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林 和範; 加納 茂機
PNC TN9410 98-049, 55 Pages, 1998/03
高速炉の中間熱交換器等の大型重量機器のサポート構造部を、熱応力を回避するスライド型サポート構造とすることの可能性を考え、スライド部に適用可能と考えられるセラミックス材料および超硬材料について、常温大気中および高温窒素雰囲気中での低速のトライボロジー試験を行い摩擦特性の調査を行った。その結果、1)常温大気中での低速の摺動において、セラミックスおよび超硬合金はステンレスよりも低い摩擦係数を示すこと、表面あらさが大きいと摩擦抵抗が大きいこと、ラップ仕上面では炭化ケイ素同士の組み合わせが低い摩擦係数を示すことが確認された。2)同種材料での相対変位速度を変えて行った摩擦試験から、セラミックスおよび超硬合金は、ステンレスに比して広範な速度域で安定に低い摩擦係数を示すこと、セラミックスの中でもPSZが最も小さい摩擦係数を示すこと、また炭化ケイ素はどの相対変位速度でも安定した摩擦係数を示すことが明らかとなった。3)高温窒素雰囲気中ではステンレス同士の摩擦係数は1より大きくなるのに対し、セラミックス(炭化ケイ素,窒化ケイ素)同士では常温大気中とほとんど変わらない摩擦係数を示すことが明らかとなった。4)高温窒素雰囲気中の往復摺動試験においても、ステンレスの摩擦係数は1より大きい値を持続するのに対し、セラミックスでは欠けに代表されるような激しい損傷が発生してもこのような大きな摩擦係数には達しないことが明らかとなった。
斉藤 淳一; 加納 茂機
PNC TN9410 97-073, 69 Pages, 1997/07
セラミックスおよび金属材料のナトリウム耐食性に及ぼすイオン注入の効果を明らかにするために、分子軌道法の一つであるDV-Xaクラスター法を用いてイオン注入材の電子状態を計算した。計算の対象とした材料はセラミックスがb-Si3N4, a-SiCおよびb-SiC、金属材料がf.c.c. Fe, b.c.c. Feおよびb.c.c. Nbである。セラミックスへの注入原子としてFe, MoおよびHf原子、金属材料への注入原子としてN原子をそれぞれ選択した。それらの金属元素はこれまでの実験から液体ナトリウム中で優れた耐食性を示すことが知られている。その結果の要約を下記に示す。 セラミックス材料では注入原子のエネルギーレベルはバンドギャップ中に現われた。電荷移行量を示すイオン性や原子間の結合力を表わす結合次数が基材や注入元素により変化した。b-Si3N4は注入原子によりイオン性は小さくなり、イオン結合性が低下した。イオン性の減少量は注入原子に依存し、Hfイオンを注入したとき最も減少した。また、b-Si3N4とa-SiCは注入原子により結合次数が減少した。b-SiCの侵入サイトに注入原子が入った場合、イオン性が減少し結合次数が増加した。 金属材料にN原子を注入した場合、N原子のs,p電子の状態密度は低いエネルギーレベルに現われていた。周りの金属原子からN原子へ電荷移行が起きているため、N原子のイオン性は大きくなっていた。N原子の注入により、母金属同士の結合次数は減少した。特にb.c.c. Feとb.c.c. Nbで顕著であった。そのため、クラスター全体の結合次数はf.c.c. Feを除き大きく減少した。 以上の計算結果から、b-Si3N4は注入原子によりイオン結合性が低下するため、耐食性の向上が期待できる。a-SiCとb-SiCは注入原子が侵入サイトに入った場合にイオン結合性が低下するため、耐食性の改善する可能性がある。注入原子の中ではHf原子が最も効果のあることが明らかになった。f.c.c. FeでN注入によりFe原子とN原子間の共有結合が増加したため、f.c.c. Feのナトリウム耐食性の向上が期待できることがわかった。
