図1

ヤマハ発動機は6月30日、静岡大学工学部 菊池将一 准教授、東京電機大学 井尻 政孝 助教（研究当時 ／現所属：東京都立大学システムデザイン学部 助教）、ヤマハ発動機　材料技術部からなる共同研究グループが、加熱することなくチタン合金表面に硬質な窒化層を短時間で形成させることに成功したと発表した。

軽くて強くて錆びないチタン合金は構造材料として実用されているが、チタン合金の適用範囲拡大には摩擦摩耗特性に乏しい点を克服することが不可欠だ。そのため、窒素拡散を利用した表面硬化法が広く用いられているが、チタン合金を窒素雰囲気で長時間加熱する必要があった。

研究では、常温・大気環境で窒素含有微粒子を高速投射するプロセスにより、チタン合金表面に硬い窒化層が形成されることを明らかにした。処理時間はわずか30秒ほどで、従来手法と比較して処理時間が大幅に短縮された。さらに、従来手法の課題であった加熱によるチタン合金組織の粗大化を防ぐことにも成功した。

同社は、この研究で得られた研究成果は、今後、優れた摩擦摩耗特性と強度特性を併せ持つ多機能チタン合金の開発につながると考えられ、航空機、自動車、生体医療分野などへの応用展開が期待されるものだとしている。

なお、研究成果は、2021年5月3日に、Wiley社の発行する国際雑誌「Advanced Materials」に掲載されている。

■研究のポイント

・窒素を含む微粒子を高速で衝突させることにより、常温・大気環境でチタン合金の表面に窒化層を形成させた（図1）

・衝突時に窒素を含む微粒子がチタン合金表面に付着する現象を利用した

・従来の窒化処理と比較して、窒化層の形成速度が高いことを見出した（図2）

・チタン合金の表面組織が微細化されることを見出した（図3）

図2

図3

■論文情報
掲載誌名：Advanced Materials
論文タイトル：Rapid Nitriding of Titanium Alloy with Fine Grains at Room Temperature
著者：Keisuke Fujita, Masataka Ijiri, Yoichi Inoue, Shoichi Kikuchi

DOI https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202008298