超合金としても知られる耐熱合金は、高温条件下での産業部門や応用技術分野において非常に重要です。
一般に金属材料の融点が高いほど、使用できる温度の限界も高くなります。 これは、温度の上昇に伴って金属材料の機械的特性が著しく低下し、それに応じて酸化腐食が増加する傾向があるためです。 したがって、一般的な金属材料は500度～600度でしか長時間加工できません。 700度以上の高温で加工できる金属を一般に耐熱合金と呼びます。 「耐熱性」とは、高温下でも十分な強度と良好な耐酸化性を維持できることを意味します。
鋼の耐酸化性を向上させるには、Cr、Si、Alなどの合金元素を鋼中に添加する方法と、鋼の表面にCr、Si、Alの合金化処理を施す方法があります。 酸化雰囲気中で緻密な酸化膜を素早く形成し、鋼の表面にしっかりと付着し、酸化の進行を効果的に防止します。 もう一つは、鋼の表面に高融点の酸化物、炭化物、窒化物などの耐高温皮膜を様々な方法で形成する方法です。
鋼の高温強度を向上させる方法はたくさんあります。 構造や性質を化学的に見ると、主に次の 2 つの方法があります。
1つは、高温で鋼中の原子間の結合力を高めることです。 金属の結合強度は主に原子内の不対電子の数に関係していることが指摘されています。 周期表によると、元素 VI B の金属結合は同じ周期で最も強くなります。 したがって、鋼に Cr、Mo、W 原子を添加することが最も効果的です。
もう 1 つは、鋼のマトリックスを強化するために、さまざまな炭化物や金属間化合物を形成できる元素を添加することです。 多くの遷移金属と炭素原子から生成される炭化物は格子間化合物に属します。 金属結合をベースに共有結合成分を付加しているため、硬度が高く、融点が高い。 たとえば、W、Mo、V、Nb を添加すると、WC、W2C、MoC、Mo2C、VC、NbC およびその他の炭化物が生成され、鋼の高温強度が向上します。
鉄基系耐熱合金の他に、ニッケル系、モリブデン系、ニオブ系、タングステン系耐熱合金も合金法により作製することができる。 高温における優れた機械的特性と化学的安定性を備えています。 その中でもニッケル基合金は最高の超耐熱金属材料であり、組織中のマトリックスはNi?です。 Cr? CoとNi3Al金属化合物の固溶体は、処理後1000度〜1100度で使用できます。
