特開 2024-122558 ニオブシリサイド基合金およびその製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024122558

(43)【公開日】2024-09-09

(54)【発明の名称】ニオブシリサイド基合金およびその製造方法

(51)【国際特許分類】

   C22F 1/18 20060101AFI20240902BHJP

   C22C 30/00 20060101ALI20240902BHJP

   C22C 27/02 20060101ALI20240902BHJP

   C22F 1/00 20060101ALN20240902BHJP

【ＦＩ】

C22F1/18 F

C22C30/00

C22C27/02 102Z

C22C27/02 103

C22F1/18 G

C22F1/00 630A

C22F1/00 681

C22F1/00 682

C22F1/00 691B

C22F1/00 691C

C22F1/00 692A

C22F1/00 692B

C22F1/00 650A

C22F1/00 651B

【審査請求】未請求

【請求項の数】5

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023030156

(22)【出願日】2023-02-28

(71)【出願人】

【識別番号】504137912

【氏名又は名称】国立大学法人 東京大学

(74)【代理人】

【識別番号】100105924

【弁理士】

【氏名又は名称】森下 賢樹

(72)【発明者】

【氏名】松永 紗英

(72)【発明者】

【氏名】御手洗 容子

(57)【要約】

【課題】優れた高温強度を有するニオブシリサイド基合金およびその製造方法を提供する。
【解決手段】ニオブシリサイド基合金の製造方法は、Ｓｉを１５～３５ａｔ％、Ｚｒ、ＴａおよびＡｌの群から選択される１つ以上の元素を２～３０ａｔ％含み、残部が実質的にＮｂおよび不純物からなる合金を１２００℃～１５００℃の温度で４８時間以上熱処理し、熱処理後合金を生成する熱処理工程と、熱処理後合金に含まれるＮｂ母相においてニオブシリサイドが析出するように、熱処理後合金を冷却する冷却工程と、を含む。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

Ｓｉを１５～３５ａｔ％、Ｚｒ、ＴａおよびＡｌの群から選択される１つ以上の元素を２～３０ａｔ％含み、残部が実質的にＮｂおよび不純物からなる合金を１２００℃～１５００℃の温度で４８時間以上熱処理し、熱処理後合金を生成する熱処理工程と、
前記熱処理後合金に含まれるＮｂ母相においてニオブシリサイドが析出するように、前記熱処理後合金を冷却する冷却工程と、を含む、
ニオブシリサイド基合金の製造方法。

【請求項2】

前記合金は、Ｓｉを１５～３５ａｔ％、Ｚｒを５～１５ａｔ％含み、残部が実質的にＮｂおよび不純物からなる、
請求項１に記載のニオブシリサイド基合金の製造方法。

【請求項3】

前記合金は、Ｓｉを１５～３５ａｔ％、Ｔａを５～３０ａｔ％含み、残部が実質的にＮｂおよび不純物からなる、
請求項１に記載のニオブシリサイド基合金の製造方法。

【請求項4】

前記合金は、Ｓｉを１５～３５ａｔ％、Ａｌを２～１０ａｔ％含み、残部が実質的にＮｂおよび不純物からなる、
請求項１に記載のニオブシリサイド基合金の製造方法。

【請求項5】

Ｓｉを１５～３５ａｔ％、Ｚｒ、ＴａおよびＡｌの群から選択される１つ以上の元素を２～３０ａｔ％含み、残部が実質的にＮｂおよび不純物からなり、ニオブ結晶を含む母相と５０ｖｏｌ～７０ｖｏｌ％のニオブシリサイドとを含むニオブシリサイド基合金であって、
前記ニオブシリサイドの少なくとも一部は、前記ニオブ結晶と整合している、
ニオブシリサイド基合金。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、ニオブシリサイド基合金およびその製造方法に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、タービンエンジンなどの高温にさらされる部品に用いることができる材料を実現するために、ニオブシリサイドをベースとした合金（「ニオブシリサイド基合金」ともいう。）が研究されている。たとえば、非特許文献１には、ＮｂおよびニオブシリサイドとしてＮｂ_５Ｓｉ_３を含むニオブシリサイド基合金が開示されている。

【先行技術文献】

【非特許文献】

【0003】

【非特許文献1】Bewlay BP, Jackson MR, Subramanian PR, Zhao JC (2003) Metall. Mater. Trans. A, 34(10), 2043-2052

