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機械工学専攻
| 対象課程 |
科目名 |
単位数 |
科目コード |
開講時期 |
授業科目区分 |
| 博士前期課程（修士課程） |
極限環境材料特論
Materials for Extreme Environments
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1 |
2144-01 |
2024年度
後学期
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関係科目 |
| 授業科目の学習・教育目標 |
| キーワード |
学習・教育目標 |
| 1.高温酸化
2.熱力学
3.純金属の酸化
4.合金の酸化
5.高温耐食合金
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火力発電所のタービン等の高温で使用される材料には，高温耐食性と高温強度が求められる
．本科目では，高温耐食性に着目し，高温酸化の基礎および耐食性制御方法を修得する．講
義内容は熱力学の考え方，酸化機構，純金属の酸化，合金の酸化を修得し，高温使用される
材料を適切に選択できるようになる． |
| 授業の概要および学習上の助言 |
| 高温環境で使用される材料に関して下記の項目を学習する．
・高温酸化現象
・高温酸化の熱力学的基礎
・酸化物の欠陥構造と拡散
・高温酸化の動力学
・純金属の酸化（Ni, Fe, Nb, W）
・合金の酸化現象（外部酸化と内部酸化）
・耐熱合金
理解度を確認する小テストと理解を深めるためのレポート課題を課す． |
| 教科書および参考書・リザーブドブック |
| 教科書：指定なし
参考書：指定なし
リザーブドブック 指定なし |
| 履修に必要な予備知識や技能 |
| 本講義は学部で学んだ材料科学Ⅰの理解を前提に進める．現象やしくみの理解に熱力学の知識も必要となる．熱力学状態関数
U,H,G,Fや状態変数V,P,T,Sなどの関係を復習しておくこと． |
| 学生が達成すべき行動目標 |
| No. |
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| ① |
高温酸化の原理を熱力学の観点から理解する． |
| ② |
高温酸化の理論（Wagnerの酸化理論）を理解する． |
| ③ |
純金属の酸化機構を理解する． |
| ④ |
合金の酸化機構を理解する．特に内部酸化から外部酸化への遷移機構を説明できるようになる． |
| ⑤ |
実際の耐熱合金の考え方を理解し，実問題での適用を考察する． |
| ⑥ |
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| 達成度評価 |
| 総合評価割合 |
30 |
0 |
60 |
0 |
0 |
0 |
10 |
100 |
| 評価の要点 |
| 評価方法 |
行動目標 |
評価の実施方法と注意点 |
| 試験 |
① |
レ |
期間内に１回の中間試験を実施する |
| ② |
レ |
| ③ |
レ |
| ④ |
|
| ⑤ |
|
| ⑥ |
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クイズ
小テスト |
① |
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| ② |
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| ③ |
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| ④ |
|
| ⑤ |
|
| ⑥ |
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| レポート |
① |
レ |
高温酸化の理解に必要な原理に関するレポート課題を与える |
| ② |
レ |
| ③ |
レ |
| ④ |
レ |
| ⑤ |
レ |
| ⑥ |
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成果発表
(口頭・実技) |
① |
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|
| ② |
|
| ③ |
|
| ④ |
|
| ⑤ |
|
| ⑥ |
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| 作品 |
① |
|
|
| ② |
|
| ③ |
|
| ④ |
|
| ⑤ |
|
| ⑥ |
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| ポートフォリオ |
① |
|
|
| ② |
|
| ③ |
|
| ④ |
|
| ⑤ |
|
| ⑥ |
|
| その他 |
① |
|
|
| ② |
|
| ③ |
|
| ④ |
|
| ⑤ |
|
| ⑥ |
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| 具体的な達成の目安 |
| 理想的な達成レベルの目安 |
標準的な達成レベルの目安 |
| ①高温酸化現象が自由エネルギー変化との関係を説明でき，さ
らにエリンガム図で金属の酸化挙動を説明できる．
②Wagnerの純金属の酸化理論を説明できる．
③Ni,Fe,W,Nbの純金属の酸化機構を説明できる．
④合金鋼の内部酸化，外部酸化および内部酸化から外部酸化へ
の遷移機構を説明できる．
⑤耐熱合金の原理を理解し，高温で使用される材料を適切に選
択できる． |
①高温酸化現象が自由エネルギーを下げる方向への反応である
ことを理解し，エリンガム図を使うことができる．
②酸化物内のイオンの輸送で酸化が進行することを理解できる
．
③Ni,Feの酸化機構を理解できる．
④合金の内部酸化と外部酸化の違いを理解できる．
⑤耐熱合金に安定な外部酸化皮膜が利用されていることを理解
できる． |
| 授業明細 |
| 回数 |
学習内容 |
授業の運営方法 |
学習課題 予習・復習 |
時間：分※ |
| 1 |
【授業】
本科目での教育目標を理解する．工学分野で高温材料
が担う役割を把握する．
高温材料に求められる特性と高温酸化現象を理解する
． |
授業と質疑 |
材料科学Ⅰでの材料に関する基礎
知識および熱力学関数を学部の教
科書や講義資料で復習しておく． |
60 |
| 2 |
【授業】
高温酸化の基礎となる熱力学の考え（ギブスの自由エ
ネルギーやエリンガム図等）を理解する． |
授業と質疑 |
|
60 |
| 3 |
【授業】
高温酸化の動力学，酸化物の欠陥構造とイオンの拡散
現象を理解する． |
授業と質疑 |
レポート課題1を提示 |
120 |
| 4 |
【振り返り】レポート課題１を解説し，熱力学の理解
を深める．
【授業】
Wagnerの酸化理論を修得し，純金属(Ni, Fe,Mo,W)の
酸化機を理解する． |
授業と質疑 |
|
120 |
| 5 |
【授業】
合金の酸化（内部酸化および外部酸化）を理解し，Ni
-Cr, Fe-Cr系での酸化挙動を理解する． |
中間試験
授業と質疑 |
レポート課題２を提示 |
120 |
| 6 |
【振り返り】中間試験を解説し，熱力学および酸化機
構の理解を深める
【授業】
耐熱合金および高温耐食技術を理解する |
授業と質疑 |
|
60 |
| 7 |
【振り返り】レポート課題２を解説する．授業全体を
振り返り，純金属や合金の酸化機構の理解を深める． |
授業と質疑 |
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60 |
| 8 |
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