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Makoto HASEGAWA
 長谷川 誠  Makoto HASEGAWA
職   名:特別研究教員
研究組織:大学院工学研究院
       機能の創生部門/固体の機能分野
教育組織:大学院工学府
       システム統合工学専攻/材料設計工学コース
学部組織:工学部生産工学科
担当講義:<大学院>
       <学  部>生産材料科学実験T,
        生産材料科学実験U,創造性材料工学実験
       <第二部>
専   門:材料強度学,界面強度学
連絡先  :E-mail
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● 研究テーマと概要 ●
 発電用ガスタービンや航空機用ジェットエンジンへの適用が考えられている、あるいは一部適用されているTiAl金属間化合物や熱遮蔽コーティングなどの高温構造材料に関する研究を所属研究室で行っています。
現在の主な課題は、以下の通りです。
(1) TiAl金属間化合物の高温加工と熱処理による組織制御と力学特性評価
 TiAl金属間化合物はラメラの向きによってその力学特性が大きく異なることから、高温加工によるラメラ配向制御とその後の熱処理によって作製したTiAl金属間化合物に対して、光学顕微鏡や走査型電子顕微鏡による組織観察やX線回折装置による集合組織測定によってラメラ配向を評価するとともに、ラメラ配向の違いによる高温・室温での力学特性の評価をクリープ試験や破壊靱性試験により行っています。得られた力学特性の結果を元に加工プロセスを修正して、最適な材料組織の開発を試みています。
(2) 熱遮蔽コーティングの熱的・力学的負荷におけるコーティングの信頼性評価
 タービンブレードなどに適用されている熱遮蔽コーティングは、実使用環境下において最終的にコーティングの剥離が生ずることが問題となっています。そこで、コーティング層の力学特性や機械試験によるコーティングの破壊挙動を熱的および力学的負荷を加えた熱遮蔽コーティングに対して調べています。また、界面剥離特性を理解するために、モデル材料である金属/セラミックス接合体を用いた研究も行っています。さらに、熱遮蔽コーティングに生成する酸化物層の残留応力を測定することによる剥離の発生を理解するとともに、応力値を用いての剥離の状態の定量評価も試みています。

● 主な公表論文 ●
(1) M. Tanaka, M. Hasegawa and Y. Kagawa,” Detection of Micro-Damage Evolution of Air-Plasma-Sprayed Thermal Barrier Coating through TGO Stress Measurement”, Materials Transactions, 47 (2006) 1-6.
(2) M. Hasegawa and Y. Kagawa, “Change in Microstructure and Some Properties of NiCoCrAlY Bond Coat Layer by Heat Exposure in Air Plasma-Sprayed Y2O3-ZrO2 TBC Systems”, International Journal of Applied Ceramic Technology, 3 (2006) 293-301.
(3) M. Tanaka, M. Hasegawa, A.F. Dericioglu and Y. Kagawa, “Measurement of Residual Stress in Air Plasma-Sprayed Y2O3-ZrO2 Thermal Barrier Coating System using Micro-Raman Spectroscopy”, Materials Science and Engineering A, 419 (2006) 262-268.
(4) M. Hasegawa and Y. Kagawa, “Decohesion Behavior in Copper-Sapphire Interface under Mode I Cyclic Loading”, Materials Science and Engineering A, 417 (2006) 158-165.
(5) M. Hasegawa, S.J. Zhu, Y. Kagawa and A.G. Evans,” Effect of Metal Layer Thickness on the Decohesion of High Purity Copper-Sapphire Interfaces”, Acta Mater., 51 (2003) 5113-5121.

 High-temperature structural materials such as TiAl intermetallic alloys and thermal barrier coating systems (TBCs) are the target materials in our research group. Control of the lamellar orientation distribution in TiAl intermetallic alloys has been tried by high temperature deformation to realize excellent mechanical properties at ambient and high temperature. Figure 1 shows the typical microstructure of TiAl alloy where the lamellar orientation is controlled by high temperature deformation.
 Thermal barrier coating systems (TBCs) has been widely used in hot section components. It is composed of two layers: thermal barrier coating (TBC) and bond coat (BC) (Fig. 2(a)), and thermally grown oxide (TGO) which is formed in between TBC and BC (Fig.2 (b)) during the service. TBCs lose their function by the debonding in the coating. In order to elucidate the reason of the fracture in TBCs, mechanical test and residual stress measurement are performed on thermally and mechanically loaded TBCs.
Figure 1 Microstructure of lamellar orientation controlled TiAl intermetallic alloy.

Figure 2 SEM micrographs of APS-TBC system. (a) as-sprayed state, and (b) after heat exposure. TC: Y2O3 partially stabilized-ZrO2 thermal barrier coating, BC: NiCoCrAlY alloy bond coat, TGO: thermally grown oxide (Al2O3), Substrate: Inconel 738.
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