熱酸化パラメータのマイクロへの影響

Nov 25, 2023

Scientific Reports volume 13、記事番号: 11249 (2023) この記事を引用

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メトリクスの詳細

等軸微細構造を持つ Ti-6Al-3Mo-2Nb-2Sn-2Zr-1.5Cr (TC21) 合金上の保護酸化物層は、微細硬度と高温腐食耐性に大きく影響します。 今回の TC21 合金の熱酸化は、600、700、および 800 °C で 5、20、および 50 時間の継続時間で実行されました。 NaCl および NaCl + Na2SO4 塩媒体中での熱腐食法を、600 および 800 °C で 50 時間、未加工 (未酸化) および酸化サンプルに適用しました。 熱間腐食を 600 °C で 10 時間のステップで 5 サイクル実行しました。 最良の酸化物層の厚さは 800 °C で観察され、酸化時間と温度が増加するにつれて増加しました。 800 °C における酸化物層の表面硬度は、TiO2 相と Al2O3 相の形成により 900 ± 60 HV0.05 でした。 原料硬度は342±20HV0.05であり、熱酸化により3倍に増加した。 NaCl の場合、800 °C で 5 時間の場合を除き、重量損失がすべてのサンプルで大部分を占めました。 NaCl + Na2SO4 の場合、600 および 800 °C で 5 時間で重量増加が発生しました。 生のサンプルと 800 °C で 20 時間および 50 時間処理したサンプルでは重量損失が発生し、酸化物層が剥がれ落ちました。 高温腐食試験では、TiO2 や Na4Ti5O12 などの脆性相の形成により表面硬度が増加しました。 800 °C で 5 時間酸化させたサンプルは、最高の硬度と耐食性を示しました。

チタンは、優れた熱伝導特性を備えた低密度 (ステンレス鋼の 60% の密度) 非磁性合金です。 チタン合金は、航空、化学産業1、2、3、石油化学4、製薬5、6、生物医学産業、鉱業7、8、原子力およびエネルギー生成、地熱、淡水化、熱交換器9などの多くの用途で広く使用されています。合金は、合金化や微細構造などのさまざまな要因の影響を受けます10、11、12。 これらの合金は、強度、靱性、疲労、腐食、熱安定性などの優れた特性を備えています。 ただし、機械的特性に影響を与える主な要因は微細構造です。 チタン合金の重要な相は、α 相の六方最密充填構造 (HCP) と β 相の体心立方晶 (BCC) です。 α-β 合金は、最も広く使用されているチタン合金です。 チタン合金の多くの微細構造（層状、等軸、二峰性など）が形成されます。 微細構造は、さまざまな熱処理方式と冷却媒体を使用して変更できます。 微細構造パラメータには、形態、粒径、体積分率、相分布が含まれます13、14。

一般に、等軸微細構造は、良好な強度、高い延性、および高い疲労耐性を提供します15、16、17。 機械的特性は、ガスタービンの可動ブレードや固定ブレードなどのチタン用途にとって最も重要な性能要素です。 生体適合性は、歯科インプラントや骨足場などの医療において最も重要な要素です。 腐食は、流体輸送チューブなどの石油分野において最も重要な特性です。 したがって、産業分野における最も重要な要件は耐食性です。 チタン合金は腐食にさらされるため、酸素が金属基材の奥深くまで浸透して酸素溶解領域が形成され、その結果、影響を受けた領域がさらに脆くなる18、19、20。 チタン合金は、海洋環境では高温腐食を受け、酸素を含む環境では 400 °C を超える急速な酸化を受けます21。 酸化性の酸性環境や中性塩化物では、チタン合金はステンレス鋼よりも優れた耐腐食性を示します。 耐久性と保護性に優れた酸化膜により、その性質は環​​境変数に大きく影響されます。 チタンは腐食に強いです。 チタンが水環境にさらされると、表面に保護酸化物が瞬時に生成します1、22、23、24。 チタン合金の表面に形成される酸化物層は、鉄やアルミニウム合金などの腐食防止剤を必要とせず、還元媒体にさらされても、大部分の酸化環境および中性環境において全体腐食および局所腐食の両方に対して耐性を持ち続けます25。 26.