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，我们的重点是使用高能等离子射流作为超高温电弧，通过钛表面氮化来制造氮化物薄膜。在这种情况下，我们尝试通过改变各种实验条件来控制钛界面来制造氮化物膜，以抑制微裂纹的出现，当成膜速率较高时，微裂纹可能会成为问题。首先，我们通过改变等离子射流的电流值、到材料的距离以及材料的扫描速度（热照射时间）来控制钛界面，我们决定了ta。接下来，使用光学显微镜观察制备的样品的横截面以检查结构变化。此时表面形成约10μm的薄膜，其维氏硬度超过Hv=1000，表明TiN的存在。另外，在其下方，维氏硬度约为Hv=400的针状组织向内生长，但这部分由氮固溶在钛中组成，并且TiN也被分散。随着等离子体能量的增加，这种结构变得更深。该样品表面的薄膜 X 射线衍射证实基板中除了 Ti 之外还存在 TiN。此外，同时还检测到了TiO_2峰，揭示了实验过程中气氛控制的重要性。传统上，钛的表面氮化需要将整个样品加热到600至1000摄氏度，这需要几个小时或更长时间。另一方面，使用超高温电弧对钛进行表面氮化可以在很短的时间内完成，类似于激光等其他高能量密度热源。这是因为通过将钛的表面温度提高到 1500°C（接近其熔点）可以提高反应速率。虽然没有观察到成膜速率高时容易出现的裂纹，但今后有必要获得更详细的截面信息。

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）。