表面層の除去は、機械的信頼性にとって重要なステップです。窒化ホウ素（BN）で保護されていても、高温処理によりコーティングとチタン合金の間で化学反応が誘発されます。これにより表面が損なわれるため、早期の破損を防ぐために研削して除去する必要があります。
窒化ホウ素は炭素に対するバリアとして機能しますが、チタンと反応して、硬くて脆いチタン化ホウ化物と窒化チタンの界面を形成します。この層を除去することで、亀裂の原因が排除され、材料の曲げ強度と延性が直接回復します。
界面の化学
高温反応
真空熱間プレス中、保護環境は完全に不活性ではありません。高温にさらされると、チタンは窒化ホウ素（BN）コーティングと反応します。
表面層の組成
この反応により、サンプル表面に特定の化学的プロファイルが作成されます。結果として生じる層は、チタン化ホウ化物（TiB）と窒化チタン（TiN）で構成されます。
機械的影響
硬度と脆性
反応層は、コア合金とは物理的特性が大きく異なります。TiBおよびTiN化合物は、サンプルの周りに硬くて脆いシェルを形成します。
亀裂発生リスク
この表面層は脆いため、ベースメタルほど応力を吸収できません。これは潜在的な亀裂源として機能し、荷重下で亀裂が容易に始まる弱点を作り出します。
材料性能の回復
欠陥の除去
研削装置を使用することで、この損なわれた領域を徹底的に除去できます。TiBおよびTiN層を剥離することで、表面亀裂の原因を効果的に排除します。
機械的特性の回復
脆い層が除去されると、チタン合金固有の特性が回復します。このプロセスにより、材料の曲げ強度と塑性変形能力が大幅に回復します。
トレードオフの理解
保護と反応
BNコーティングの主な目的は炭素拡散をブロックすることであり、これは効果的に行われます。しかし、そのトレードオフは、脆いTiB/TiN反応層の形成です。
完全性のコスト
材料にコーティングを施しただけで完了とは言えません。材料が意図したとおりに機能し、表面による脆化がないことを保証するための、必須の「コスト」として研削という追加の処理ステップを受け入れる必要があります。
目標に合わせた適切な選択
真空熱間プレス後にチタン合金が適切に機能するように、次の原則を適用してください。
- 曲げ強度を最優先する場合：早期の破損につながる応力集中を排除するために、表面を研削する必要があります。
- 延性を最優先する場合：亀裂なしに変形できるように、脆いTiB/TiNシェルを除去する必要があります。
適切な表面処理は、未加工の加工サンプルと信頼性の高いエンジニアリング材料をつなぐ架け橋です。
概要表：
| 要因 | BN反応層の特性 | チタン合金への影響 |
|---|---|---|
| 組成 | チタン化ホウ化物（TiB）および窒化物（TiN） | 硬く脆い表面シェル |
| 機械的効果 | 低い破壊靭性 | 主要な亀裂源として機能する |
| 表面完全性 | 高い応力集中 | 曲げ強度と延性を低下させる |
| 解決策 | 機械研削 | 固有の材料特性を回復させる |
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