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

しかしながら、本発明者らは、以下の課題を認識するに至った。非特許文献１に記載のニオブシリサイド基合金の使用温度は、圧力下では１０００℃以下に限られ、ニオブシリサイド基合金の高温強度を向上させる余地があるものと考えた。

【0005】

本発明はこうした状況に鑑みてなされたものであり、その例示的な目的の一つは、優れた高温強度を有するニオブシリサイド基合金およびその製造方法を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明のある態様は、ニオブシリサイド基合金の製造方法である。この製造方法は、Ｓｉを１５～３５ａｔ％、Ｚｒ、ＴａおよびＡｌの群から選択される１つ以上の元素を２～３０ａｔ％含み、残部が実質的にＮｂおよび不純物からなる合金を１２００℃～１５００℃の温度で４８時間以上熱処理し、熱処理後合金を生成する熱処理工程と、熱処理後合金に含まれるＮｂ母相においてニオブシリサイドが析出するように、熱処理後合金を冷却する冷却工程と、を含む。

【0007】

本発明の別の態様は、ニオブシリサイド基合金である。このニオブシリサイド基合金は、Ｓｉを１５～３５ａｔ％、Ｚｒ、ＴａおよびＡｌの群から選択される１つ以上の元素を２～３０ａｔ％含み、残部が実質的にＮｂおよび不純物からなる。このニオブシリサイド基合金は、ニオブ結晶を含む母相と５０ｖｏｌ～７０ｖｏｌ％のニオブシリサイドとを含む。ニオブシリサイドの少なくとも一部は、ニオブ結晶と整合している。

【0008】

なお、以上の構成要素の任意の組合せ、本発明の表現を方法、装置、システムなどの間で変換したものもまた、本発明の態様として有効である。

【発明の効果】

【0009】

本発明によれば、優れた高温強度を有するニオブシリサイド基合金およびその製造方法を提供できる。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】１３００℃におけるＮｂ，Ｓｉ，Ｚｒの三元相図である。

【図2】１３００℃におけるＮｂ，Ｓｉ，Ｔａの三元相図である。

【図3】１３００℃におけるＮｂ，Ｓｉ，Ａｌの三元相図である。

【図4】実施例１に係るサンプルのＳＥＭ画像を示す図である。

【図5】実施例２に係るサンプルのＳＥＭ画像を示す図である。

【図6】実施例３に係るサンプルのＳＥＭ画像を示す図である。

【図7】実施例１および比較例１に係る合金の組成を示す図である。

【図8】実施例２および比較例２に係る合金の組成を示す図である。

【図9】実施例３および比較例３に係る合金の組成を示す図である。

【図10】実施例１，３、比較例１，３および先行技術に係る合金の１３００℃における圧縮降伏強度を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0011】

［背景］
従来、ニッケル基超合金は、その優れた高温強度のため、航空機のジェットエンジンのガスタービンなどの高温にさらされる部品などに用いられる。ニッケル基超合金は、その特有の微細構造により、優れた高温強度を実現している（参考文献１を参照）。具体的には、特に単結晶用のニッケル基超合金は、マトリックス相に立方体状の相が整合した碁盤の目状の構造を有し、これらの相の界面は直線状となっている。ニッケル基超合金がもつような整合した界面の構造は、優れた高温強度を実現する上で重要な点となっている。
参考文献１：Reed, R. C. (2008). The superalloys: fundamentals and applications. Cambridge university press.

【0012】

ところで、ガスタービンなどの高温で燃料からエネルギーを取り出す装置では、運転温度が高いほど、その熱効率が向上し、より少ない燃料で同じエネルギーを取り出すことができる。したがって、持続可能なエネルギーおよび温室効果ガスの削減を実現するためには、運転温度をさらに上げる必要がある。

【0013】

しかしながら、ニッケル基超合金の融点は１３５０℃程度であり、これに対して、ニッケル基超合金が使用されるガスタービンの現在の運転温度は１１００℃程度となっている。このように運転温度は、ニッケル基超合金の９０％程度に達しており、運転温度をこれより上げることは難しくなっている。

【0014】

そこで、本発明者らは、ニッケル基超合金の代替として、ニオブシリサイド基合金に着目した。しかしながら、たとえば上述の非特許文献１に記載のニオブシリサイド基合金は、高い融点をもつものの、高温強度が十分でなく、使用できる環境は１０００℃以下に限られる。また、ニオブシリサイド基合金には、優れた力学特性および耐酸化特性が必要となる。

