Osamu Takeda

耐酸化性が悪いがゆえに実用化されていない、ニオブ基超合金の耐酸化性を向上させるために、合金表面を電気化学的に珪化させて耐酸化性皮膜を形成させる研究を行った。

溶融塩ケイ酸塩等、粘度の高い融体は、見かけ上表面張力が高く測定される。その原因を究明し、正確に表面張力を測定する方法を開発した。

熱効率の向上やCO2の排出量削減を目指し、ガスタービン用のニッケル（Ni）基超合金の耐用温度は1100℃まで向上してきている。しかし、Ni基超合金は、融点が高々1350℃であるため、今後、耐用温度の飛躍的な向上は期待できない。本研究では、これまで耐酸化性に劣るため実用化されなかったニオブ（Nb）基合金に機械的・化学的に安定な耐酸化性被膜を形成することで、耐酸化性を高めて超耐熱合金として実用化することを目標とする。具体的には、溶融塩中で電気化学的にNb基合金表面を珪化および硼化することでNb-Si-B系の合金被膜を形成することを試みる。特に、溶融塩中でのイオンの電気化学的挙動を検討することで、緻密で機械的・化学的に安定な被膜を形成するのに最適な条件を探る。

溶融SiO2-Na2O-NaF系の粘度を測定し、酸化物イオンおよびフッ化物イオンが融体の粘度にどう影響するかを検討し、融体の液体構造の推定を行う

ニッケル基超合金に代表される耐熱材料の進歩は目覚ましく、その耐用温度は1100℃まで到達し、ガスタービンやジェットエンジンの高効率化に大きく貢献している。しかし、更なる熱効率の向上やCO2発生量の低減のために、より高温での使用が求められている。そのためには、基材の耐用温度の向上と共に強固な耐酸化性皮膜の開発が必要である。本研究では皮膜の候補としてMo–Si系化合物に着目した。モリブデンシリサイドは耐酸化性に優れるが脆性であり、加工は容易でない。そこで、モリブデンおよびシリコンの電解析出が原理的に可能な溶融塩電解法を用い、ニッケル等の基材にそれらの化合物を成膜することを目的とした。ただし、溶融塩中でのモリブデンおよびシリコンの化学形態および電気化学的挙動ははっきりとしておらず、その挙動解析を研究の端緒とする。

高性能モーター等に含まれるジスプロシウムやテルビウム等の希土類金属をフッ化物フラックスを用いて効率よくリサイクルするプロセスを開発する。特に、そのプロセスに関わる物理化学的基礎因子（フッ化物への希土類酸化物の溶解度や溶解速度、フラッスとメタルの濡れ等）を明らかにすることに主眼を置く。

金属チタンの還元プロセス（クロール法）は，現在，バッチ式で運転されているが，これはステンレス鋼製リアクター内で析出するスポンジチタンがリアクター内壁と合金化，固着し連続的に回収できないためである．そこで，本研究では，リアクター内壁をチタンと合金化しない層で被覆することでチタンの分離を容易にし，析出したチタンを連続的に回収することを試みる．具体的には，被覆材としてホウ化チタン（TiB）を適用することを検討する．状態図の研究から，1500℃までTiBは金属チタン相と平衡し，特異的に相互の固溶限が小さいことがわかっており，被覆材として最適であると考えられる．つまり，本研究は被覆材としてのTiBの特性を実験的に検証するものである．

連続鋳造でモールドフラックスが果たす役割は極めて大きいにも関わらず、その基礎的な合成指針は十分に確立していない。今後高い品質を維持しながらさらなる鋳造速度の増加を目指すためには、鋳型内でのモールドフラックスの流動挙動の解明が不可欠であり、本研究はそのための基礎的な知見を得る。

本研究ではモールドフラックスの流動挙動の解明を目指して、高温融体対応の新たな粘度測定装置を開発し、それを用いてCaO-SiO2-CaF2系の液相領域および固液共存領域の粘度を測定した。開発した装置は雰囲気制御が可能でトルクの絶対値を直接測定することで粘度を決定できるもので、一連の研究によって、開発した装置が溶融スラグの粘度測定に適用できることがわかった。また、本実験で測定した組成では、固相の析出とともに粘度が急激に上昇することがわかった。また、液相領域ではニュートン流動を示し、固液共存領域では非ニュートン流動とみられる挙動を示した。

高温融体の粘度の値は、多くの研究者の努力にもかかわらず、高温かつ特殊な雰囲気での測定のため報告者によるばらつきが非常に大きい。例えば、溶融した鉄の粘度の報告値はかなり多いものの、それらの値の間には数十%もの違いがある。このように純物質ですら信頼性が低く、多元系にいたっては信頼できる値が非常に少ないのが現状である。さらに、理論的な粘度の推算は実用的なレベルに全く達していない。しかしながら、融体の粘度の値は、多くの素材製造プロセスと同様に、銅製錬においてもその生産性に関わる重要なパラメータである。 以上の背景を踏まえ、本研究では、銅製錬の乾式プロセスにおける金属、マット、スラグ等、各種融体の粘度について過去の報告値を体系的に整理するとともに、重要な系について実験的な検討を加える。最終的には基本的な系から多元系へと展開し、総合的な粘度の知見を得て、実際の操業の指針になりうるデータベースの構築を目指す。