種々の複合窒化物を形成可能な新しい表面処理技術の開発

Research Project

Project/Area Number	23K04403
Research Category	Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
Allocation Type	Multi-year Fund
Section	一般
Review Section	Basic Section 26030:Composite materials and interfaces-related
Research Institution	Kansai University
Principal Investigator	星山康洋関西大学, 化学生命工学部, 教授 (10368201)
Project Period (FY)	2023-04-01 – 2026-03-31
Project Status	Granted (Fiscal Year 2023)
Budget Amount *help	¥3,900,000 (Direct Cost: ¥3,000,000、Indirect Cost: ¥900,000) Fiscal Year 2025: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000) Fiscal Year 2024: ¥1,690,000 (Direct Cost: ¥1,300,000、Indirect Cost: ¥390,000) Fiscal Year 2023: ¥780,000 (Direct Cost: ¥600,000、Indirect Cost: ¥180,000)
Keywords	窒化物 / 複合窒化物 / プラズマ窒化
Outline of Research at the Start	表面処理技術の一つであるプラズマ窒化法は、窒素ガスを含む低真空中でグロー放電によって形成されるプラズマを利用して窒化を行う技術であるが、この窒化法に申請者らが考案した「金属製コンビネーションスクリーン」を追加することにより、均一な窒素拡散層の上に硬質の複合窒化物層を形成させることに成功した。そこで、複数の金属線からなるコンビネーションスクリーンを用い、スクリーンの開口率、処理温度、処理圧力およびスクリーンの線径が複合窒化物層の形成に及ぼす影響を調査し、従来の表面処理技術では不可能であった種々の複合窒化物層の形成が可能な方法として工業的利用の可能性があるかを明らかにする。
Outline of Annual Research Achievements	金属材料の高機能化、高寿命化、高負荷化への要求に伴い、さまざま表面処理が適用されている。表面処理法の一つであるプラズマ窒化法は、窒素ガスを含む低真空中でグロー放電によって形成されるプラズマを利用して窒化を行う技術であるが、この窒化法に申請者らが考案した「金属製コンビネーションスクリーン」を追加することにより、均一な窒素拡散層の上に硬質の複合窒化物層を形成させることに成功した。そこで、種々の複合窒化物層を容易に金属材料表面に形成させることができる汎用性のある環境低負荷型の新たな表面処理技術を開発することを目的とする。 2023年度は、開口率の異なるコンビネーションスクリーンを用い、一定の温度と圧力においてステンレス鋼にプラズマ窒化処理を施し、窒化物層の形成に及ぼす開口率の影響を調査することを目的とした。開口率の異なる非鉄系コンビネーションスクリーンを用いてオーステナイトステンレス鋼にプラズマ窒化処理を施し、処理した試料の組織および機械的性質を評価した。非鉄系コンビネーションスクリーンを用いてプラズマ窒化処理を施すことで、試料表面に窒化物層が形成された。開口率が低いほど、試料最表面においてスクリーン構成元素の濃度が高かった。開口率が低いほど、スクリーンからの堆積物が多く、スクリーン構成元素の濃化部の厚さは厚くなることが明らかになった。また、窒素拡散層の上に窒化物層が形成されることで、硬さと耐摩耗性が向上することが明らかになった。
Current Status of Research Progress	Current Status of Research Progress 2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned. Reason 2023年度の実験に関しては、計画していた1）複合窒化物層の形成に及ぼすスクリーン開口率の影響を調査することができたので、おおむね順調に進展している。
Strategy for Future Research Activity	2024年度は、窒素拡散層と窒化物層の形成に及ぼす処理温度ならびに処理圧力の影響を調査する。プラズマ窒化処理した試料を、X線回折、表面粗さ測定、GD-OES分析、断面組織観察、表面観察、EPMA分析硬さ試験、動摩擦係数測定、摩耗試験などで評価する。