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Structure of nitride layer formed on titanium alloy surface by N$$_{2}$$-gas exposure at high temperatures

チタン合金表面に高温窒素ガス暴露で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

今回、(1)810$$^{circ}$$C、600分、(2)850$$^{circ}$$C、720分のふたつの条件でチタン合金表面に窒化層を導入した。低速陽電子ビームを用いて、陽電子消滅$$gamma$$線ドップラー広がり測定により試料表面を測定した結果、表面近傍において陽電子は欠陥に捕まって消滅していることがわかった。TEM観察によると表面近傍には10nm程度の結晶粒が存在しており、ほとんどの陽電子は結晶中を拡散後、粒界の欠陥において消滅していることが明らかとなった。さらに、陽電子消滅ドップラー広がり測定の結果は、陽電子の消滅している部位における化学組成が深さに対して変化していることを示していたが、EDS観察においても、バナジウムなどの不純物に深さ依存性があることが示され、これらの測定結果は粒界における不純物濃度の変化を反映していると考えられる。

In this study, we prepared samples under two different conditions, (1) 810$$^{circ}$$C, for 600 min, and (2) 850$$^{circ}$$C, for 720 min. A depth-profile analysis of the surfaces of the samples is conducted through Doppler broadening (DB) measurements of positron annihilation $$gamma$$ rays using a slow positron beam. It was indicated that many of positrons annihilated in defects near the surface. According to the TEM image, there are nano-crystal grains near the surface and then positrons can diffuse in the grains and annihilate in defects at the grain boundaries. Furthermore, DB measurements indicated that there is a depth dependence on the chemical composition where positrons annihilate. EDS spectroscopy measurements also indicated that there is a depth dependence of impurities such as Vanadium. These results indicated change of the chemical composition at the grain boundaries.

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