糖心传媒

静冈大学
东京都立大学
东京电机大学
ヤマハ発动机株式会社

“ 加熱しない ”短時間窒化プロセスの開発
—　チタン合金の多机能化を目指して　—

静冈大学工学部 菊池将一 准教授、东京电机大学 井尻 政孝 助教（研究当時 ／現所属：东京都立大学システムデザイン学部 助教）、ヤマハ発动机株式会社　材料技術部からなる共同研究グループは、加熱することなくチタン合金表面に硬質な窒化層を短時間で形成させることに成功しました。

軽くて强くて錆びないチタン合金は构造材料として実用されていますが、チタン合金の适用范囲拡大には摩擦摩耗特性に乏しい点を克服することが不可欠です。そのため、窒素拡散を利用した表面硬化法が広く用いられていますが、チタン合金を窒素雰囲気で长时间加热する必要がありました。

研究では、常温?大気环境で窒素含有微粒子を高速投射するプロセスにより、チタン合金表面に硬い窒化层が形成されることを明らかにしました。処理时间はわずか30秒ほどで、従来手法と比较して処理时间が大幅に短缩されました。さらに、従来手法の课题であった加热によるチタン合金组织の粗大化を防ぐこともできました。

本研究で得られた研究成果は、今后、优れた摩擦摩耗特性と强度特性を併せ持つ多机能チタン合金の开発につながると考えられ、航空机、自动车、生体医疗分野などへの応用展开が期待されます。
　　
なお、本研究成果は、2021年5月3日に、Wiley社の発行する国際雑誌「Advanced Materials」に掲載されました。
顿翱滨　

【研究のポイント】
●窒素を含む微粒子を高速で衝突させることにより、常温?大気环境でチタン合金の表面に窒化层を形成させた（図1）
●衝突时に窒素を含む微粒子がチタン合金表面に付着する现象を利用した
●従来の窒化処理と比较して、窒化层の形成速度が高いことを见出した（図2）
●チタン合金の表面组织が微细化されることを见出した（図3）

【研究概要】
本研究では、加热することなくチタン合金表面に硬质な窒化层を短时间で形成させることに成功しました。具体的には、常温?大気环境で窒素含有微粒子を高速投射するプロセスにより、チタン合金表面に硬い窒化层が形成されることを明らかにしました。処理时间はわずか30秒ほどで、従来処理と比较して処理时间が大幅に短缩されました。さらに、従来手法の课题であった加热によるチタン合金组织の粗大化を防ぐこともできました。

【研究背景】
チタン合金は軽くて强くて錆びない性质を有しているため、构造材料として実用されています。チタン合金のさらなる适用范囲拡大には、摩擦摩耗特性に乏しいという欠点の克服が不可欠であり、现在は窒素拡散を利用してチタン表面を硬くしたり摩耗に强い膜をコーティングすることが主流です。しかし、いずれの手法もチタン合金を长时间加热する必要があり、チタン组织の粗大化を引き起こし强度が低下してしまいます。そのため、加热を必要としない短时间表面硬化プロセスの开発は、チタン合金の多机能化のブレークスルーとなります。

【研究の成果】
　常温?大気环境で窒素含有微粒子を高速投射するプロセスにより、窒素含有微粒子の一部がチタン合金の表面に付着し、短时间でチタン合金表面に硬い窒化层が形成されることを明らかにしました。さらに、窒素含有微粒子の衝突时にチタン合金の表面组织が改质されることも明らかにしました。従来手法では加热によってチタン合金组织が粗大化しましたが、本研究ではチタン合金の表面组织を微细化させることにも成功しました。

【今后の展望と波及効果】
本研究で得られた研究成果は、优れた摩擦摩耗特性と强度特性を併せ持つ多机能チタン合金开発につながると考えられ、航空机、自动车、生体医疗分野などへの応用展开が期待されます。

【论文情报】
掲載誌名: Advanced Materials
論文タイトル: Rapid Nitriding of Titanium Alloy with Fine Grains at Room Temperature
著者: Keisuke Fujita, Masataka Ijiri, Yoichi Inoue, Shoichi Kikuchi
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【研究助成】
本研究は、一般財団法人 先端加工機械技術振興協会研究助成の支援を受けて実施されました。

【用语説明】
窒化処理：窒素雰囲気で金属を加热することにより、金属表面に窒素を含む层（窒化层）を形成させる処理。窒化処理により、金属表面は硬化する。
微粒子衝突処理：圧缩気体等により硬质微粒子を高速で投射する手法。微粒子ピーニングとも呼ばれる。

【问合せ先(研究グループ)】
◆静冈大学 工学部 准教授　菊池　将一 (きくち　しょういち)
TEL : 053-478-1026　　E-mail : kikuchi.shoichi〇shizuoka.ac.jp
◆东京电机大学 工学部 助教　井尻 政孝（いじり まさたか）（研究当時）
（現所属：东京都立大学システムデザイン学部 機械システム工学科 助教）
TEL : 042-677-2704　　E-mail : ijiri〇tmu.ac.jp
◆ヤマハ発动机株式会社 生産技術本部　材料技術部
TEL : 0538-32-1194 　　E-mail : suzukitakaharu〇yamaha-motor.co.jp
【问合せ先（広报担当）】
◆静冈大学広報室
罢贰尝：054-238-5179
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◆东京电机大学総務部企画広報担当
罢贰尝：03-5284-5125
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◆东京都立大学管理部企画広報課広報係
　罢贰尝：042-677-1806
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◆ヤマハ発动机株式会社 コーポレートコミュニュケーション部広報グループ
罢贰尝：0538-32-1145
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