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コールドスプレー法を利用した耐熱材の補修・コーティング技術の概要
コールドスプレー法を利用した耐熱材の補修・コーティング技術の概要
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従来技術との比較
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 東北大学大学院工学研究科附属エネルギー安全科学国際研究センター准教授の小川和洋氏らは,コールドスプレー法による粒子付着技術を利用して,表面温度が900℃以上の環境にも耐える補修・コーティング技術を開発したと発表した。

 新エネルギー・産業技術総合開発機構(NEDO)の産業技術研究助成事業の一環として開発したもので,被コーティング材として想定したニッケル基超合金の基板上に,金属粒子を噴き付けることにより緻密な被膜を形成させることに成功した。具体的には,高温・高圧にした作動ガス(ヘリウムや窒素)が一気に膨張するのを利用して,作動ガスの流れに金属微粒子乗せて超音速程度まで加速し,それを基板に上に噴き付けて数mmの被膜を形成する。金属微粒子は固相のまま基板に衝突するので相変態や酸化が防げる。

 超合金基板は,母相であるγ相と析出強化相であるγ’相(Ni3Alの金属間化合物)の2相から成っている。小川氏らは,粒子が基板に高速で衝突する際に衝突面がγ相とγ’相である場合を想定し,最も結合エネルギーが高くなる噴き付け条件を分子動力学などを用いて予測・評価した。計算の結果,衝突界面で粒子と基板の結晶面が等しい,もしくは基板と粒子が接している原子層同士の反応が欠かせないことが判明。それに基づいて噴き付ける条件を最適化した。

 耐高温・高圧材料は,火力発電所や原子力プラントの構造物,自動車,鉄道,航空機などに広く使われているが,経年劣化するため補修して再利用されている。しかし,溶接法では,補修施工時間が長時間に渡る,熱による影響を受ける,溶接に特殊な技能を要するといった問題があった。コールドスプレー法による被膜形成技術を利用することで,大気中でも付着層内にほとんど酸化物や気孔なしに成膜でき,熱影響や高温酸化,相変態の少ない補修・コーティング技術を実現できるとしている。