          表面硬化処理のひとつであるプラズマ窒化処理には低圧プラズマが用いられますが，大型の真空設備が必要です．そこで我々は，大気圧下で発生させる大気圧プラズマを用いて窒素ドーピングを行う独自の窒化技術を開発しています．この手法を用いれば，真空装置が必要ではなくなり，さらにプラズマを照射した部分のみを選択的に窒化させることができます．
研究全体のレビュー論文・記事 ○大気圧プラズマ窒化技術 電気学会プラズマ材料表面処理技術の動向調査専門委員会編 『プラズマ材料表面処理技術の最新動向』 (電気学会 2023) 4.2節 pp.45-49 ○大気圧プラズマ窒化法の研究とその意義 市來龍大 熱処理 61, 100 (2021) 大分大学リポジトリ ○プラズマプロセスによる金属の表面窒化 市來龍大 応用物理 89, 338 (2020) ○非真空プラズマ窒化法の研究 市來龍大 自動車技術 72, 62 (2018) 大分大学リポジトリ 鉄鋼の大気圧プラズマジェット窒化法
鉄鋼の窒化処理は材料の耐摩耗性を大幅に向上させるため，金型や自動車部品の長寿命化に貢献しています．我々は窒素／水素混合ガスによるパルスアーク型大気圧プラズマジェットの照射により，鉄鋼の局所的窒化処理に成功しました．この技術を使うと，真空容器，ガス炉，外部ヒーターを使わずに，大気圧下で極めて簡易に鉄鋼を硬化することができます．
  左：大気圧プラズマ実験系， 右：プラズマジェットによりドープされた鉄鋼表面の窒素濃度分布 ○大気圧プラズマジェット窒化法による処理面積の拡大化 市來龍大，矢川智健，古木貴志，金澤誠司 鉄と鋼 108, 354 (2022) ○Bright nitriding using atmospheric-pressure pulsed-arc plasma jet based on NH emission characteristics K. Toda, R. Ichiki, Y. Kanbara, K. Kojima, K. Tachibana, T. Furuki, and S. Kanazawa Japanese Journal of Applied Physics 59, SHHE01 (2020) ○Development of local evacuation system for inhibiting oxidization in atmospheric-pressure plasma jet nitriding S. Chiba, R. Ichiki, T. Nakatani, T. Ueno, and S. Kanazawa Results in Physics 13, 102131 (2019) ○Peculiar Relationship of Plume Brightness and Hard Layer Formation in Atmospheric-Pressure Plasma Jet Nitriding R. Ichiki, T. Inoue, Y. Yoshimitsu, H. Yamamoto, S. Kanda, M. Yoshida, S. Akamine, and S. Kanazawa IEEE Transactions on Plasma Science 42, 2466 (2014) ○Steel nitriding by atmospheric-pressure plasma jet using N2/H2 mixture gas H. Nagamatsu, R. Ichiki, Y. Yasumatsu, T. Inoue, M. Yoshida, S. Akamine, and S. Kanazawa Surface and Coatings Technology 225, 26 (2013) ○Nitriding of steel surface by spraying pulsed-arc plasma jet under atmospheric pressure R. Ichiki, H. Nagamatsu, Y. Yasumatsu, T. Iwao, S. Akamine, and S. Kanazawa Materials Letters 71, 134 (2012) 大気圧プラズマによる浸窒焼入れ浸窒焼入れは，炭素の代わりに窒素によって鋼の焼入れを行う新しい熱処理技術です．窒素の使用により焼入れ温度を100℃程度下げられるため，熱処理最大の問題である熱歪みを低減することができます．産業界ではアンモニアガス窒化炉を応用した技術が使われています．我々は，新規性の高い浸窒焼入れをいち早く大気圧プラズマにより達成し，プラズマジェット特有の処理特性を明らかにしました．また動作ガスに工夫をすることで，鉄鋼表面への窒素ドーズ量の制御が可能となりました．
 大気圧プラズマにより形成された鉄－窒素マルテンサイト相の断面（上下矢印の部分） ○Controlling Nitrogen Dose Amount in Atmospheric-Pressure Plasma Jet Nitriding R. Ichiki, M. Kono, Y. Kanbara, T. Okada, T. Onomoto, K. Tachibana, T. Furuki, and S. Kanazawa Metals 9, 714 (2019) ○大気圧プラズマジェットによる浸窒焼入れの原理実証と温度特性調査 井上貴史，市來龍大，三谷将樹，吉田昌史，赤峰修一，金澤誠司 熱処理 55, 165 (2015) ステンレス鋼表面への窒素ドーピング
