1. No category

ステンレススチールおよびチタン合金の表面強度
耐腐食性・スクラッチ耐性および金属疲労に挑む
Stainless steel is corrosion resistant
but suffers from poor wear resistance
Cost of corrosion and wear is $279 billion/year (US)..!
Challenge no 1 – 表面の酸化膜の除去
N + C は表万の酸化膜
を貫通できない！
Expanite のガスプロセ
スにより表面の酸化膜
を除去
N + C がマテリアル
の表面部分に浸透
することが可能！
EP 10734902.9 patent application
Expanite は“コーティング”ではありません
N + C は金属原子の間に取り
込まれ、位置します。この構
造は“Expanded Austenite
（拡張オーステナイト）と呼ば
れています。
Challenge no 2: 低温でのガスプロセス
CrN
高すぎる温度のプロセス
– 耐腐食性が失われてしまう!
Expanded austenite
低温プロセス
– 過飽和固溶体
（supersaturated solid solution）
Challenge no 3: 最適にコントロールされたガスプロセス
.
20% NH3
.
60% NH3
.
80% NH3
Increasing nitriding potential
%
100% NH3
ExpaniteLow-T プロセス
• 低温でのガスプロセス: 380-470℃
• 固溶体に窒素および炭素ガスを浸
透– Expanded Austenite（拡張オー
ステナイト）の形成
• Austenitic（オーステナイト系）、Duplex（二相
系）、Martensitic（マルテンサイト系）、
Ferritic（フェライト系）に適用可能
• 期待できる表面硬度: 900-1800 HV
• 期待できる硬化層深さ: 10-45µm
ExpaniteLow-Tの期待できる硬度と硬化層深さの概略
austenitic
Up to 1500HV程度
N
C
N+C
Up to 40µm程度
炭素 + 窒素 と 炭素のみおよび窒素のみとの比較
EXPANITE Nitrocarburizing
N
C
Carburizing
Nitriding
Expanite – GDOES（Glow Discharge Optical Emission Spectroscopy） プロファイル
Carbon#
9.0#
Nitrogen#
7µm
8.0#
Nitrogen#
15µm
8.0#
7.0#
Content&[wt%]&
7.0#
Content&[wt%]&
Carbon#
9.0#
6.0#
5.0#
4.0#
3.0#
6.0#
5.0#
4.0#
3.0#
2.0#
2.0#
1.0#
1.0#
.0#
.0#
0#
5#
10#
Depth&[µm]&
15#
20#
0#
5#
10#
15#
Depth&[µm]&
同一サンプルにてExpenite Low-T 処理を行った。左は表面から7 m、右は表面から15 mの深さまでの処理を行った結果。
グラフは表面からの深さごとの炭素および窒素の割合（wt%）を示す。いずれの図も、表層に近い部分はほぼ窒素を含有した層であり、
次第に減少に転じると同時に炭素の含有量が増加し、いずれも窒素含有量の最少部位周辺で炭素含有量が最大となっている。
このことから、表層は窒素含有層、下層は炭素含有層の処理が正確に行われていることが示されている。
20#
Expanite ガス プロセスの特長
• 正確な処理/加工（図①参照）
• バルクでの加工が可能（図②参照）
• プロセス後のクリーニング不要
図①：素材にクラックがあるような場合でも、
中まで浸透し正確に表面が処理/加工されます
• 酸およびフッ化物不使用
• つまり環境にやさしいプロセスです
図②：小さな部品であれば、一度にバルクでの処理/加工が可能です
ExpaniteHigh-T プロセス
• 高温/真空でのガスプロセス:
1000-1200℃ – 急冷
• 窒素ガス使用
• Austenitic（オーステナイト系）、Duplex（二
相系）、Martensitic（マルテンサイト系）、
Ferritic（フェライト系）に適用可能
• 期待できる表面硬度: 300-750 HV
• 期待できる硬化層深さ: 1-2 mm
ExpaniteHigh-Tの期待できる硬度と硬化層深さの概略
High-T
Up to 700HV程度
N
Up to 2mm程度
ExpaniteHigh-T
固溶体への窒素ガス
の浸透
Transgranular
g
Cr2N
c
h
Grain Boundary
Cellular
ExpaniteHigh-T
ExpaniteHigh-Tは特殊
な アルゴン急冷プロ
セスにより、耐腐食性
を高めることが可能
Critical range!!
g
Cr2N
Transgranular
c
h
高圧窒素ガスによる
急冷プロセスでは、耐
腐食性を減退させて
しまう可能性がある
Grain Boundary
Cellular
ExpaniteHigh-T
表層に近いほど硬度お
よび耐腐食性が高い !