【0015】

本発明者らは、ニオブシリサイド基合金の微細構造がその材料の特性を改善する上で重要な点であることに認識するに至った。ただし、非特許文献１に記載のニオブシリサイド基合金のように、ＮｂとＮｂ_５Ｓｉ_３との整合しない界面をもつ構造が一旦形成されると、その構造を変化または制御することは難しい。

【0016】

［実施形態］
以下、図面を参照しながら、本発明を実施するための形態について詳細に説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を適宜省略する。また、以下に述べる構成は例示であり、本発明の範囲を何ら限定するものではない。

【0017】

（ニオブシリサイド基合金）
本発明の一実施形態に係るニオブシリサイド基合金は、主としてニオブ結晶を含む母相（以下、単に「Ｎｂ母相」ともいう。）と５０ｖｏｌ～７０ｖｏｌ％のニオブシリサイドとを含む。ニオブシリサイドは、たとえばＮｂ_５Ｓｉ_３またはＮｂ_３Ｓｉなどであってよい。ニオブシリサイドの少なくとも一部は、ニオブシリサイド基合金において、Ｎｂ母相に含まれるニオブ結晶と整合している。

【0018】

ニオブシリサイド基合金がニオブシリサイドを５０ｖｏｌ％以上含むことにより、ニッケル基超合金と比べて遜色のない高い強度を実現できる。ニオブシリサイド基合金に含まれるニオブシリサイドの量を７０ｖｏｌ％以下とすることにより、ニオブシリサイド基合金が脆くなることを抑制できる。また、本実施形態に係るニオブシリサイド基合金では、ニオブシリサイドが部分的にＮｂ母相のニオブ結晶と整合している。このため、上述したニッケル基超合金のような整合界面をニオブシリサイド基合金において実現でき、ニオブシリサイド基合金が優れた高温強度を有するようになる。なお、本明細書では、ＡがＢと部分的に整合していることを「ＡがＢと半整合している」ともいう。

【0019】

本発明の一実施形態に係るニオブシリサイド基合金は、Ｓｉを１５～３５ａｔ％、Ｚｒ、ＴａおよびＡｌの群から選択される１つ以上の元素（以下、「第３元素」ともいう。）を２～３０ａｔ％含み、残部が実質的にＮｂおよび不純物からなる。ニオブシリサイド基合金に含まれる第３元素を２ａｔ％以上とすることにより、ニオブシリサイド基合金に含まれるＮｂ母相のニオブ結晶またはニオブシリサイドの結晶構造にひずみが生じる。そのひずみによってニオブシリサイドをニオブ結晶と少なくとも部分的に整合させることができる。また、ニオブシリサイド基合金に含まれる第３元素を３０ａｔ％以下とすることにより、ニオブシリサイド基合金が脆くなることを抑制できる。

【0020】

ニオブシリサイド基合金は、Ｓｉを１５～３５ａｔ％、Ｚｒを５～１５ａｔ％（具体的には、Ｚｒは、５ａｔ％を超え、１５ａｔ％に満たない。）含み、残部が実質的にＮｂおよび不純物からなってよい。また、ニオブシリサイド基合金は、Ｓｉを１５～３５ａｔ％、Ｔａを５～３０ａｔ％（具体的には、Ｔａは、５ａｔ％を超え、３０ａｔ％に満たない。）含み、残部が実質的にＮｂおよび不純物からなってよい。さらに、ニオブシリサイド基合金は、Ｓｉを１５～３５ａｔ％、Ａｌを２～１０ａｔ％（具体的には、Ａｌは、２ａｔ％を超え、１０ａｔ％に満たない。）含み、残部が実質的にＮｂおよび不純物からなってよい。

【0021】

（ニオブシリサイド基合金の製造方法）
本発明の一実施形態に係るニオブシリサイド基合金の製造方法は、Ｓｉ、第３元素およびＮｂなどを含む合金を準備する準備工程と、準備した合金を熱処理して熱処理後合金を生成する熱処理工程と、熱処理後合金を冷却し、熱処理後合金を冷却する冷却工程と、を含む。

【0022】

準備工程において準備する合金は、Ｓｉを１５～３５ａｔ％、Ｚｒ、ＴａおよびＡｌの群から選択される１つ以上の元素を２～３０ａｔ％含み、残部が実質的にＮｂおよび不純物からなる。準備工程では、これらの元素を含む原料を用いて、各種の方法を用いて合金を作製する。合金を作製する方法は、特に限定されるものではないが、たとえば真空アーク溶解、インベストメント鋳造、ブリッジマン鋳造、粉末冶金またはレーザ粉末床溶融結合などを含んでよい。

