Rafm鋼の拡散接合に高真空システムが必要な理由は何ですか？高強度接合の完全性を確保する

高真空システムは、加熱プロセス中に低放射化フェライト/マルテンサイト（RAFM）鋼内のクロムの急速な酸化を防ぐために不可欠です。約1x10^-4 Paの真空度を維持することにより、システムは鋼の表面と反応する残留酸素を除去し、固相拡散の成功に必要な金属原子が直接接触できるようにします。

酸素の存在は、RAFM鋼の接合における最大の障壁です。高真空環境は、クロム含有量が原子拡散を妨げ、接合の完全性を損なう安定した酸化膜を生成するのを防ぐ主要な防御メカニズムとして機能します。

化学的課題：クロムと酸素

RAFM鋼はかなりの量のクロム（Cr）を含んでいます。鋼の特性に有益である一方で、クロムは接合中に特定の課題をもたらします。それは酸素に対する高い親和性を持っているからです。

接合チャンバー内のわずかな量の酸素でさえ、鋼の表面のクロムと反応します。

この反応により、硬くて安定した酸化膜が生成されます。これらの膜は物理的なバリアとして機能し、金属を効果的に「密閉」し、界面を横切る粒界の融合を防ぎます。

高真空環境（1x10^-4 Pa）は、酸素の分圧を劇的に低下させます。

この反応の燃料（酸素）を除去することにより、真空は接合界面での酸化速度を大幅に低下させ、表面の化学的純度を維持します。

拡散接合が発生するには、一方の表面の生の金属原子がもう一方の表面の生の金属原子に接触する必要があります。

真空環境は、表面が清掃または機械的に研磨された後、清潔に保たれることを保証します。それは、バルク材料の連続性を中断する不動態化層の再形成を防ぎます。

真空だけでは不十分です。それは機械的圧力と連携して機能する必要があります。

接合に圧力がかかると、既存の表面酸化膜が破壊されます。真空環境は、これらの亀裂内の新しく露出した金属がすぐに酸化しないことを保証し、有効な原子接合を可能にします。

このプロセスの最終目標は、気孔を除去し、均質な接合を達成することです。

真空は、界面でのガス閉じ込めを防ぐことでこれを支援します。これにより、原子は接触ゾーン全体で自由に相互に絡み合い、2つの別々の金属片を単一の固体ユニットに変えます。

高真空は新しい酸化を防ぎますが、材料がチャンバーに入る前に形成された厚い既存の酸化膜を常に除去できるわけではありません。

真空だけで表面を「清掃」することに頼るのは一般的な落とし穴です。真空が効果的であることを保証するために、材料を挿入する前に化学的または機械的に清掃する必要があります。

高真空は、かなりの機械的力の必要性を否定するものではありません。

十分な圧力（しばしば塑性変形によって酸化膜を破壊する）がないと、真空は材料間のギャップを閉じるのではなく、単に維持するだけです。システムは、大気制御と機械的応力のバランスをとる必要があります。

RAFM鋼で最適な拡散接合結果を達成するには、プロセスパラメータを特定の目標に合わせて調整してください。

インターフェイスの破損防止が主な焦点の場合：クロム酸化物の形成を特に阻害するために、少なくとも1x10^-4 Paの真空を達成することを優先してください。
気孔除去が主な焦点の場合：真空システムに十分な軸圧力を組み合わせて、表面の粗さの塑性変形を誘発するようにしてください。

RAFM鋼の拡散接合の成功は、汚染のない真空環境と原子構造を融合するために必要な機械的力の正確な同期にかかっています。

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Jin‐Gui Chen, Yushun Wei. Diffusion bonding of RAFM steels: Evolution of interfacial oxide layer with pressure and microstructure and mechanical property after post bonding heat treatment. DOI: 10.2298/jmmb231011007c

この記事は、以下の技術情報にも基づいています Kintek Furnace ナレッジベース .