複合表面改質処理技術の確立による多機能付与材料の創製と疲労強度信頼性評価

苛酷環境下で使用される機械・構造用材料の表面改質技術の確立による疲労強度向上を目的として、鉄鋼材料に物理的気相蒸着(PVD)法により窒化チタン(TiN)または窒化クロム(CrN)を被覆した試料、およびイオン窒化処理とTiN被覆の複合表面改質処理を施した試料を用いて、疲労強度評価、耐食性評価並びに被膜に存在する微小欠陥除去法について検討した。得られた主な結論は以下の通りである。1.PVD法によって被覆したTiNおよびCrN膜には微小なピンホール欠陥が存在し、これは電気化学的アノード分極曲線の測定によって評価が可能であり、測定に当たっては欠陥が拡幅しない低電位域で測定する必要があることを指摘し、具体的な測定法を提案した。2.被膜に存在する欠陥除去法として、多段被覆処理法を新しく提案した。これはイオンボンバードメントと被覆を繰返すことによって、同一被膜を積層するものであり、その有効性を通常の被覆法との比較によって明らかにした。本手法によって耐食性は著しく向上するが、腐食疲労強度の向上に対しては微小被膜欠陥の分布と欠陥の形状を考慮する必要のあることを指摘した。3.切欠きを有するS35CにTiNを被覆した試験片の疲労試験結果より、切欠き材の疲労強度は被覆処理によって向上し、切欠きに対して鈍感となることを実験的に明らかにした。これは切欠き底近傍の塑性変形が被膜の存在によって拘束されて、き裂発生が遅延するためであることを有限要素法による解析を通じて明らかにした。4.イオン窒化処理、TiN被覆処理およびこれらの複合表面改質処理を施した熱間金型用合金鋼SKD61の大気中疲労試験結果より、いずれの処理材の疲労強度も未処理材に比較して向上するが、複合表面改質処理材の向上が最も大きく、本処理法の有効性が認められた。

苛酷環境下で使用される機械・構造用材料の表面改質技術の確立による疲労強度向上を目的として、鉄鋼材料に物理的気相蒸着(PVD)法により窒化チタン(TiN)または窒化クロム(CrN)を被覆した試料、およびイオン窒化処理とTiN被覆の複合表面改質処理を施した試料を用いて、疲労強度評価、耐食性評価並びに被膜に存在する微小欠陥除去法について検討した。得られた主な結論は以下の通りである。1.PVD法によって被覆したTiNおよびCrN膜には微小なピンホール欠陥が存在し、これは電気化学的アノード分極曲線の測定によって評価が可能であり、測定に当たっては欠陥が拡幅しない低電位域で測定する必要があることを指摘し、具体的な測定法を提案した。2.被膜に存在する欠陥除去法として、多段被覆処理法を新しく提案した。これはイオンボンバードメントと被覆を繰返すことによって、同一被膜を積層するものであり、その有効性を通常の被覆法との比較によって明らかにした。本手法によって耐食性は著しく向上するが、腐食疲労強度の向上に対しては微小被膜欠陥の分布と欠陥の形状を考慮する必要のあることを指摘した。3.切欠きを有するS35CにTiNを被覆した試験片の疲労試験結果より、切欠き材の疲労強度は被覆処理によって向上し、切欠きに対して鈍感となることを実験的に明らかにした。これは切欠き底近傍の塑性変形が被膜の存在によって拘束されて、き裂発生が遅延するためであることを有限要素法による解析を通じて明らかにした。4.イオン窒化処理、TiN被覆処理およびこれらの複合表面改質処理を施した熱間金型用合金鋼SKD61の大気中疲労試験結果より、いずれの処理材の疲労強度も未処理材に比較して向上するが、複合表面改質処理材の向上が最も大きく、本処理法の有効性が認められた。