先端材料技術研究センター低温プラズマ窒化プロセスの開発 100µm 低温プラズマ窒化を施した純チタン表面組織メカニカルミリングを施した純チタンの低温プラズマ窒化挙動研究の内容微細結晶組織チタン粉末不動態皮膜メカニカルミリング焼結微細結晶組織窒化層低温窒化（500~700oC）硬い窒素化合物層 Ti粉末断面組織（MM後）図1 低温プラズマ窒化プロセスの概念図ビッカース硬さ, HV (0.098N) 本研究では、強加工プロセス（Mechanical milling: MM）を施した純チタン粉末の焼結体に対して『低温プラズマ窒化プロセス』を施し、高強度かつ優れた摩耗特性を示す純チタンの創製を目的としている（図1）。プラズマ窒化プロセスを低温域（500∼700℃。通常は約900℃）で施すことにより、チタン結晶粒の粗大化を抑制できるため、さらなる高強度化が期待される。微細結晶組織の存在により、プラズマ窒化工程において窒素の高速拡散が生じるため、純チタン焼結体の表面に高硬度な窒化層を形成することができる（図2）。また、低温プラズマ窒化プロセスにより形成される窒化層の硬さは、メカニカルミリング時間の増加に伴い上昇する。 2000 窒化温度窒化処理時間：20h 600℃ 700℃ 1500 1000 微細結晶粒の創製 500 ★窒化層硬さの上昇 10µm 0 0 （粗大粒） 25 50 75 メカニカルミリング時間, h 100 （微細粒） Ti表面組織（MM100h＋600℃窒化）図2 窒素の高速拡散を利用した高硬度窒化層の創製将来構想 900 ? 90%冷間圧延材 800 引張強度, MPa MM＋焼結プロセスにより作製した純チタンはネットワーク状の微細結晶組織を有するため、高強度・高延性を示す（図3）。低温プラズマ窒化プロセスを施すことにより、さらなる高強度・高延性チタンの創製が期待される。 700 微細結晶組織のネットワーク化 600 500 90%熱間圧延材立命館大学理工学部・機械工学科助教菊池将一連絡先リサーチオフィス(BKC) TEL:077-561-2802 従来チタン 0h 10h 15h 20h 25h ※窒化なし溶製材 400 300 0 ※ 文部科学省科学研究費補助金(若手研究（B）課題番号24760090)、社団法人日本チタン協会研究助成を用いて実施 MM時間＋低温窒化 10 20 破断伸び, % 30 40 図3 MM+焼結Tiの機械的特性 E-mail:[email protected]