炭素イオン注入法を用いたチタンの表面設計手法の確立

碳离子注入法钛表面设计方法的建立

• 批准号: 05750090
• 负责人: 森田 辰郎
• 金额: $ 0.58万
• 依托单位: Kyoto Institute of Technology
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Encouragement of Young Scientists (A)
• 财政年份: 1993
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 1993 至 无数据
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-05750090/
• 关键词: チタン合金; 炭素; 表面改質層; 耐摩耗性; 耐食性; 第1原理

本研究では,炭素原子をチタン表現に拡散・固溶させることにより形成される表面改質層の性状を,実験的・解析的両手法を用いて明らかにすると共に,その様な表面改質層がチタンの耐摩耗性および耐食性等の機械的性質に及ぼす効果について詳細に検討した.なお,当初の計画では,炭素原子をチタン表面に固溶させる方法として,イオン注入法を用いる予定であったが,イオン注入装置の不具合のため,実際には,アセチルセルロース樹脂を用いて炭素微粒子(粒子径:100mum)をチタン合金表面(Ti-6A1-4V)に固着後,CO_2レーザーを照射するという方法で表面改質層を形成させた.本研究で得られた結果を以下にまとめて記す.1.炭素原子をチタン合金表面に固溶(処理条件:500W,10sec)させることにより,ビッカース硬さHV1700に及ぶ高硬さを有する表面改質層(改質層厚さ:140mum)の形成が可能である.2.かかる表面改質層を形成させたチタン合金の摩耗量は,未処理の場合に対して約1/6に低減されることから(ピンオンディスク形式摩耗試験,負荷:0.25MPa,相手材:4340焼入れ鋼),上述の表面改質層の形成は,チタン合金の耐摩耗性を改善する上で有効であると言える.3.濃塩酸環境(濃度:11.3N)では,チタン合金は活性溶解するため耐食性は著しく劣るが,表面改質層を形成した場合,かかる表面改質層が濃塩酸環境から母材部を保護するため,チタン合金の耐食性は著しく改善される.4.上述の表面改質層の性状を原子レベルから評価するため,第1原理に基づいてTiCに電子状態に関する検討を試みた.なお,本方法を用いたTiCに関する検討は未だ基礎段階にあり,現状では実験的に求められているTiCの格子間隔と第1原理に基づいて本研究において求めたそれが,5%の精度で一致することが明かとなった段階である.

在本研究中，我们将使用实验和分析方法来阐明通过将碳原子扩散和溶解到钛中而形成的表面改性层的性能，并且还阐明这种表面改性层的机械性能等。由于钛的耐磨性和耐腐蚀性对性能的影响进行了详细研究。最初的计划是使用离子注入作为将碳原子溶解到钛表面的方法，但由于离子注入设备的故障，实际上不可能这样做。是乙酰纤维素使用基础树脂将碳细颗粒(粒径：100μm)固定在钛合金表面(Ti-6A1-4V)上之后，通过用CO_2激光照射其形成表面改性层。结果总结如下。 1. 通过将碳原子溶解到钛合金表面（处理条件：500W，10秒），可以形成具有高维氏硬度HV1700的表面改性层（改性层厚度：140μm）。2。形成这种表面改性层的钛合金的磨损量减少至未处理情况的约1/6（销盘式磨损试验，负载：0.25MPa，配合材料：4340淬火钢)，上述表面改性可以说，层的形成对于提高钛合金的耐磨性是有效的。 3、在浓盐酸环境（浓度：11.3N）中，钛合金溶解活跃，耐蚀性明显较差，但表面。当形成表面层时，可以进行这样的表面改性。由于该层保护基体金属免受浓盐酸环境的影响，因此钛合金的耐腐蚀性能显着提高。 4.为了从原子水平评价上述表面改性层的性能，我们在基于TiC的基础上应用了TiC我们试图研究电子态。使用该方法对TiC的研究仍处于基础阶段，目前实验确定的TiC晶格间距与本研究基于第一原理确定的匹配精度为5％。