放電プラズマ焼結法を応用した純チタンへの浸炭浸硼処理

摘要

チタンやその合金材料は，比強度や疲労強度および生体適合性などに優れるため，航空宇宙産業，自動車産業，生体材料などで幅広く利用されている。しかし，硬さや耐摩耗性に乏しく，非酸化性酸に対する耐食性が悪いなどの欠点もあり，チタン材料のさらなる利用は制限されてきた。そのため，チタン材料のさらなる用途拡大のためには材料表面の改善が求められている。金属材料の機械的特性を向上させる方法として，様々な表面改質処理が適用されている。特にチタン材料においてはチタン化合物であるTiN，TiCおよびTiB_2といったセラミックス層の形成が考えられる。これらは高硬度，耐摩耗性，耐食性など魅力的な特性を有している。さらに，ホウ化物と炭化物を組み合わせた複合材料は比較的高温での腐食性環境において，機械的性質や電気的性質，耐食性に優れていることが報告されている。このような硬質層を被覆させる方法として，一般的にPVD（物理的蒸着法）やCVD（化学的蒸着法）が知られているが，本実験では密着性に優れた硬質層を形成することができる拡散浸透法に着目した。また，表面焼入れ法での局部加熱とは異なり，試料全体が長時間高い処理温度にさらされることで基材に悪影響が出る可能性がある。そこで，急速な昇温により結晶粒の成長を抑制し，低温かつ短時間処理が可能である放電プラズマ焼結（Spark Plasma Sintering：SPS）法を用いた。したがって，本研究ではSPS法を用いて工業用純チタンへの浸炭浸硼処理を行い，その特性を評価することを目的としている。