航空機整備企業は、航空機整備中に機体パネル、機内機器、付属品を取り付けるために大量の金属部品を必要とします。使用される金属原材料は一般的に炭素鋼と合金鋼です。しかし、鋼部品や原材料中の酸素、窒素、水素の含有量が過剰になると、鋼部品によく見られる水素脆化問題など、部品の性能に深刻な影響を与え、耐用年数に影響を及ぼします。そのため、炭素鋼や合金鋼などの金属材料中の酸素、窒素、水素の含有量を正確に測定することが非常に重要です。現代の航空産業と鉄鋼産業の急速な発展に伴い、鋼材料中の酸素、窒素、水素などのガス元素の分析は、航空機整備企業によってますます重視されるようになっています。高度な分析技術である酸素、窒素、水素分析は、航空機整備企業が専門的な酸素、窒素、水素分析装置を用いて、炭素鋼や合金鋼などの金属材料中の酸素、窒素、水素の含有量を迅速かつ正確に測定するために一般的に使用されています。
1. 炭素鋼および合金鋼における酸素、窒素、水素の危険性
鋼中の酸素は様々な形態の酸化物介在物として存在し、非金属介在物を形成して金属マトリックスの連続性を破壊し、鋼の機械的特性に影響を与えます。窒素の危険性としては、鋼の耐老化性の低下、冷間加工性および塑性変形能力の弱化、溶接熱影響部の脆化、鋼の引抜き性能の低下などが挙げられます。水素の危険性としては、鋼に溶解した水素が水素分子に凝集し、材料の機械的特性を脆化させ、応力集中を引き起こし、鋼の強度限界を超え、鋼内部に微細な亀裂を生じさせる現象（一般に水素脆化と呼ばれる）が挙げられます。酸素、窒素、水素の含有量が過剰になると、炭素鋼および合金鋼の金属部品の性能に深刻な影響を与えることは明らかであり、対策が必要となります。したがって、鋼部品および炭素鋼・合金鋼材料中の酸素、窒素、水素の含有量を正確に測定することが不可欠です。過剰な含有量を持つ部品については、加熱による水素除去などの様々な熱処理方法を用いて鋼の特性を回復させ、酸素、窒素、水素含有量が高く欠陥のある鋼部品が航空機に搭載されることを防ぐことができる。これは、航空機の修理品質や飛行安全性に影響を与える可能性がある。
2. テストの原則
航空機整備企業が鋼鉄、鋳鉄、合金材料中の酸素、窒素、水素の3つの気体元素の含有量を定量分析するために使用する試験装置は、高精度と測定精度を誇る酸素・窒素・水素分析計（ONH-2000など）です。酸素・窒素・水素分析計は、パルス加熱融解－不活性ガス防食－熱伝導赤外線検出の原理に基づいて動作します。上下電極間の黒鉛るつぼに強い電流が流れると、るつぼの温度が急速に上昇し、所定の温度まで加熱されます。不活性ガス（ヘリウム、窒素）のキャリア環境下で、金属試料中の酸素は一酸化炭素または二酸化炭素に変換され、ヘリウムキャリアによって運ばれ、赤外線テスターで測定されます。窒素と水素は分子状で放出され、それぞれヘリウムと窒素キャリアによって運ばれ、熱伝導検出器に入って定量分析されます。低酸素濃度と高酸素濃度を検出するための2つの独立した赤外線検出セルと、水素および窒素成分を検出するための1つの熱伝導度検出セルが備えられています。パルス炉は循環水によって冷却され、高出力パルス炉のるつぼ内で試料を2600℃を超える高温まで加熱することができます。分析プロセス中は、低温から高温へ自動的に切り替わります。また、パルス炉の昇降には、圧縮空気を動力源として必要とします。
