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超高温用工具材料、特殊環境（高温、水中等）用摺動材料、粉末冶金、放電プラズマ焼結

１．超高温用耐熱工具としての利用が期待できるTi(C, N)-W系サーメットの開発

我々は最近放電プラズマ焼結機（MAX2400℃）、真空炉、超高温圧縮試験機（MAX1700℃）、超音波パルス法弾性率測定装置等を用いて、 微細なRIM（縁）-CORE（芯）構造を示し、 また整合結合、固溶強化の機構も含むことにより、1600℃の超高温で従来の超高温用材料モシブチック合金やMoNbTaVWハイエントロピー合金より高い降伏応力を示し、難加工材用高速切削工具・恒温鍛造用金型・摩擦撹拌点接合ツールなど超高温用工具として利用の期待できるTi(C, N)-W系サーメット を開発しています。

T. Murakami, M. Katoh, D. Matsukura,K. Yoshimi. "High-temperature compression tests of Ti(C, N)-70 wt% W cermet and isothermal forging of Inconel 718 alloys using cermet molds", Journal of Materials Research and Technology, 24 (2023) 6578-6587.

図1　トライボロジー研究グループで保有する最高使用温度1700℃の
超高温圧縮試験機の外観（Arガスフロー、最大荷重5kN）

図2　トライボロジー研究グループで保有するバルク状サンプル用
超音波パルス法弾性率測定装置の外観

図3　開発工具を用いたSPCC鋼板の摩擦撹拌点接合試験の外観

（広島県立総合技術研究所東部工業技術センターで実施・撮影）

2．特殊環境（高温、水中等）用摺動材料の開発

我々は潤滑油や従来の固体潤滑剤（グラファイトや二硫化モリブデン） が使用しにくい大気中高温域（800〜1000℃）や水中、エタノール中など特殊環境下で利用できる摺動材料の開発を行っており、その結果、

�@大気中800℃あるいは1000℃でMoB、AlB₁₂、SiB₆が0.1程度の低摩擦係数を示すこと（図1、図2）

�A水中でAlB₁₂、SiB₆が0.1程度の低摩擦係数かつ低摩耗を示すこと

�Bエタノール中でFeSi₂が0.1程度の低摩擦係数かつ低摩耗を示すこと

�CFe₇Mo₆基合金が添加剤無添加の潤滑油中で0.1程度の低摩擦係数かつ低摩耗を示すこと

�DFe₇Mo₆を溶解後急冷すると変形能が期待できる準安定の体心立方構造となること

�EBarite型結晶構造のBaSO₄、SrSO₄、PbSO₄が大気中室温〜800℃で固体潤滑剤として機能すること

を明らかにしています。

図4　高融点ホウ化物の大気中高温における摩擦係数






図5　トライボロジー研究グループで保有するボールオンプレート式高温摩擦試験機の外観

（最高使用温度1000℃、雰囲気大気）

        

3．Nb基合金用耐酸化コーティングの開発

現在省エネルギー及び二酸化炭素排出量削減の目的で、火力発電のタービンブレードなどに用いられているニッケル基超合金部材をより高融点の ニオブ（Nb）、モリブデン（Mo）基合金部材に置き換え、発電の熱効率を改善することが検討されています。 Nb及びMo基合金は高温における耐酸化性が乏しいため、実際に高温で使用するためには耐酸化コーティングを行う必要がありますが、この コーティング技術、及び用いるコーティング用材料は未だ確立されておりません。我々は、

�@高温で保護皮膜が形成される合金が全く報告されていなかったNb系でNb₃Si₅Al₂マトリックス焼結体（組成Nb-47Si-20Al(at%)）及び (Nb,Cr)(Si,Al)₂マトリックス焼結体（組成Nb-56Si-11Al-3Cr(at%)）が、高温大気中でアルミナ保護皮膜を形成し、優れた耐酸化性を示すこと。

�A放電プラズマ焼結法及びパックセメンテーション法を組み合わせて形成したMo-Si-B系二層コーティングが1400℃で優れた耐性を示すこと

を明らかにしています。

１．誌上発表(ORCiD)

2．知的財産権

（１）加圧焼結体及びその製造方法、特許第7429432号、発明者：村上　敬、是永　敦、大花　継頼、2024年1月31日

（２）水潤滑用低摩擦・低摩耗摺動部材、及び、その製造方法、特許第6202315号、発明者：村上　敬、2017年9月8日

（３）αＦｅＳｉ２基及びβＦｅＳｉ２基低摩擦合金、該低摩擦合金からなる摺動部材、及び、該低摩擦合金の製造方法、
　　　特許第5618088号、発明者：村上　敬、間野大樹、日比裕子、2014年9月26日

（４）Ｆｅ−Ｍｏ二元系合金およびその合金被膜、特許5252484号、発明者：村上　敬、佐々木信也、2013年4月26日

（５）三相から構成されるＦｅ７Ｍｏ６基合金及びその製造方法、特許第5229862号、発明者：村上　敬、
　　　中野美紀、金田克夫、Xia Yanqiu、佐々木信也、2013年3月29日

（５）自己潤滑性複合材料及びその製造方法、特許4714922号、発明者：村上敬、Ouyang Jiahu、梅田一徳、
　　　佐々木信也、2011年4月8日

（６）MoSi₂-2wt%SiO₂/B添加Mo₅Si₃-5wt%SiO₂/Mo-Nb-Si三元系合金三層被覆Nb基合金及びその作製方法、特許3914989号、発明者：村上敬、
　　　佐々木信也、2007年2月16日

（７）Nb-Si-Al-Cr四元系合金とその製造方法、特許3694743号、発明者：村上敬、伊藤和博、山口正治、2005年7月8日

（８）Nb₃Si₅Al₂−Al₂O₃ニ層被覆Nb基合金及びその製造方法、特許第3438028号、発明者：村上敬、市川洌、北原晃、山口正治、2003年6月13日

（９）高耐酸化性Nb-Al-Si系金属間化合物、特許第3321600号、発明者：村上敬、市川洌、北原晃、山口正治、2002年6月28日

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