世界最高の耐熱特性持つ航空機エンジン用合金の製造技術を開発:物質・材料研究機構/三菱マテリアル

 (独)物質・材料研究機構(NIMS)と三菱マテリアル(株)は3月13日、世界最高の耐熱特性を持つ鍛造合金素材の製造技術を開発すると共に、航空機エンジン用タービンディスク素材を製作することに成功したと発表した。
 航空機エンジンのタービンディスク(タービンブレード(動翼)を外周部に固定した円盤状の部品)などの高温高強度部材には、耐熱性に優れたニッケル基鍛造超合金が採用されている。超合金は、超耐熱合金とも呼ばれ、ニッケルに様々な合金元素を添加して特性の向上を図っている。
 航空機エンジンの中でもタービンディスクは、特に高温・高圧の環境で回転する大型部品のため、非常に高い信頼性が要求され、これまで国内外の航空機用エンジンのすべてにおいて欧米で開発された合金製ディスクが使われてきた。近年、航空機運航時の燃料消費抑制の観点から、従来よりも高温で稼働可能な航空機エンジンが求められ、材料の耐用温度を高めることが求められている。
 今回の研究開発は、(独)新エネルギー・産業技術総合開発機構(NEDO)の委託を受け2007年に開始された。材料の耐熱温度をさらに高めるには様々な合金元素を添加する必要がある一方、成分のバラツキや製造工程中の割れが発生しやすくなるという問題がある。
 NIMS超耐熱材料センターでは、こうした問題を克服してニッケル・コバルト基耐熱合金(TMW合金)を開発した。この試作タービンディスク素材の高温特性を、クリープ試験(材料の高温における機械的性質を調べる試験法)で評価した結果、現在実用化されている超耐熱合金より50ºC以上高い世界最高の耐用温度を有することが確認された。また、三菱マテリアルは、このTMW合金製製品の実用化を目的として、大きなインゴット(溶解した金属を鋳型の中で固めた鋳塊)の製造から溶解、鍛造を経て熱処理に至る技術を開発した。
 今回、TMW合金の製造技術の開発と、実用化可能なサイズのTMW合金タービンディスク素材の製作が実証されたことにより、今後国産技術による航空機エンジンや産業用ガスタービン市場への参入が期待されている。

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プレス鍛造した赤熱状態の新超耐熱合金製タービンディスク素材(提供:物質・材料研究機構)