東北大学は、室温から超高温度域まで強くて靭性に富んだ耐熱モリブデン合金(モシブチック合金)を発明し、その強度を1400℃から1600℃の温度範囲内で高精度に測定することに成功したと発表した。

同成果は、同大大学院工学研究科知能デバイス材料学専攻の吉見享祐教授、材料システム工学専攻の佐藤裕教授らの研究グループによるもの。内容の一部は、英国科学雑誌Scientific Reports(電子版)に掲載された。

現在、ジェットエンジンや発電用ガスタービンの心臓部にあたる高温・高圧回転部には、ニッケル基超合金が使用されているが、これら熱機関のエネルギー効率を一層高めるために、新しい耐熱材料、いわゆる超高温材料の開発が求められている。一方で、高温で高強度な材料は一般に脆くて壊れやすいという欠点を持っており、実用化に向けて脆性の克服は課題の一つとされてきた。

  • モシブチック合金のミクロ構造の三次元立体図

    モシブチック合金のミクロ構造の三次元立体図(出所:東北大学)

今回、研究グループが発明した合金は、高融点金属の一つであるモリブデンにチタン、ケイ素、炭素、ホウ素を適度な濃度で混ぜ合わせたもので、実験室内でも溶解・鋳造法によって健全で比較的大きな試料の作製が可能だという。また、室温での破壊抵抗は、実用超硬合金と同等とのことだ。

これにより、十分な試料サイズの確保が可能となり、1400℃以上の超高温度領域における精度の良い合金の強度測定につながった。測定の結果、耐熱温度はニッケル基超合金よりもおよそ200℃も高いことが見積もられるという。

モシブチック合金の超高温特性を活かした応用展開例として、この合金で作製した摩擦攪拌ツールを使用することで、ニッケル合金であるインコネル600の摩擦攪拌接合に成功したとする。

  • モシブチック合金の摩擦攪拌ツールを使ったインコネル600合金の摩擦攪拌接合の様子

    モシブチック合金の摩擦攪拌ツールを使ったインコネル600合金の摩擦攪拌接合の様子(出所:東北大学)

これらにより、同合金の発明は、熱機関の高効率化、信頼性の向上と共に、金属加工技術の高温化、高精度化に貢献するものとして大いに期待できると研究グループは説明。今後、研究開発においては、金属加工技術の高度化を促進しつつ、モシブチック合金のさらなる性能アップを目指すという。