溶けない超合金が航空業界を変える｜KIT開発のクロム合金が1100℃の壁を突破
カールスルーエ工科大学（KIT）の研究チームが、クロム、モリブデン、シリコンを組み合わせた新しい耐火金属合金を開発した。
この合金は融点が約2,000度セルシウスで、常温では延性があり、臨界温度範囲でも酸化が遅いという特性を持つ。現在のニッケル基超合金は最大1,100度セルシウスまでしか使用できないが、この新合金はそれを大幅に上回る動作温度での使用が可能になる。
KIT応用材料研究所のマーティン・ハイルマイヤー教授によれば、タービンで100度セルシウスの温度上昇を実現できれば燃料消費を約5パーセント削減できる。この研究はドイツ研究振興協会（DFG）の研究訓練グループ「MatCom-ComMat」の枠組みで行われ、ルール大学ボーフムのアレクサンダー・カウフマン教授が発見に貢献した。
産業レベルでの実用化には多くの開発ステップが必要とされる。
この研究の本質は、材料科学における長年のトレードオフを解決したことにあります。従来の耐火金属は2,000度セルシウス以上の融点を持つものの、常温では脆く、600〜700度セルシウスで酸化により故障してしまうため、実用には真空環境が必要でした。一方、現在の主流であるニッケル基超合金は延性と耐酸化性を兼ね備えていますが、安全に使用できる温度の上限が1,100度セルシウスという壁がありました。
今回開発されたクロム・モリブデン・シリコン合金は、わずか3原子パーセントのシリコン添加により、この二律背反を突破しています。シリコンが保護酸化膜の形成を促進する一方、脆い金属間化合物の生成を抑制する絶妙なバランスを実現しました。表面にはクロム酸化物の連続層が形成され、その下にモリブデンリッチな層が窒素の侵入を防ぎ、高温での耐久性を確保します。
この材料が実用化されると、航空業界に大きなインパクトをもたらすでしょう。タービン温度を100度セルシウス上昇させるだけで燃料消費を約5パーセント削減できるという数値は、長距離航空路線において極めて重要です。電動化が困難な長距離フライトにおいて、この技術は現実的なCO2削減手段となり得ます。
また、発電所の定置型ガスタービンへの応用も期待されています。より高温での運転が可能になれば、燃焼効率の向上により化石燃料からの発電でもCO2排出量を低減できます。エネルギー転換期において、既存インフラの効率化は再生可能エネルギーへの橋渡しとして重要な役割を果たすはずです。
ただし、研究チームも認めているように、産業レベルでの実用化にはまだ多くの開発ステップが必要です。アーク溶解法で製造された試験材料を、実際の部品として量産し、コーティング技術や製造プロセスを確立するには時間を要します。耐酸化性や延性といった特性が、コンピュータによる材料設計では十分に予測できないという点も、開発の難しさを物語っています。
この研究成果はNature誌に掲載されており（DOI: 10.1038/s41586-025-09516-8）、基礎研究における重要なマイルストーンとして世界中の研究グループが参照できる状態になりました。材料科学の新たな地平を切り開く発見として、今後の展開が注目されます。