二酸化炭素の発生を抑えた鋼の新規浸炭法の提案と応用

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鋼の浸炭は，その表面の炭素濃度を高めた後に焼入れ・焼戻しを行うことによって，耐摩耗性や耐疲労性を向上させる技術である。工業的に行われている浸炭処理では，炭素を鋼表面から拡散浸透させる際に一酸化炭素や二酸化炭素のような気相を介するため，2050年のカーボンニュートラル実現に向けて，プロセス改良が必須となる。ところで，我々は，鉄粉を混ぜた炭素粉を使用することで鋼に炭素を容易に拡散浸透させる技術を見出し，それを「鉄粉浸炭」と名付けて調査を続けている。通常は大気中で加熱して鋼を浸炭させているが，これを真空雰囲気で試み，鉄粉とグラファイト粉から成る混合粉から鋼へ，炭素を固相状態で直接的に拡散させることに成功した。そこで本研究では，この「炭素の固相拡散による新規の浸炭技術」を確立するとともに，それを応用して，微小領域に選択的に炭素を拡散させる「局所浸炭」について検討する。初年度（2022年度）は，【基礎データの収集・混合粉（炭素源）の評価】と【鋼片に対する混合粉の密着促進と焼付き回避】の2つの項目について調査した。特に後者においては，鉄・グラファイト混合粉を使った真空中での鉄粉浸炭を低炭素鋼（0.04 mass%C）に施した際，炭素拡散によって生じた微細組織が不均一になることがあった。この原因として，混合粉と低炭素鋼の接触状態が影響したことが考えられた。そこで，坩堝の底に低炭素鋼を置き，まず少量の混合粉でその上を覆い，タッピングと金属棒によるプレスで十分に密着させてから，残りの混合粉を充填するといった工程へ変更し，改善を図った。すなわち，真空中での鉄粉浸炭では，炭素が気相を介して鋼中へ拡散されないため，炭素源である混合粉と低炭素鋼の密着が極めて重要になるといえる。