Expanded austenite
Nitrogen martensite
Austenite + ferrite
Carbon martensite
二相ステンレス鋼
マルテンサイト ステンレス鋼
ExpaniteHigh-T – マルテンサイトステンレス鋼における期待できる硬
度と硬化層深さの概略
ExpaniteHigh-T –フェライト系ステンレス鋼における期待できる硬度
と硬化層深さの概略
• 表層から0.3mmの部位
での硬度は約630 HV
• +24h in Fe3Cl
• +72h in salt spray
SuperExpaniteプロセス
+
ExpaniteHigh-T
PA 2011 70208 patent application
ExpaniteLow-T
SuperExpaniteの期待できる硬度と硬化層深さの概略
より高い硬度および
耐腐食性が可能！！
Low-T
High-T
N+C
duplex
N
Low-TとHigh-Tの併用により、より高い硬度および耐腐食性を実現
＝ダブルブロック＆良いとこどり
SuperExpanite – フェライト系ステンレス鋼への適用事例
Low-T
High-T
316 clad
ケーススタディ
Expanite オンサイトでの導入事例
Operational since February 2012
ExpaniteLow-T Installation ：米国 オハイオ州
① Expanite導入前までの問題点:
- 耐腐食性
- 物流・保管
- 納期
② Expanite導入後:
- 柔軟性の大幅改善
- day-to-day プロセスが可能
- 製品品質の向上
* Predecessor to the actual Seco unit
12% 次亜塩素酸ナトリウム（ sodium hypochlorite ）
による耐腐食性試験の一例
他の表面処理② – 24 Hours
他の表面処理① – 24 Hours
Expanite – polarization curves
SUPEREXPANITE%
EXPANITE%HIGH!T%
316%reference%
1200.0%
1000.0%
Poten&al)[mV])
800.0%
600.0%
400.0%
200.0%
.0%
1E!08%0.0000001%
0.000001%0.00001% 0.0001% 0.001%
0.01%
0.1%
1%
!200.0%
!400.0%
Current)[mA/cm²])
10%
Expaniteについての総論
Challenge no 1: 表面の酸化膜の除去
Challenge no 2: 低温でのプロセス処理
Challenge no 3: 最適化ガスプロセス
正確な処理/加工プロセスによる高品質
特性
バルク処理・オンサイト導入も可能
会社概要
Expanite
Expanite – the company
• Established in 2010 based on ongoing research since 2000 at The Technical
University of Denmark, by:
• Prof. Marcel Somers
• Dr. Thomas Christiansen
• Dr. Thomas Strabo Hummelshøj
• Company culture driven by:
• Being a game-changer:
- On-site
- Cleanliness
- Tailoring
+20 publications on the subject of lowtemperature surface hardening
Technical University Denmark - anno 2009
Moving to Scion DTU – anno 2010
Moving to Hillerød – anno 2012
Expanite 社：2013年10月現在
デンマーク コペンハーゲン北に約
600m2の自社設備を持つ
・ETC-Hillerød (Expanite Treatment
Center)
・R&D facility incl. laboratory and
experimental furnaces
・ISO9001 certified end 2013
Expanite 社におけるプロセスの様子
製品/サービス内容
• 下記プロセスの設計・試験および加
工/処理
• ExpaniteHigh-T
• ExpaniteLow-T
• SuperExpanite
• マテリアルなどの推奨および設計ア
ドバイス
• 加工/処理装置の導入に関わるアド
バイス・設計および品質管理
顧客アプリケーション
FATIGUE
SCRATCH
CORROSION
WEAR
Expaniteには２つの導入方法があります（2013年11月現在）
① Expanite 社のTreatment Center
• 初期のサンプル試験およびプロセス設計
• 少量での受託サービス
• 多少納期が必要です
② オンサイトでの導入
• フレキシブルなプロセスが可能
• Day to day プロセスが可能
• 初期投資が必要となります
On-site
導入に向けたプロセス
• 技術的なお打合せ
• 実現可能性やプロセスの設計
• サンプルによる評価試験
• NOT one process fits all
• …but some processes fits all
EXPANITE
FASTER - BETTER - LESS EXPENSIVE
web: Expanite.com
email: [email protected]
アプリケーション例のご紹介
Clevis guide（金型） – Aisi 316
• 重量: 12kg /個
• プロセス: SuperExpanite
キッチンのシンク– Aisi 304
• プロセス: SuperExpanite
• 硬化層の深さ: 15µm
軸部品 – Aisi 304
• プロセス: SuperExpanite
• 硬化層の深さ: 21µm
歯車/ギア – Aisi 303
• プロセス: SuperExpanite
サンプル No.
