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窒化?理
（ちっかしょり、nitridization、nitriding）とは、?義には金?に
窒素
を浸み?ませるプロセス全般を指し、?義には
?鋼
材料、
チタン
合金への表面硬化?理を指す。
?要
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窒化には??な用途、?理方法が存在するが、?に「窒化」と言う場合は?鋼やチタン合金を高?下の窒化雰??に暴露して、金?表面を硬化させるプロセスを指す。
?鋼材料への一般的な窒化?理
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アルミニウム
、
クロム
、
モリブデン
などの窒化物形成元素を含む鋼を、
アンモニア
または
窒素
を含んだ雰??中に暴露し、
オ?ステナイト
化?度以下の?度域で加熱することにより、鋼の表面近傍（1mm以?）に窒素を浸透させて硬化させる。この硬化機構は固溶硬化よりもむしろ、添加元素の窒化物分散析出による?位の固着が?倒的に優勢である。
物的特性として、高硬度層（1000HV以上も可能）を有するため耐磨耗性に優れており、窒化物を形成することで表面付近に?縮?留?力が?生するため優れた疲??度を有している。また、最表面（約10μm以下）に化合物層または外部窒化層と呼ばれるγ'-Fe4N、ε-Fe2～3Nを主?とする?または?-添加元素多元型窒化物を形成し、?理前よりも優れた耐食性を有することもある。
?入れとの比較
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鋼の最も有力な硬化?理である
浸炭?入れ
および
?入れ
は、オ?ステナイト領域から急冷することにより得られるマルテンサイト?態による硬化?理であるため
??形が大きく硬化?理後に寸法の手直しが必要
?加熱によりマルテンサイトが分解するので、
??し
?度よりも高?下では使用に適さない
といった欠点があるが、窒化は前述の通り、?態ではなく添加元素の窒化物が分散析出することにより硬化するので
?寸法?化が?入れに比べてきわめて少ない
?500～600℃程度の高?下でも軟化しにくい
という特?がある。しかし、浸炭?入れ層は容易に1mm以上の硬化層を?現できるのに?し、窒化層は0.1mmレベルであるため、大きな衝?や面?が存在するような環境には向かない。ただし、?入れ後に窒化したり、マルテンサイト系ステンレスに窒化すると、?入れ、窒化??では得られない、高硬度、高耐衝?性を有する表面を?現できる。
窒化された鋼の構造
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窒化された鋼の構造は、鋼の種類や窒化方法により少しずつ異なる。しかし?ね、最表面から化合物層→?散層→未窒化層の順に構成されると考えてよい。
化合物層
窒化された鋼の最表面に存在する約10
μm以下の化合物の層である。これは前述の通りγ'-Fe
4
Nまたはε-Fe
2
N?Fe
3
N
1+x
と同じ結晶構造を有する、?およびクロムなどの複合窒化物の層である。
化合物層の厚さは窒化の方法により??であり、アンモニアガス窒化では分厚く脆い化合物層が生成しやすく、一方、水素と窒素の混合ガスを用いたプラズマ窒化を適用すると、化合物層の制御は比較的容易である。Fe
4
Nで構成される化合物層は脆く割れ易いため機械部品には不適であり機械的に除去されるが、Fe
2
N?Fe
3
N
1+x
で構成される多孔質の化合物層は潤滑性や耐衝?性に優れるため、意?的に生成させることもある。?って、窒化の用途に?じて化合物層の種類、有無、厚さを制御できる技術が望まれている。制御技術の一例としてSAEによる航空規格（AMS）ではアンモニアガス窒化による化合物層の制御が規定されている。これは窒化ポテンシャルK
N
――つまり反?に寄?する反?種の窒素ポテンシャル――を制御することで化合物層を制御する技術であるが、非常に高度な制御技術が要求され、完全に化合物層の制御を確立した技術は未だ工業化されていない。
?散層
化合物層の下部には、?に窒素を固溶しただけの層、あるいは窒素を固溶した母相に添加元素の窒化物を分散析出した複合層が存在し、これを?散層と呼ぶ。
純?や普通鋼を窒化したときの?散層は、?に窒素が固溶しただけの層であり大幅な硬化は期待できないが、窒化物形成元素を添加した鋼、つまり工具鋼や窒化鋼などを窒化したときは窒化物形成元素を微細に分散析出し、1000HVを大きく超える表面層を得ることが出?る。?って窒化によって鋼を大きく硬化させるためには、前述の化合物層よりもこの高硬度の?散層を所望の厚さまで成長させることが重要である。
外部窒化層と?部窒化層
古くは「化合物層」とそれに??する「?散層」という言葉のみが使用されていたが、窒化技術の?展に伴って?なる「窒素含有層としての?散層」ではなく「窒化物を分散析出した?散層」の存在が注目され始めた。そして窒化技術の?展は、??行われてきた銅や鋼の酸化に?する?究を土台としており、金?の最表面に生成するに酸化スケ?ルを外部酸化層、その?部の酸素含有層を?部酸化層と呼ぶことに倣って、窒化により生じた化合物層を外部窒化層、?散層を?部窒化層とも呼ぶ。また、窒化した鋼の?面を鏡面に?磨し、ナイタ?ル（エタノ?ルと硝酸の混合液のこと。3 vol%程度の硝酸濃度がよく用いられる）などで腐食すると、化合物層が白く見えるため白層（はくそう）と呼ぶこともある。
窒化の種類
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外部リンク
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