高密度窒素原子を用いた金属材料の表面窒化プロセスの実験的解明

利用高密度氮原子对金属材料表面氮化过程进行实验阐明

基本信息

批准号：
16740315
负责人：
谷口和成
金额：
$ 1.54万
依托单位：
Kyoto University of Education
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
财政年份：
2004
资助国家：
日本
起止时间：
2004 至 2005
项目状态：
已结题

项目摘要

金属材料のプラズマ窒化処理における諸問題(長い処理時間,硬く脆い化合物層の形成等)を解明するために,材料との反応性の高いN原子を効率よく生成することが可能な「電子ビーム励起プラズマ(EBEP)」源を用いて,N_2の解離度をパラメータとした窒化プロセスに関する実験的研究を行った。昨年度までに,生成される電子ビーム電流値及びその制御領域の拡大のため,電子銃部の構造の改良を行うとともに,実際に鉄鋼試料の処理を行い,従来法と同じ処理時間において従来法よりも高い表面硬さを得ること,即ち窒化処理の高効率化に成功している。そこで本年度は,本装置を用いた高速窒化処理における窒素原子の振る舞いをより詳細に調べる最初の段階として,処理条件下における窒素原子密度の定量計測法の開発研究を行った。ここで,その基礎となる技術として,窒化処理への実用化を視野にいれ,より簡便でプラズマに影響を与えない「発光分光法」を用いた。窒化処理条件下における発光分光測定の結果、従来のプラズマ源では検出が困難とされていた,可視領域(300〜550nm)における励起窒素原子の4本の発光スペクトルを複数同時に検出することに成功した。通常,発光分光法より得られる発光強度は相対値であるため,その励起種の絶対密度を見積もるためには,その強度を絶対値へ校正する方法を考案する必要がある。そこで本研究では,同可視光領域にて検出される窒素イオンの遷移N_2^+(B,2→X,2)が,放射を通してのみ起こることに着目し,それを生成する電子ビームのエネルギーを制御することにより,対応する生成断面積から絶対強度を見積もる校正方法を考案し,検出された励起窒素原子の絶対密度を求めることに成功した。この方法は,窒素原子の発光を観測するだけで即座にその絶対密度を知ることができるため,窒化処理中の窒素原子密度を保証するモニタリング法として,幅広い窒化プロセスへの適用が期待される。

为了阐明金属材料血浆硝化处理的各种问题（较长的治疗时间，硬化和脆性化合物层的形成等），使用N_2作为参数的分离作为参数的程度，使用“电子束激发等离子体（EBEP）”可以有效地生成材料，从而对硝化过程进行了实验研究。到去年，为了扩大电子束电流值及其控制面积，电子枪截面的结构得到了改善，并实际处理了钢样品，并且与常规方法同时获得了表面硬度，这是氮化处理的最高效率。因此，今年，我们对在处理条件下对氮原子密度进行定量测量的开发和研究是详细研究使用此设备在高速硝化处理中氮原子的行为的第一步。在这里，作为基本技术，使用了“发射光谱”，从硝化处理中进行了实际应用，这很容易，并且对等离子体没有影响。在硝化条件下的发射光谱测量表明，可见区域的四个激发氮原子的多个发射光谱（300-550 nm）被认为难以检测到常规等离子体来源可同时检测可见区域中四个激发氮原子的多发性发射光谱（300-550 nm）。通常，通过发射光谱获得的发射强度是一个相对值，因此为了估计激发物种的绝对密度，有必要设计一种校准强度到绝对值的方法。因此，在这项研究中，我们集中于以下事实：在同一可见光区域中检测到的氮离子的过渡n_2^+（b，2→x，2）仅通过辐射发生，并通过控制它们产生它们的电子光束的能量，我们设计了一种校准方法，从相应的校准方法中估算了相应的校准，并确定了相应的跨度区域，并在相应的跨度区域中估计，并成功地估计了跨度的跨度，并成功地估计了cross的绝对强度，并成功地估计了该校准，并成功地估计了该校准方法，并成功地确定了成功的跨度，并成功地估计了该校准方法，并将其成功地估计，从而成功地确定了校准方法，并将其成功地估算出来，并成功地估计了它们的成功量。原子。该方法可以立即仅通过观察氮原子的发射来确定氮原子的绝对密度，并有望将其作为一种监测方法应用于广泛的硝化过程，以保证硝化处理过程中氮原子的密度。