Hardness HV
（0.05mm部分）
1
1212
2
1374
3
1242
4
1428
5
1410
ギアボックスの部品- non-stainless
問題点: 一般的な窒化処理による強度の弱さ
1.1274
プロセス: ExpaniteLow-T
• 以前までの表面硬度: 220HV
• ExpaniteLow-Tによる表面硬度: 710HV
• 表面層の剥離・剥がれも無し
1.0762/ETG 100
Tantaline + Expanite
Challenge: Tantaline は非常に耐腐食性
が高い、、、 しかしながらソフトな素材
プロセス: ExpaniteHigh-T
• 処理前の表面硬度: 220HV
• ExpaniteHigh-T処理後の硬度: 1010HV
• 表面層の剥離・剥がれも無し
燃料ポンプ用の軸受筒（Bushing） – AISI 316
羽根車/スクリュー - duplex
問題点: キャビテーション浸食
プロセス: ExpaniteHigh-T
• 金属疲労寿命の向上
• クレビス（裂け目）からの腐食の抑制
• キャビテーション浸食の抑制
・処理前: 10分後からキャビテーション浸食発生
・ExpaniteHigh-T処理後: 5時間後もキャビテーショ
ン浸食無し
ねじ/ファスナーの表面写真例
SuperExpanite：冷間加工部品適用時の表面写真例
Formation of nitrides!
冷間加工部品（Coldworked material）
250 – 350 HV
Cold-worked material
SuperExpanite：バルクプロセス時の表面写真例
Nitrogen in bulk
SuperExpanite
250 - 320 HV
SuperExpanite
バルクプロセスでも正確・成功な処理が可能
SuperExpanite – 塩によるスプレー試験：aisi 316
SuperExpanite
他のステンレス表面
処理後のサンプル
1000+ hours
全く腐食が見られない！
セルフタッピンねじ（Self tapping screw）
Challenge: 2種の溶接素材
目的: オールステンレスによる一体鋳造部
品並みの硬度を実現する
Stainless steel
プロセス: ExpaniteHigh-T
Non-stainless
hardened steel
セルフタッピンねじの表面硬度および効果深さ
800#
750#
目標の硬度
700#
Hardness(
650#
600#
550#
500#
他のプロセス
450#
400#
350#
300#
0#
0.5#
1#
1.5#
Distance(from(surface[mm](
2#
2.5#
セルフタッピンねじの表面硬度および効果深さ
800#
750#
700#
Hardness(
650#
600#
●
550#
High-T
500#
450#
400#
350#
300#
0#
0.5#
1#
1.5#
Distance(from(surface[mm](
2#
2.5#
お問い合わせ先：
エア・ブラウン株式会社 営業開発部
〒104-0061 東京都中央区銀座7-13-8 第2丸高ビル
TEL 03-3545-2881 FAX 03-3543-8865
www.arbrown.com