航空機整備企業が航空機の整備を行う際には、機体アクセスパネル、機上機器、部品、アクセサリーの取り付けに大量の金属部品が必要になります。使用される金属原料は一般的に炭素鋼と合金鋼です。しかし、鋼製部品や原料に含まれる酸素、窒素、水素の含有量が過剰になると、部品の性能に深刻な影響を与えます。例えば、鋼製部品の水素脆化が頻繁に発生すると、耐用年数が短くなります。
そのため、炭素鋼および合金鋼などの金属材料中の酸素、窒素、水素含有量の正確な測定は極めて重要です。現代の航空産業および鉄鋼産業の急速な発展に伴い、鋼材中の酸素、窒素、水素などのガス元素の分析は、航空機整備企業からますます注目を集めています。
酸素・窒素・水素分析は、高度に専門化された分析技術であり、航空機整備企業では、専門的な酸素・窒素・水素分析装置の助けを借りて、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します。
1. 炭素鋼および合金鋼における酸素、窒素、水素の危険性
鋼中の酸素はさまざまな酸化物介在物の形で存在し、非金属介在物と結合して金属マトリックスの連続性を破壊し、それによって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低下、溶接熱影響部の脆化、鋼の絞り性の劣化などが挙げられます。
水素の害は、鋼中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すことです。応力が鋼の強度限界を超えると、鋼内部に微小な亀裂が生じます。これは一般に「水素脆化」と呼ばれます。
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部品の性能に重大な影響を与えるため、管理する必要があることがわかります。そのため、鋼部品、炭素鋼および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必要があります。含有量が過剰な部品については、加熱による水素除去などの熱処理方法を適用することで、水素脆化を解消し、鋼の性能を回復させることができます。これにより、酸素、窒素、水素含有量の高い欠陥のある鋼部品が航空機に搭載され、航空機の整備品質や飛行安全性が損なわれるのを防ぐことができます。
2. テストの原則
航空整備企業が鋼鉄、鋳鉄、合金材料中の酸素、窒素、水素の定量分析に使用する機器は、高精度で測定精度に優れた酸素/窒素/水素分析装置（例：ONH-2000）です。
酸素・窒素・水素分析装置は、パルス加熱溶融法 - 不活性ガス保護還元法 - 熱伝導率および赤外線検出法の原理を採用しています。グラファイトるつぼの上部電極と下部電極間に強電流を流すと、るつぼの温度は急速に設定温度まで上昇します。不活性キャリアガス（ヘリウムまたは窒素）雰囲気下では、金属サンプル中の酸素は一酸化炭素または二酸化炭素に変換され、ヘリウムによって運ばれ、赤外線検出器で測定されます。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によって運ばれ、熱伝導率検出器に送られて定量分析されます。
このシステムは、低酸素濃度と高酸素濃度の測定にそれぞれ独立した2つの赤外線検出セルと、水素および窒素分析用の1つの熱伝導度検出セルを備えています。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サンプルは2600℃以上に加熱されます。分析プロセス中に低温から高温への自動切り替えが可能です。また、パルス炉の昇降機構の電源として圧縮空気が必要です。