【0023】

合金は、Ｓｉを１５～３５ａｔ％、Ｚｒを５～１５ａｔ％（具体的には、Ｚｒは、５ａｔ％を超え、１５ａｔ％に満たない。）含み、残部が実質的にＮｂおよび不純物からなってよい。合金に含まれるＺｒを５～１５ａｔ％とすることにより、後の工程において、Ｎｂ母相にＮｂ_５Ｓｉ_３およびＮｂ_３Ｓｉを析出させることができる。Ｎｂ_３Ｓｉを析出させることにより、ニオブシリサイドをより確実にＮｂ母相のニオブ結晶と整合させることができる。また、ニオブシリサイド基合金においてＮｂ_３Ｓｉが存在することにより、ニオブシリサイド基合金の高温強度をより向上させることができる。

【0024】

合金は、Ｓｉを１５～３５ａｔ％、Ｔａを５～３０ａｔ％（具体的には、Ｔａは、５ａｔ％を超え、３０ａｔ％に満たない。）含み、残部が実質的にＮｂおよび不純物からなってよい。合金がＴａを含むことにより、後の工程において、Ｔａによってニオブ結晶またはニオブシリサイドの結晶格子に歪みが生じ、固溶強化をより促進することができる。

【0025】

合金は、Ｓｉを１５～３５ａｔ％、Ａｌを２～１０ａｔ％（具体的には、Ａｌは、２ａｔ％を超え、１０ａｔ％に満たない。）含み、残部が実質的にＮｂおよび不純物からなってよい。合金がＡｌを含むことにより、作製されるニオブシリサイド基合金の耐酸化性を向上させることができる。

【0026】

図１は、１３００℃におけるＮｂ，Ｓｉ，Ｚｒの三元相図である。図２は、１３００℃におけるＮｂ，Ｓｉ，Ｔａの三元相図である。図３は、１３００℃におけるＮｂ，Ｓｉ，Ａｌの三元相図である。図１～図３は、熱力学シミュレーションソフト（Thermo-Calc Software TCHEA5/ High Entropy Alloys Database version 5 ）を用いて求めた結果である。図１では、ＺｒのＮｂに対する原子量の比率を三角形の底辺で示し、ＳｉのＮｂに対する原子量の比率を三角形の左上の辺で示している。図２では、ＴａのＮｂに対する原子量の比率を三角形の底辺で示し、ＳｉのＮｂに対する原子量の比率を三角形の左上の辺で示している。図３では、ＡｌのＮｂに対する原子量の比率を三角形の底辺で示し、ＳｉのＮｂに対する原子量の比率を三角形の左上の辺で示している。

【0027】

従来、Ｎｂ，Ｓｉ，Ｚｒの三元系について、図１に示す領域Ｓ０の組成について研究されてきた。領域Ｓ０で存在する相は、ＮｂおよびＮｂ_５Ｓｉ_３である。本発明者らは、これまで研究の対象とされなかった、領域Ｓ０よりも中央寄りに位置し、領域Ｓ０よりも広い領域Ｓ１の組成に着目した。この領域Ｓ１では、固溶強化Ｎｂ（ｓｓＮｂ）およびＮｂ_５Ｓｉ_３に加えて、Ｎｂ_３Ｓｉの相が存在する。この領域Ｓ１は、Ｓｉを１５～３５ａｔ％、Ｚｒを５～１５ａｔ％含み、残部をＮｂとした組成を含む。

【0028】

また、Ｎｂ，Ｓｉ，Ｔａの三元系については、固溶強化ＮｂおよびＮｂ_５Ｓｉ_３の相が存在する領域Ｓ２に着目した。この領域Ｓ２は、Ｓｉを１５～３５ａｔ％、Ｔａを５～３０ａｔ％含み、残部をＮｂとした組成を含む。

【0029】

さらに、Ｎｂ，Ｓｉ，Ａｌの三元系については、固溶強化Ｎｂ、Ｎｂ_５Ｓｉ_３およびＮｂ_３Ｓｉが存在する領域Ｓ３に着目した。領域Ｓ３は、Ｓｉを１５～３５ａｔ％、Ａｌを２～１０ａｔ％含み、残部をＮｂとした組成を含む。なお、Ｎｂ，Ｓｉ，Ａｌの三元系では、領域Ｓ３の隣りに位置する領域Ｓ４では、固溶強化ＮｂおよびＮｂ_５Ｓｉ_３が存在する。

