チタン合金のイオン窒化：効果と処理条件

イオン窒化は、内部の靭性と延性を保ちながら、チタン合金の表面硬さ、耐摩耗性、耐焼付き性、還元性環境での耐食性を向上させます。チタンの耐摩耗性と耐焼付き性の低さ、および還元性媒体中での耐食性の限界を改善する処理で、石油化学、防衛、医療機器の分野で使用されています。

窒化処理の温度と時間は、表面硬度と浸透深さを左右します。適切に処理された表面は黄金色になります。

水素脆化は重要な懸念事項です。一般的には、窒素・アルゴン混合ガス、あるいは純窒素が使用されます。窒素・水素混合ガスやアンモニアなど、水素を含む雰囲気を使用する場合は、窒化処理後に部品の温度が600°Cまで下がった時点で水素の供給を停止し、脆化のリスクを低減してください。

チタンイオン窒化処理は、800°C以上で行われます。装置としては、外部加熱式のイオン窒化炉や、従来のコールドウォール炉が使用される場合があります。 部品を所定の温度まで昇温させ、温度の均一性を維持するための簡単な方法は、ワークピースの周囲に同じ電位を持つ補助陰極を設置することです。これは追加の周辺熱源として機能し、放射による熱損失を低減し、加熱を促進し、温度の均一性を向上させます。

チタン用に設計された装置は、すべてのシール部を確実に機能させたまま、約900°Cに達する必要があります。ワークピースと炉蓋の間、および陰極作業台と炉底板の間に、1つ以上の全金属製放射線シールドを設置してください。

チタンは900°Cにおいて酸素との親和性が強いため、酸素分圧を可能な限り低く保つ必要があります。ガスの純度と炉の漏れ率が主な管理項目となります。他の材料の処理中に吸着した物質がチタンの処理工程を汚染しないよう、専用のチタン用イオン窒化炉を使用することが望ましいです。