2014 Fiscal Year Annual Research Report
高速窒素拡散を利用した低温窒化プロセスによる高強度純チタンの創製
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24760090
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| Research Institution | Kobe University |
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Principal Investigator |
菊池 将一 神戸大学, 工学(系)研究科(研究院), 助教 (80581579)
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| Project Period (FY) |
2012-04-01 – 2015-03-31
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| Keywords | 窒化 / チタン / 疲労 / 強加工 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は、窒素の高速拡散を利用することにより、耐摩耗性・耐疲労性の双方に優れる純チタンの創製できる「低温プラズマ窒化プロセス」の確立を目的として実施したものである。
低温度域でも窒素の拡散が生じるよう，窒化の前工程に強加工プロセス（90%冷間圧延）を施すことにより純チタンの結晶粒を微細化した．その結果、窒化工程における窒素の拡散速度は増加し、単独窒化材と比較して厚く硬い窒化層を形成させることが可能となった。なお、このような硬さ上昇は、500℃窒化処理では認めらなかったことから、窒化処理の低温化に関する下限値を見極めることができた。一方で、700℃以上の温度で窒化処理を施した場合には、チタン結晶粒の粗大化が生じ、疲労特性が低下する結果が得られた。以上の結果から、効果的に純チタンの疲労特性改善に寄与する窒化条件（600℃）を見出すことができた。
さらに，600℃窒化処理材は、未処理材と比較して良好な摩擦摩耗特性を示した。したがって、600℃窒化処理により耐摩耗性・耐疲労性の双方に優れる純チタンの作製が可能となり、当初の目的を達成できたといえる。
また、延性の確保を目的として、異なる強加工プロセス（メカニカルミリング）を用いて微細結晶粒をネットワーク状に周期配置した「調和組織チタン」を作製し、同様の窒化処理を施した。その結果、調和組織チタンの微細結晶粒は700℃窒化処理を施した場合にも粗大化せず，表面直下には調和組織が残存していた。以上から、メカニカルミリングを利用した低温プラズマ窒化プロセスは、高延性を維持しながら耐摩耗性・耐疲労性を改善できる可能性を有しており、新たな研究課題を抽出することができた。
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