溶融金属が空気にさらされると、窒素や水素のようなガスが溶け込み、冷却時に気孔、窒化物、水素化物などの欠陥が生じることがある。これらの欠陥は、金属の構造的完全性、密度、機械的特性を損なう。これを軽減するために 制御雰囲気炉 または真空鋳造炉を使用して、ガス汚染を最小限に抑える環境を作り出し、最終製品の純度と性能を高めます。
キーポイントの説明
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溶融金属に溶解するガス
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窒素（N₂）：
- 高温で溶解し、窒化物を形成する（鋼の窒化鉄など）。
- もろさの原因となり、延性を低下させる。
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水素（H₂）：
- 溶融金属に非常に溶けやすく、冷却時に気孔（気泡）を生じる。
- 水素脆化を引き起こし、金属を弱くする。
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酸素（O₂）：
- 溶解性は低いが、金属と反応して酸化物（酸化アルミニウムなど）を形成し、介在物を作る。
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窒素（N₂）：
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溶存ガスによる欠陥
- 気孔率： 凝固時に閉じ込められた気泡が密度と機械的強度を低下させる。
- 窒化物／水素化物： 脆い化合物が形成され、金属が割れやすくなる。
- 酸化物の介在物： 非金属不純物は、表面仕上げと耐疲労性を劣化させる。
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緩和策
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雰囲気制御炉：
- 空気を不活性ガス (アルゴン、ヘリウム) または還元性雰囲気 (水素と窒素の混合) に置換して、ガスの吸収を防止します。
- ガスと金属の反応が望ましくない焼結や熱処理のようなプロセスでは重要です。
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真空溶解/鋳造：
- 大気中のガスをすべて除去し、高純度合金（航空宇宙部品など）に最適。
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フラックス/脱ガス：
- 化学フラックス（塩化物など）はガスを吸収し、真空脱ガスは溶存水素を除去する。
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雰囲気制御炉：
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業界特有の影響
- 鋳造工場： 水素によるポロシティは、X線トモグラフィのような鋳造後の検査を必要とする。
- 歯科用/医療用合金 制御された雰囲気は、生体適合性とデバイスの精度を保証します。
- 高性能合金： 航空宇宙および自動車分野では、窒化物に起因する不具合を回避するために真空炉を利用している。
これらの相互作用を理解することで、製造業者は適切な装置（例． 管理雰囲気炉 )およびプロセスにより欠陥を最小限に抑え、最適な材料性能を確保する。
総括表
| ガス | 欠陥の原因 | 軽減策 |
|---|---|---|
| 窒素（N） | 窒化物、脆性 | 制御雰囲気炉 |
| 水素(H₂) | ポロシティ、脆化 | 真空溶解、脱ガス |
| 酸素（O） | 酸化物内包物 | フラックス、不活性ガス環境 |
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