フラーレンと鉄合金間の固体反応メカニズムの解明と低温固体浸炭原理の確立

2015 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 26630327
• Research Institution: Tohoku University
• Principal Investigator: 吉見 享祐 東北大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (80230803)
• Project Period (FY): 2014-04-01 – 2016-03-31
• Keywords: フラーレン / ステンレス鋼 / 浸炭

Outline of Annual Research Achievements

平成２６年度は新日鐵住金ステンレス（株）製のSUS316L、平成２７年度は日本冶金工業（株）製のNAS316Lオーステナイトステンレス鋼を被浸炭材として用い、炭素源としてフロンティアカーボン製の純C60フラーレンnanom purple N-60S（C60:約98 %，C70:約1 %）とミックスフラーレンnanom mix（C60:約60 %，C70:約25 %，その他の高次フラーレン:約15 %）を用いた。
SUS316Lを用いた実験では、浸炭温度500 ℃、真空度約3×10(-3)乗 Paで浸炭を行い、100 時間までほぼ単調に浸炭が進行することを確認した。炭素源をミックスフラーレンとした場合に特に顕著で、100 時間で試料表面近傍にておよそ7 mol%の炭素濃度の増加が見積られ、表面ビッカース硬さも1000 Hvを超える値となった。得られた試料表面から内部にかけての炭素濃度プロファイルを使って500 ℃における炭素の拡散係数を見積ったところ、1.05×10(-15)乗 m2乗/sという値が得られた。これは、これまで報告されてきたSUS316Lオーステナイトステンレス鋼の500 ℃における拡散係数と比較すると、１桁ほど小さな値となった。またこの時の炭素吸収反応係数は2.3567×10(-7)乗 mol/(h×μm2乗)と見積られた。
NAS316Lに対しても、まず最初に同様の実験を試みた。しかしながら500 ℃においては、SUS316Lで観察されたような顕著な浸炭挙動が観察されなかった。新日鐵住金ステンレス製のSUS316Lと日本冶金工業製のNAS316LはいずれもJISで定められたSUS316L組成となっていたが、わずかな組成の違い、あるいは不純物濃度の違いが浸炭挙動に影響を及ぼしたものと推測された。加えて、NAS316Lに対する浸炭処理では、真空度を10(-5)乗 Pa以上の高真空度で行った。真空度の影響も考えられたが、本研究においては、その原因を突き止めるまでには至らなかった。