Structure of nitride layer formed on titanium alloy surface by N-gas exposure at high temperatures

高温下窒素ガス暴露によりチタン合金表面に形成された窒化層の構造

武田 裕介; 飯田 清*; 佐東 信司*; 松尾 忠利*; 長嶋 泰之*; 大久保 成彰   ; 近藤 啓悦  ; 平出 哲也  

Takeda, Yusuke; Iida, Kiyoshi*; Sato, Shinji*; Matsuo, Tadatoshi*; Nagashima, Yasuyuki*; Okubo, Nariaki; Kondo, Keietsu; Hirade, Tetsuya

ゴルフクラブや、航空機用構造材料等に広く用いられているチタン合金は、表面を窒化処理することで硬さを飛躍的に増すことが知られているが、熱処理温度または時間によっては表面に形成された窒化層が負荷により簡単に剥離してしまい、実用性に欠く場合がある。そこでわれわれは2つの窒化条件、(1)810C 600minと(2) 850C 720minで処理した試料を準備し、その表面に形成された窒化層を、陽電子消滅線ドップラー広がり(DB)測定で評価した。窒素の拡散のみ考慮して評価すると0.05-0.1mまで窒化されると予想されるが、DBによる評価では窒化によって導入される欠陥層は0.5mを超える領域まで達していることがわかった。

Titanium alloy is widely used for applications such as golf club heads and structural materials for aircrafts. The surface can be exceedingly hardened by nitriding treatment that initiates defects, but there are some difficulties on use of titanium nitride because the layer can be exfoliated by stress. Therefore, we prepared samples in two different treatment conditions, (1) 810C 600 min and (2) 850C 720 min and performed depth profile analysis of Doppler broadening of positron annihilation -rays (DB) for these samples. According to a calculation of nitrogen diffusion depth, the nitride layer should be only about 0.05-0.1m. However, the depth profile analysis of the DB measurement indicated that the defects introduced by nitriding treatment extended to a depth of 0.5m.