【0030】

熱処理工程では、準備工程において準備した合金を１２００℃～１５００℃の温度で４８時間以上熱処理し、熱処理後合金を生成する。合金を１２００℃以上で熱処理することすることにより、合金における原子拡散を促進し、現実的な処理時間で原子濃度を均一化することができる。また、合金を１５００℃以下で熱処理することにより、合金が溶解することを抑制し、意図しない金属間化合物が生成されることが抑制される。また、合金を４８時間以上熱処理することにより、十分な原子拡散を実現できる。

【0031】

冷却工程では、熱処理後合金に含まれるＮｂ母相においてニオブシリサイドが析出するように、熱処理後合金を冷却する。本実施形態に係るニオブシリサイド基合金の製造方法によれば、熱処理後合金が上述した組成を有するため、ニオブシリサイドの少なくとも一部がＮｂ母相のニオブ結晶と整合するように析出する。この少なくとも部分的に整合した構造により、ニオブシリサイド基合金の優れた高温強度を実現できる。

【0032】

［実施例］
次に各実施例および各比較例に係るニオブシリサイド基合金について説明する。作製したニオブシリサイド基合金の各サンプルについて、微細構造をＳＥＭ（Scanning Electron Microscope）（日本電子株式会社製、ＪＳＭ－７９００Ｆ）の電子反射検出器を用いて観察した。また、各サンプルについて、ＸＲＤ（X-ray diffraction）測定およびＥＤＸ（Energy Dispersive X-ray Spectroscopy）によって、サンプルに含まれる相を同定した。また、各サンプルのニオブシリサイドの相の体積比は、画像処理ソフト（ＩｍａｇｅＪ）を用いた面積測定により求めた。さらに、各サンプルの１３００℃における圧縮降伏強度を試験機（株式会社島津製作所製、ＡＧ－Ｉ）によって測定した。

【0033】

（実施例１）
実施例１では、Ｓｉを２５ａｔ％、Ｚｒを１５ａｔ％含み、残部がＮｂおよび不純物からなる合金のインゴットを作製した。具体的には、所望の組成比となるように原料を混合し、Ａｒ雰囲気中のアーク溶解によって２０ｇのインゴットを作製した。アーク溶解のゲッターにはＴｉ（２０ｇ）を用いた。作製したインゴットを放電加工機によってスライスし、１ｍｍの厚みの合金サンプルを得た。この合金サンプルを加熱炉において熱処理（処理温度：１３００℃、処理時間：７２時間）した。熱処理後の合金サンプルを９００℃になるまで、－９０℃／分の冷却速度で冷却して、ニオブシリサイド基合金のサンプルを得た。

【0034】

ＸＲＤ測定を行ったところ、実施例１に係るサンプルは、Ｎｂ、Ｎｂ_３ＳｉおよびＮｂ_５Ｓｉ_３を含むことがわかった。

【0035】

図４は、実施例１に係るサンプルのＳＥＭ画像を示す図である。ＥＤＸ測定を行ったところ、薄いグレーの部分（たとえば領域１００など）がＮｂ母相であり、濃いグレーの部分（たとえば領域１０２，１０４など）はニオブシリサイドであることがわかった。面積測定を行ったところ、ニオブシリサイドの体積比は、６０ｖｏｌ％であった。

【0036】

図４に示すように、ニオブシリサイドとＮｂ母相との界面の一部は直線状となっている。たとえば、ニオブシリサイドの領域１０２は、直線状の界面１０６，１０８を有する。この界面１０６，１０８では、ニオブシリサイドがＮｂ母相のニオブ結晶と整合していると考えられる。なお、Ｎｂ_３ＳｉまたはＮｂ_５Ｓｉ_３のいずれもＮｂ母相と整合しているが、Ｎｂ_３Ｓｉの方がＮｂ_５Ｓｉ_３よりも多く生成されているため、主としてＮｂ_３Ｓｉがニオブ結晶と整合するように生成されているものと考えられる。

