Ru含有ニッケル基単結晶超合金の950°Cにおける溶融Na2SO4雰囲気下での高温腐食挙動と機構
Hot Corrosion Behavior and Mechanism of Ru-Containing Ni-Based Single-Crystal Superalloy Exposed to Molten Na2SO4 at 950 °C
本研究では、低Cr、Ru含有ニッケル基単結晶(SX)超合金の950°C、最大200時間のNa2SO4腐食環境下での高温腐食挙動を系統的に調査した。合金の高温腐食速度は、潜伏期と加速期の典型的な2段階特性を示し、100時間後には質量増加率が低下した。初期潜伏期では、溶融硫酸塩が界面酸素分圧を低下させ、不連続な網状Al2O3/Cr2O3と不安定なMoS2の形成を促進した。腐食が進むと、酸化物層上部のMoS2は消費される一方、比較的連続したMoS2層が内部硫化物層として形成された。さらに、MoS2の進化と硫酸塩からの硫黄供給により、豊富な硫黄がRuと反応して熱力学的に安定なRuS2を形成した。これは、Ruが高温硫化反応に関与し、腐食生成物が不安定なMoS2相から熱力学的に安定なRuS2相へと転移することを示唆している。100時間以上の高温腐食で質量増加が継続しつつもその速度が低下したのは、内部硫化物が硫黄拡散速度に影響を与える可能性を示唆しているが、硫黄の内部浸透は継続している。
- 低Cr・Ru含有ニッケル基単結晶(SX)超合金の950°C、最大200時間のNa2SO4溶融塩腐食試験を実施し、腐食速度が潜伏期と加速期の2段階を示すことを確認。
- 初期潜伏期に溶融硫酸塩が界面酸素分圧を低下させ、不連続なAl2O3/Cr2O3と不安定なMoS2の形成を促すことを明らかにした。
- 硫黄がRuと反応して熱力学的に安定なRuS2を形成し、腐食生成物が不安定なMoS2相から安定なRuS2相へ転移することを示した。
Ru含有ニッケル基単結晶超合金の高温腐食機構に関する学術研究。RuS2への相転移など材料科学的な新知見だが、特定企業の発表ではなく、商用化時期や規模も示されておらず、短期的な投資判断に直結する事象は乏しい。ただし、ガスタービンや航空エンジン向け耐熱超合金の寿命・信頼性設計に関わる基礎知見であり、Ru添加のコスト対効果を左右し得るため、超合金サプライヤーやRu調達先の動向と併せて中長期で注視したい。