7 .8 100 サ イ ク ル 後 の P t -ア ル ミ ナ イ ズ 試 料 に お け る 断 面 SEM 像 ： (a )ブ ラ ス ト 処 理 (10 0) 及 び (b ) (110 ), (c) 電 解 研 磨 (100 )
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Fig.7 .10 等 温 加 熱 1 00h 後 の Pt - ア ル ミ ナ イ ズ 試 料 に お け る 断 面 SEM 像 ： (a )ブ ラ ス ト 処 理 (10 0) 及 び (b ) (110 ), (c) 電 解 研 磨 (100 )
134
137 あ る こ と を 示 し て い る ．こ の 様 に 表 面 が 多 結 晶 化 し た 理 由 と し て ， Pt を 電 気 め っ き 法 に よ っ て 被 覆 す る 際 ， め っ き 層 に 残 留 応 力 が 生 じ た 事 ， ま た そ の 後 の 時 効 処 理 に よ り P t の 拡 散 と め っ き 時 に 生 じ た 応 力 が 多 結 晶 化 を 引 き 起 こ し た こ と が 予 想 さ れ る. こ の 多 結 晶 領 域 で あ る P t 拡 散 層 が ア ル ミ ナ イ ズ 処 理 時 に 相 互 拡 散 ， 特 に Al の 内 方 拡 散 を 促 進 し ，再 結 晶 を 伴 う 組 織 で あ る SRZ を 形 成 ， 成 長 さ せ た こ と が 考 え ら れ る ． さ ら に ，P t は Al の 活 量 を 低 下 さ せ ，A l の 拡 散 を 促 進 さ せ る こ と が 知 ら れ て い る 7 . 3 )．実 際 ，Fi g.7 .5 に 示 さ れ る よ う に P t-ア ル ミ ナ イ ズ で は 初 期 の コ ー テ ィ ン グ 厚 さ が 15 0m 程 度 で あ り ， ア ル ミ ナ イ ズ 試 料 の コ ー テ ィ ン グ 厚 さ 約 95m と 比 較 し て 厚 く 形 成 さ れ て い る . こ の た め ， コ ー テ ィ ン グ か ら 基 材 へ の A l の 浸 透 量 が さ ら に 増 加 し ， S RZ の 形 成 を 促 進 し た こ と も 考 え ら れ る. こ の よ う に ，P t そ の も の で は な く ， Pt 拡 散 層 の 形 成 に よ る 表 面 の 多 結 晶 化 及 び 基 材 へ の A l の 拡 散 浸 透 量 の 増 大 が P t-ア ル ミ ナ イ ズ 試 料 に お け る SRZ 形 成 の 大 き な 要 因 で あ る と 予 想 さ れ る . 7.5 小 括 1) Pt -ア ル ミ ナ イ ズ 試 料 に お い て は 加 熱 履 歴 に 関 わ ら ず SRZ が 形 成 さ れ た. こ れ は Pt め っ き 後 の 時 効 処 理 過 程 に お い て め っ き 内 の 残 留 応 力 が 緩 和 さ れ た こ と に 伴 い 生 じ る 基 材 表 面 近 傍 の Pt 拡 散 層 の 多 結 晶 化 が Al の 内 方 拡 散 を 促 し た た め で あ る と 考 え ら れ る.
138 参 考 文 献
7.1 ) 安 井 義 人 ： 芝 浦 工 業 大 学 修 士 論 文
7.2 ) K . Ka sai , H. Mura ka mi, S . K uro da a nd H. I m ai: Mat er. Tra ns. 5 2 (20 11 ) 1768 -17 72.
7.3 ) Y. Ya sui, H. Mura kami , M. Yo shi da, A. S at o, A. Tat eno, S . Kuro da a nd H. I m ai: J . Ja pa n. I nst . Met al s 7 3 (2009 ) 913 -918 . 7.4 ) S. Ha ya shi, S. I. Fo rd, D . J . Young , D . J . S o rdele t, M. F. Be sse r and B. Gle e so n: Act a Ma t er. 5 3 (2005 ) 3 19 -3 3 28.
