超音速プラズマジェットを用いた迅速表面改質法の関発研究

2001 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 13750676
• Research Category: Grant-in-Aid for Encouragement of Young Scientists (A)
• Research Institution: Ashikaga Institute of Technology
• Principal Investigator: 安藤 康高 足利工業大学, 工学部・機械工学科, 助教授 (60306107)
• Keywords: プラズマ窒化 / 熱プラズマ / 表面改質 / プラズマジェット / DCアーク

Research Abstract

本研究は、超音速プラズマジェットを用いた窒化処理を鉄鋼材料、チタン、アルミなどに行うと共に、本プロセスにおける迅速表面処理機構を解明し、本プロセスを低温迅速窒化法として実用化する事を目的とする。超音速プラズマジェットとは、熱プラズマであるDCアークジェットを真空雰囲気下に放出し、超音速断熱膨張させることにより低温プラズマ化したものであるが、放電室で形成された化学的活性粒子(ラジカル)は、凍結流現象により超音速膨張後も化学反応を起こすことなく下流に輸送されるため、化学的活性粒子を高密度に含む低温プラズマとして表面改質に用いることができる。
現在までは、本窒化処理プロセスの実用化に主眼を置き、鉄鋼材料の低温迅速窒化処理および窒化処理済鉄鋼材料の耐摩耗試験、窒化処理によるアルミ基板上へのAIN薄膜の形成を行ってきた。その結果、鉄鋼材料の低温迅速窒化に関しては、作動ガス水素/窒素混合ガス(混合モル比1:3)、照射距離600mm、窒化処理温度500℃、窒化処理時間5分で表面硬化が起こり耐摩耗性も向上することを確認し、アルミ基材へのAIN成膜に関しても、作動ガス純窒素、窒化処理時間5分で、基材を溶融させることなく5052アルミ合金基材上へのAIN薄膜の形成が可能であることを明らかにした。また、次年度の研究計画である、レーザーを併用した迅速窒化処理法の開発についても、MD Laser社製MD-2レーザー発生装置をベースに成膜装置への改造を行っており、平成14年5月には試運転を開始する予定である。