【公開日：2025.06.10】【最終更新日：2025.04.30】

課題データ / Project Data

課題番号 / Project Issue Number

24TU0177

利用課題名 / Title

表面硬化処理した鉄鋼材料の微細組織解析

利用した実施機関 / Support Institute

東北大学 / Tohoku Univ.

機関外・機関内の利用 / External or Internal Use

内部利用（ARIM事業参画者以外）/Internal Use (by non ARIM members)

技術領域 / Technology Area

【横断技術領域 / Cross-Technology Area】（主 / Main）計測・分析/Advanced Characterization（副 / Sub）-

【重要技術領域 / Important Technology Area】（主 / Main）マテリアルの高度循環のための技術/Advanced materials recycling technologies（副 / Sub）-

キーワード / Keywords

易循環型材料設計技術/ Recycling-friendly material design technology,集束イオンビーム/ Focused ion beam

利用者と利用形態 / User and Support Type

利用者名（課題申請者）/ User Name (Project Applicant)

宮本 吾郎

所属名 / Affiliation

東北大学金属材料研究所

共同利用者氏名 / Names of Collaborators in Other Institutes Than Hub and Spoke Institutes

ARIM実施機関支援担当者 / Names of Collaborators in The Hub and Spoke Institutes

兒玉裕美子

利用形態 / Support Type

（主 / Main）技術代行/Technology Substitution（副 / Sub）-

利用した主な設備 / Equipment Used in This Project

TU-508：集束イオンビーム加工装置
TU-507：集束イオンビーム加工装置

報告書データ / Report

概要（目的・用途・実施内容）/ Abstract (Aim, Use Applications and Contents)

次世代自動車で重要となる高負荷減速機用のギア材料開発の基礎的知見を得るため、鉄鋼材料を窒化処理を施し、表面硬化とナノ組織の関係を調査している。窒化材では、特に添加元素と窒素との相互作用により、クラスタ―、ナノ析出物が形成され、その数密度、サイズ、種類が表面硬化を支配する。そこで、窒化処理した材料の種々の表面深さからFIBを用いてTEM観察用の薄膜試料を作製することを目的とする。

実験 / Experimental

Fe-35NiおよびFe-35Ni-10V合金の拡散対試料を作成し、組成傾斜を導入するための焼鈍処理を加えたうえで、400度、30hのプラズマ窒化処理を施した。この試料に対して、種々のV濃度および表面深さにおいて硬さとN濃度を測定したうえで、特定の領域から、FIBを用いてTEM薄膜を切り出し、TEM観察によりナノクラスター生成傾向を調査した。

結果と考察 / Results and Discussion

TEM観察により、10V濃度の窒化領域では、ｆｃｃ結晶の００１面に沿って変調構造が発達し、電子線回折にストリークが生じることが明らかとなった。また、変調構造の波長は表面から内部に向けて増大した。さらに、変調構造は低Ｖ領域では生成しないことから、スピノーダル分解によって生じることが明らかとなった。これらの結果をもとに、計算熱力学手法を用いて、固溶体の不安定性の熱力学解析を行い、スピノーダル分解理論により導かれる濃度変調波長を導出したところ、TEM観察で見られた波長とよく一致することを見出した。

図・表・数式 / Figures, Tables and Equations

TEM selected area diffraction patterns (SAEDs) and bright field images of the 10V alloy nitrided at 673 K for 30 h, (a) near nitriding surface at a depth of 0.5 μm (19 at% N), (b)8 μm (14.5 at% N), and (c) un-nitrided region (35 μm from surface, 0at% N), respectively.

その他・特記事項（参考文献・謝辞等） / Remarks(References and Acknowledgements)

成果発表・成果利用 / Publication and Patents

論文・プロシーディング（DOIのあるもの） / DOI (Publication and Proceedings)

口頭発表、ポスター発表および、その他の論文 / Oral Presentations etc.

特許 / Patents

特許出願件数 / Number of Patent Applications：0件
特許登録件数 / Number of Registered Patents：0件