【0037】

ｂｃｃの結晶構造をもつニオブ結晶の（１１１）面と、ｈｃｐの結晶構造をもつニオブシリサイドの（０００１）面とは、整合になることが知られている（参考文献２）。本実施例に係るニオブシリサイドは、ｈｃｐの結晶構造を有しており、その（０００１）面とニオブ結晶の（１１１）面とが整合していることが推測される。なお、ニオブシリサイドのＮｂ_３ＳｉおよびＮｂ_５Ｓｉ_３は、いずれもｈｃｐの結晶構造を取り得る。
参考文献２: Svetlov, I. L., Zaitsev, D. V., Kuzmina, N. A., Zavodov, A. V. (2020). The Structure of the Nb-γ-Nb5Si3 Interface in in-situ Nb-Si Eutectic Composites. Physics of Metals and Metallography, 121(3), 254-260.

【0038】

（実施例２）
実施例２では、Ｓｉを２５ａｔ％、Ｔａを２５ａｔ％含み、残部がＮｂおよび不純物からなる合金のインゴットを作製したこと以外は、実施例１と同様にしてニオブシリサイド基合金のサンプルを作製した。ＸＲＤ測定を行ったところ、実施例２に係るサンプルは、Ｎｂ、Ｎｂ_３ＳｉおよびＮｂ_５Ｓｉ_３を含むことがわかった。

【0039】

図５は、実施例２に係るサンプルのＳＥＭ画像を示す図である。実施例２に係るサンプルでは、ニオブシリサイドの領域２０２，２０４，２０６，２０８の間にＮｂ母相が存在する構造が形成されていることがわかった。図５に示すように、ニオブシリサイドとＮｂ母相との界面の一部は直線状となっている。たとえば、ニオブシリサイドの領域２０６は、直線状の界面２１０を有し、ニオブシリサイドの領域２０８は、直線状の界面２１２を有する。この界面２１０，２１２では、ニオブシリサイドがＮｂ母相のニオブ結晶と整合していると考えられる。

【0040】

（実施例３）
実施例３では、Ｓｉを２５ａｔ％、Ａｌを５ａｔ％含み、残部がＮｂおよび不純物からなる合金のインゴットを作製したこと以外は、実施例１と同様にしてニオブシリサイド基合金のサンプルを作製した。ＸＲＤ測定を行ったところ、実施例３に係るサンプルは、Ｎｂ、Ｎｂ_３ＳｉおよびＮｂ_５Ｓｉ_３を含むことがわかった。

【0041】

図６は、実施例３に係るサンプルのＳＥＭ画像を示す図である。ＥＤＸ測定を行ったところ、薄いグレーの部分（たとえば領域３００など）がＮｂ母相であり、濃いグレーの部分（たとえば領域３０２，３０４など）はニオブシリサイドであることがわかった。このニオブシリサイドは、Ｎｂ_３ＳｉまたはＮｂ_５Ｓｉ_３である。面積測定を行ったところ、ニオブシリサイドの体積比は、５０ｖｏｌ％であった。

【0042】

図６に示すように、ニオブシリサイドとＮｂ母相との界面の一部は直線状となっている。たとえば、ニオブシリサイドの領域３０２は、直線状の界面３０６を有し、ニオブシリサイドの領域３０４は、直線状の界面３０８，３１０を有する。この界面３０６，３０８，３１０では、ニオブシリサイドがＮｂ母相のニオブ結晶と整合していると考えられる。

【0043】

以上のように、実施例１～３では、ニオブシリサイドがＮｂ母相と半整合する構造をもつニオブシリサイド基合金を作製できた。従来の研究では、整合した界面の構造は、ニッケル基超合金には見られていたが、ニオブシリサイド基合金では、このような構造を実現することができていなかった。本願の実施例１～３では、初めてニオブシリサイド基合金で整合した界面をもつ構造を実現できた。

【0044】

（比較例１～３）
比較例１では、Ｓｉを１５ａｔ％、Ｚｒを２ａｔ％含み、残部がＮｂおよび不純物からなる合金のインゴットを作製したこと以外は、実施例１と同様にしてニオブシリサイド基合金のサンプルを作製した。図７に、実施例１および比較例１に係る合金の組成を示す。

【0045】

比較例２では、Ｓｉを１５ａｔ％、Ｔａを５ａｔ％含み、残部がＮｂおよび不純物からなる合金のインゴットを作製したこと以外は、実施例１と同様にしてニオブシリサイド基合金のサンプルを作製した。図８に、実施例２および比較例２に係る合金の組成を示す。

