熱拡散を応用したチタンのマルチファンクション化表面改質法の確立

2022 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 21K17032
• Research Institution: Tohoku University
• Principal Investigator: 山口 洋史 東北大学, 大学病院, 助教 (80876475)
• Project Period (FY): 2021-04-01 – 2023-03-31
• Keywords: チタン / チタン合金 / 熱拡散 / 表面改質

Outline of Annual Research Achievements

これまでの研究でチタンに対し熱拡散法を用いることでチタンの表面改質が可能であることが明らかになった。この熱拡散法を応用すれば、チタンに複数の金属を熱拡散させ複数の機能を付与することが可能と考えられる。本研究では、チタンに複数の機能を付与する表面改質法を確立させることを最終的な目的とし、チタンに拡散させる金属として鉄（耐摩耗性）と銀（抗菌性）を選択し、この2種を同時にチタンに熱拡散させることを試みた。鉄単体の拡散についてはこれまでの研究で明らかになっている。そこで本研究ではチタンに銀を拡散させる熱処理条件を明らかにすることを目的とした。
昨年度はチタンに銀を付着させる方法について検討を行った。鉄の拡散の際に用いた電気的めっきが銀の付着には用いれないことが分かったため、新たな付着法について検討し、蒸着法により良好な付着が得られることが分かった。本年度は作製した試料に熱処理を試み、得られたTi-Ag拡散合金層の性質について調べた。熱処理によりチタンの中に銀が侵入した拡散層が形成された。熱処理温度、熱処理時間を変えることで拡散層の厚みが変化した。温度が高く、時間が長いほど拡散層の厚みは増加した。また銀は鉄と比較して拡散速度が速いため、比較的低温で拡散が進行することが示唆された。
今後の課題として、拡散速度が異なる鉄と銀を同時に拡散させるには単体の時とは異なる条件が必要となると考えられる。さらに境界部では三元系のTi-Ag-Fe合金が形成されるため、その機械的性質についても調べる必要がある。