2023 Fiscal Year Research-status Report
脱炭素化に向けた中圧ガス窒化による迅速表面硬化処理技術の研究
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22K04744
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| Research Institution | Sendai National College of Technology |
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Principal Investigator |
熊谷 進 仙台高等専門学校, 総合工学科, 准教授 (30390389)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
葛原 俊介 仙台高等専門学校, 総合工学科, 准教授 (60604494)
伊東 航 仙台高等専門学校, 総合工学科, 准教授 (30559852)
浅田 格 仙台高等専門学校, 総合工学科, 教授 (20300519)
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| Project Period (FY) |
2022-04-01 – 2025-03-31
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| Keywords | 表面硬化熱処理 / ガス窒化 / 脱炭素化 / 構造材料 / アンモニア |
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| Outline of Annual Research Achievements |
ガス窒化処理は低温処理であるため、ひずみが小さく工程削減が可能であり、CO2削減に寄与する一方で、フレッシュなNH3ガスを流し続ける必要があり、消費量が大きくなるという欠点がある。これを改善するため、NH3ガスを加圧し間欠処理を行うことで使用量削減と窒化効率の向上を期待し、加圧ガス窒化の影響を調査した。
供試材は窒化鋼SACM645の丸棒材を使用し、加圧ガス窒化（0.7 MPa、10分ごとにガス置換）、大気圧窒化（18 ml/min）を550℃でシーケンス制御で72時間まで実施した。窒化処理後の試料は輪切り・縦切りにし、光学顕微鏡およびマイクロスコープで化合物層、拡散層の厚さを測定し、マイクロビッカース硬さ計で硬さ試験を行った。
硬さ試験の結果、加圧窒化試料と大気圧窒化試料を比較すると、大気圧窒化試料の方が長時間では拡散層の硬さが高い結果となった。以前の研究では、6時間まででは加圧した方が高かったが、加圧窒化の場合、窒化時間が長くなると化合物層が成長し、拡散層に届く窒素の量が減少するようである。
本研究の結果、加圧ガス窒化による化合物層と拡散層の形成において、時間と圧力の影響が明確になった。加圧による窒化処理は化合物層の成長を促進する一方で、拡散層への窒素供給を妨げる可能性が示唆された。このため、適切な処理時間と圧力のバランスが重要であることが示された。
このように、加圧ガス窒化の研究は、窒化処理の効率向上とガス使用量削減の両立を目指すものであり、今後の工業プロセスにおける環境負荷軽減に寄与することが期待される。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
前年度からの進捗として、シーケンス制御による長時間の間欠ガス窒化が可能になり、産業レベルの長時間窒化における加圧窒化と従来の窒化とを比較することができた。その結果、短時間処理時の比較ではわからなかった化合物層成長と拡散層厚さの関係について新たな知見を得ることができ、おおむね順調に進展している。
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| Strategy for Future Research Activity |
加圧窒化の場合、化合物層の成長が大きくなることが、窒素拡散層の成長を阻害する可能性が明確になったため、加圧した場合の窒化ポテンシャルによる制御のための熱力学的検討を加えてより高効率な窒化処理方法の確立を目指す。
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| Causes of Carryover |
年度当初想定していた装置修繕・改造費をより効率的かつ安価なもので代替できたため、次年度使用額を生じさせた。より精緻な実験のためのマスフローコントローラの導入で次年度の研究に生かす。
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