オーステナイト系ステンレス鋼へ窒素ドーピングすることにより，拡張オーステナイト相（S相）と呼ばれる表面硬化層を形成することができます．ステンレス鋼へ窒素ドーピングするためには材料表面の不動態皮膜を除去する必要がありますが，我々はこれを水素の還元反応により達成し，イオンスパッタリングができない大気圧下においてS相形成に成功しました．
  左：プラズマジェットにより形成された拡張オーステナイト相，右：拡張オーステナイト相の窒素濃度分布 ○Reduction-Phase-Time Dependence of Atmospheric-Pressure-Plasma Nitriding for Stainless Steel R. Otani, R. Ichiki, K. Nakahara, H. Nishiguchi, K. Tachibana, T. Furuki, S. Kanazawa Abstract of 12th Asian-European International Conference on Plasma Surface Engineering, S4-PO13 (2019) ○Investigation on local formation of expanded austenite phase by atmospheric-pressure plasma jet A. Maeda, R. Ichiki, R. Tomizuka, H. Nishiguchi, T. Onomoto, S. Akamine, and S. Kanazawa Proceedings of the XXXIII International Conference on Phenomena in Ionized Gases, 169 (2017) 窒化チタン表面形成による生体適合性の制御
大気圧プラズマ窒化処理の技術をチタン材料に適用し，チタン表面にTiN，Ti2Nからなる窒化物薄膜を合成することに成功しました．これによりチタン材料の表面強度を局所的に上げることができます．現在は本技術による医療用チタンの生体適合性向上を目指して研究しています．
  左：プラズマジェットにより形成されたTiN薄膜，右：リン酸カルシウム堆積層の厚さ ○大気圧プラズマを用いたチタン合金の表面窒化処理 市來龍大 チタン 66, 22 (2018) 大分大学リポジトリ ○Investigation on Hard-Tissue Compatibility of TiN Surface Formed by Atmospheric Pressure Plasma Nitriding R. Sannomiya, R. Ichiki, R. Otani, K. Hanada, M. Sonoda, S. Akamine, and S. Kanazawa Plasma and Fusion Research 13, 1306120 (2018) ○Atmospheric-pressure-plasma nitriding of titanium alloy Y. Yoshimitsu, R. Ichiki, K. Kasamura, M. Yoshida, S. Akamine, and S. Kanazawa Japanese Journal of Applied Physics 54, 030302 (2015) 誘電体バリア放電によるマスクレス局所窒化法の開発  左：高温下DBDの写真，右：局所窒化した鉄鋼断面の硬さ分布 ○大気圧バリア放電によるマスクレス局所窒化および処理面積の制御 薬師寺海斗，若林咲希，上田理人，白井祐大，市來龍大，立花孝介，古木貴志，金澤誠司，吉村信次 熱処理 63, 205 (2023) ○非真空プラズマ技術を応用した簡易な局所窒化処理法 市來龍大 JST 環境・エネルギー新技術説明会 (2019) 【動画】 ○Ignition-Area Extension of Dielectric Barrier Discharge under High Temperature R. Ichiki, T. Komatsu, K. Yakushiji, K. Tachibana, T. Furuki, S. Kanazawa, and S. Yoshimura Results in Physics 29, 104791 (2021) ○大気圧誘電体バリア放電による鉄鋼の窒化処理法 市來龍大 ケミカルエンジニヤリング 65, 359 (2020) 大分大学リポジトリ ○Investigation on Extended Phenomenon of DBD under High Temperature and Demonstration of Large-area Nitriding N. Kanda, R. Ichiki, K. Kawanobe, K. Tachibana, T. Furuki, S. Kanazawa Abstract of 12th Asian-European International Conference on Plasma Surface Engineering, S4-PO11 (2019) ○Demonstration of Nitriding by Dielectric Barrier Discharge and Investigation of Treatment Range Controllability K. Kitamura, R. Ichiki, T. Tsuru, S. Akamine, and S. Kanazawa Proceedings of 21st International Conference on Gas Discharges and their Applications, Vol. 2, 429 (2016)  R6.2.9更新
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