真空ガス浸炭法とは、真空環境下の浸炭雰囲気中にワークを置き、一定時間保持する方法です。高温になると浸炭ガスが分解して活性炭素原子を生成し、材料表面に拡散して改質層を形成します。 TC21チタン合金の表面にはTiCなどの化合物が形成されており、化合物層中には水素-含有相は検出されません。また、TC21チタン合金の表面硬度は母材に比べて2.7倍向上し、摩耗機構がTi-基/Tiボール間の凝着摩耗からTi-基/TiCボール間のアブレシブ摩耗およびスポーリング摩耗に変化し、チタン合金の耐摩耗性が大幅に向上することも判明した。 Ti6Al4Vチタン合金を真空ガス段階的に浸炭処理した後、表面に微孔質TiCセラミック層が形成され、微小硬度値は778HVに達し、基材の約2.3倍高くなりました。 TiC セラミック相は微細な構造を持ち、高硬度相に属し、チタン合金の表面強度とせん断抵抗を強化し、材料の体積摩耗率を大幅に低減し、合金のトライボロジー性能を向上させることができます。浸炭後、電気化学的腐食性能はわずかに低下しますが、依然として耐食性材料であり、使用には影響しません。- Ti6Al4Vチタン合金表面のセラミック層の微細構造を図1に示します。
プラズマ浸炭には、浸炭ガスにイオン衝撃を使用することが含まれ、浸炭雰囲気が分解して活性炭素原子が生成されます。電流を調整することで材料表層の炭素濃度を制御することができ、炭素電位制御装置を使わずに表面改質を実現します。 Ti6Al4Vチタン合金をプラズマ浸炭すると、表面にTiC相とV4C3相からなる厚さ約150μmの浸炭層が形成されます。その微小硬度は基材と比較して 4 倍増加し、約 1600 HV に達します。硬質炭化物相がチタン合金表面に分散し、耐摩耗性が大幅に向上し、疲労寿命が延長されます。
