超高温ア-クによる新機能性材料の作製に関する基礎的研究

超高温电弧生产新型功能材料的基础研究

• 批准号: 01604578
• 负责人: 小林 明
• 金额: $ 1.28万
• 依托单位: Osaka University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research on Priority Areas
• 财政年份: 1989
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 1989 至 无数据
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-01604578/
• 关键词: 超高温ア-ク; 新機能性材料; 高エネルギ-; プラズマジェット; 窒化膜; チタン; 表面処理

本年度は、超高温ア-クとして高エネルギ-プラズマジェットを用いて、チタンの表面窒化による窒化膜の作製を中心にして研究を進めた。この場合、成膜速度の大きいときに問題となるマイクロクラックの発生を抑制する立場から、種々の実験条件を変化させることによりチタンの界面を制御して窒化膜の作製を試みた。まず、プラズマジェットの電流値を変えるとともに、材料までの距離材料のスキャン速度(熱照射時間)を変えてチタンの界面を制御し、材料の溶融等も考慮して表面窒化のための最適パラメ-タを決定した。次に、作製した試料の断面を光学顕微鏡で観察して組織変化をみた。このとき表面に10μm程度の薄い膜が形成されたが、そのビッカ-ス硬度はHv=1000を越えており、TiNがあることを示した。また、その下にビッカ-ス硬度がHv=400程度の針状組織が内部に向かって成長していたが、この部分はチタンに窒素が固溶したもので、その他TiNも分散しているものと思われる。この組織は、プラズマからのエネルギ-が大きくなるほど深くなる。この試料の表面から薄膜X線回折を行なった結果、基板のTiに加えてTiNの存在が確認された。また、TiO_2のピ-クも同時に検出され、実験中の雰囲気制御の重要性が明らかになった。従来、チタンの表面窒化は600〜1000℃の温度で試料全体を加熱し、数時間以上の長時間を必要としていた。これに対して、超高温ア-クによるチタンの表面窒化においては、レ-ザ-など他の高エネルギ-密度熱源と同様非常に短時間の内に処理出来ることになった。これはチタンの表面温度を融点近い1500℃にすることによって反応速度を上げることができたためである。このような成膜速度が大きいとき生じやすいクラックは見られなかったが、今後、より詳しい断面方向の情報を得る必要がある。

今年，研究主要是针对使用高能量等离子体射流作为超高温度轴的钛的表面硝化钛进行制造的。在这种情况下，从抑制微裂纹的发生的角度来看，这是一个问题，当膜形成速度很高时，我们试图通过改变各种实验条件来控制钛的界面来制造硝酸盐膜。首先，更改了等离子喷射的当前值，并更改了材料的距离，以通过更改材料的扫描速度（热照射时间）来控制钛界面，并确定表面硝化的最佳参数，考虑到材料的熔化等。目前，在表面上形成了约10μm的薄膜，薄膜的替代硬度超过了HV = 1000，表明有锡。此外，具有大约hv = 400的替代硬度的针状结构朝向内部生长，但是这部分是钛在钛中的坚实溶液，并且据信也可以分散其他锡。随着血浆的能量增加，该组织变得更深。从该样品的表面进行了薄膜X射线衍射，并确认了底物上的TI以外的存在。还同时检测到TIO_2拾取，揭示了在实验过程中大气控制的重要性。通常，钛的表面硝化是通过在600-1000°C的温度下加热整个样品来进行的，并且需要长时间或更长时间。另一方面，就像其他高能量密度的热源（如激光器）一样，可以在很短的时间内通过超高温度积聚对钛的表面硝化作用。这是因为可以通过将钛的表面温度设置为熔点附近的1500°C来提高反应速率。尽管在膜形成速度很高时没有发现裂缝，但将来将需要有关横截面方向的更详细的信息。

项目成果

Akira Kobayashi: "Formation of High Hardness Ceramic Coating by Gas Tunnel Type Plasma Spraying" Trans.of JWRI. 18-1. 13-17 (1989)

Akira Kobayashi：“通过气体隧道式等离子喷涂形成高硬度陶瓷涂层”Trans.of JWRI。

小林明: "“ガストンネル型プラズマ溶射-その機構と特徴"" 工業材料. 37-16. 32-35 (1989)

Akira Kobayashi：“气体隧道式等离子喷涂 - 其机理和特点”，《工业材料》37-16（1989）。