単結晶鋳造で一般的に使用される超合金は何ですか？

ニッケル基単結晶超合金

単結晶鋳造は、高度なニッケル基超合金を専用に使用し、高レベルの耐熱元素（Re、W、Taなど）とアルミニウム/チタンを添加してγ'析出強化を図るように設計されています。これらの合金は、主にガスタービンの最も高温の部分で、等軸晶または方向性凝固材料の限界を超えて作動するために開発されました。その組成は、鋳造可能な単結晶構造を維持しながら、高温クリープ強度、酸化耐性、相安定性を最大化するために細心のバランスが取られています。

第一世代および第二世代合金

第一世代合金、例えばPWA 1480やSRR 99には、レニウム（Re）が含まれていません。これらは温度性能において基礎的な飛躍を提供しました。第二世代合金、例えばCMSX-4やPWA 1484は、約3%のReを導入し、クリープ耐性を大幅に向上させ、より高いエンジン作動温度と効率を可能にしました。

第三世代以降の合金

第三世代合金、CMSX-10やRene N5を含むものは、さらに高いRe含有量（約6%）を特徴とし、しばしばルテニウム（Ru）が添加されています。これは温度性能とクリープ寿命をさらに押し上げます。第四世代および第五世代合金は高度に専門化されており、より高レベルのルテニウムやその他の元素を組み込んで極限温度での安定性と耐性を最適化しており、TMS-138やTMS-196などの合金が代表です。

産業応用と選択

特定の単結晶合金の選択は、エンジンの熱力学的要件と、部品の特定の位置および応力プロファイルによって決定されます。現代の航空宇宙および航空エンジンの第一段高圧タービンブレードおよびベーンは、通常、第二世代または第三世代の合金を使用します。これらの部品は、その後の熱障壁コーティング（TBC）適用の主要な候補です。これらの材料の開発と使用は、GEのようなリーダーとのパートナーシップの中心であり、発電および推進技術の限界を押し広げています。