【0046】

比較例３では、Ｓｉを１５ａｔ％、Ａｌを２ａｔ％含み、残部がＮｂおよび不純物からなる合金のインゴットを作製したこと以外は、実施例１と同様にしてニオブシリサイド基合金のサンプルを作製した。図９に、実施例３および比較例３に係る合金の組成を示す。比較例４に係る合金の組成は、領域Ｓ４に含まれる。

【0047】

比較例１～３に係るサンプルをＳＥＭ観察したところ、ニオブシリサイドとＮｂ母相との界面において、実施例１～３のような直線状の界面を観察できなかった。

【0048】

図１０は、実施例１，３、比較例１，３および先行技術に係る合金の１３００℃における圧縮降伏強度を示す図である。先行技術に係る合金は、以下の参考文献３～５に記載の合金である。
参考文献３： Bewlay, B. P., Jackson, M. R., Zhao, J. C., Subramanian, P. R., Mendiratta, M. G., & Lewandowski, J. J. (2003). MRS bulletin, 28(9), 646-653.
参考文献４： Qu, S. Y., Han, Y. F., & Song, L. (2005). In Materials Science Forum (Vol. 475, pp. 737-740). Trans Tech Publications Ltd.
参考文献５： Tang, Y., & Guo, X. (2016). Scripta Materialia, 116, 16-20.

【0049】

図１０の縦軸は、１３００℃における圧縮降伏強度を示す。図１０には、左から順に、比較例１に係るサンプル（Ｎｂ－１５Ｓｉ－２Ｚｒ）、比較例３に係るサンプル（Ｎｂ－１５Ｓｉ－２Ａｌ）、実施例３に係るサンプル（Ｎｂ－２５Ｓｉ－５Ａｌ）、実施例１に係るサンプル（Ｎｂ－２５Ｓｉ－１５Ｚｒ）、参考技術３に記載の合金（Ｎｂ－ｓｉｌｉｃｉｄｅ－Ｃ）、参考文献４に記載の合金（Ｎｂ－３０Ｔｉ－１０Ｃｒ－６Ａｌ－１５Ｓｉ）および参考文献５に記載の合金（Ｎｂ－１５Ｓｉ－２２Ｔｉ－５Ｃｒ－２．５Ｈｆ－３Ａｌ）の圧縮降伏強度を示す。

【0050】

図１０に示すように、比較例１に係るサンプルの圧縮降伏強度は２０４ＭＰａであり、比較例３に係るサンプルの圧縮降伏強度は６５ＭＰａであり、実施例３に係るサンプルの圧縮降伏強度は１６９ＭＰａであり、実施例１に係るサンプルの圧縮降伏強度は５９０ＭＰａである。また、参考文献３に記載の合金の圧縮降伏強度は３５０ＭＰａであり、参考文献４に記載の合金の圧縮降伏強度は１４０ＭＰａであり、参考文献５に記載の合金の圧縮降伏強度は２００ＭＰａである。

【0051】

図１０に示すように、実施例１，３のいずれに係るサンプルも、先行技術に係る合金と同程度またはそれを上回る圧縮降伏強度を有する。また、実施例１に係るサンプルは、比較例１に係るサンプルと比べて３倍程度の圧縮降伏強度を有し、実施例３に係るサンプルは、比較例３に係るサンプルと比べて３倍程度の圧縮降伏強度を有する。実施例１，３に係るサンプルは、半整合の組織構造をもつことにより、飛躍的に向上した圧縮降伏強度を実現できたものと考えられる。

【0052】

また、参考文献３～５に係る合金では、ＮｂおよびＳｉに対して複数の元素を添加することによって図１０に示すような圧縮降伏強度が実現される。これに対して、実施例１，３では、１種の第３元素をＮｂ，Ｓｉに添加することによって、参考文献３～５に係る合金に匹敵、またはこれらを上回る圧縮降伏強度を実現できた。

【0053】

［補足］
以上、本発明を実施の形態をもとに説明した。この実施の形態は例示であり、それらの各構成要素や各処理プロセスの組合せにいろいろな変形例が可能なこと、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは当業者に理解されるところである。

【符号の説明】

【0054】

１００，２００，３００ Ｎｂ母相の領域、１０２，１０４，２０２，２０４，２０６，２０８，３０２，３０４ ニオブシリサイドの領域、１０６，１０８，２１０，２１２，３０６，３０８，３１０ 界面。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】