2017 Fiscal Year Annual Research Report
Development of super rapid nitriding process for titanium alloys
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16K14121
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| Research Institution | Keio University |
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Principal Investigator |
小茂鳥 潤 慶應義塾大学, 理工学部(矢上), 教授 (30225586)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
曙 紘之 広島大学, 工学研究科, 准教授 (50447215)
菊池 将一 静岡大学, 工学部, 准教授 (80581579)
森田 辰郎 京都工芸繊維大学, 機械工学系, 教授 (90239658)
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| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | 大気圧プラズマ / 高周波誘導加熱 / チタン合金 / 超短時間窒化プロセス |
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| Outline of Annual Research Achievements |
チタン合金の唯一の欠点である，耐摩耗性の向上を目指した検討はこれまで多く行われている．しかし，いずれも数時間から10時間単位の処理時間を要することが問題視されている．本申請は，それと同等の表面を数分単位の処理により創り出そうとするものである．その結果明らかになった事柄を以下にまとめる．
(1) 短時間で処理するプロセスとして『ガスブローIH窒化』を提案し，それに対する基礎的な知見を得た．具体的には，高周波誘導により900℃に加熱したチタンに180秒間窒素ガスをブローすることで，通常のガス窒化（850℃，5時間の処理）と同等の窒素化合物層と窒素拡散層が形成されることを明らかにした．
(2) ガスブローIH窒化処理において，ガス流速を上昇させることにより，被処理材の窒化が促進することを明らかにした．これは，ガス流速を上昇させることにより，IHの出力が増加し，それにより窒素原子の拡散が促進したことに起因するものである．また，ガス流速を上昇させることにより，低温（700℃）で処理した場合でも，高温（900℃）で処理した場合と同程度に被処理面を高硬さ化できる．このことあｈ，Ti-6Al-4V合金の耐摩耗性を向上させつつ，疲労特性低下を招く針状アルファ相の形成および結晶粒粗大化を抑制できる可能性を示唆している．
(3) 小型の４点曲げ疲労試験用治具を用いて疲労試験を実施し，被処理材の疲労強度特性を調べた．その結果，高温で処理した試験片の場合には，その疲労特性は未処理材と比較して低下するが，低温（700℃）で処理した試験片の場合にはその低下は抑制されることがあきらかとなった．この原因は，低温化により素材の組織変化が抑制できたことに起因することを明確にした．
以上の成果は，本研究で提案した『ガスブローIH窒化』が，チタンの新たな表面処理として実用化される可能性を示唆するものである．
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