セラミックコーティング材の摩耗評価技術開発に関する研究

1997 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 07555025
• Research Institution: HOKKAIDO UNIVERSITY
• Principal Investigator: 石川 博將 北海道大学, 大学院・工学研究科, 教授 (80001212)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 内田 猛 (株)東芝, 重電技術研究所, 主幹(研究職) ; 小林 道明 北見工業大学, 工学部, 教授 (20105539) ; 藤木 裕行 北海道大学, 大学院・工学研究科, 助手 (80238550)
• Keywords: セラミックコーティング / 摩耗 / 剥離 / 繰返し接触 / 塑性構成式 / 有限要素法 / トライボロジー / PVD

Research Abstract

セラミックコーティング材の摩耗を考えた場合,コーティング層の存在により接触表面における凝着摩耗の影響は減少し,疲労摩耗の影響が大きくなると考えられる.またこれまでに基材内における力学的状態を計算機シミュレーションによって算出してきたが,これと実際の摩耗現象を結びつける手法が欠けていた.よって,計算機シミュレーションによる被接触材料の応力,ひずみ履歴から実際の摩耗現象を推定するために,基材の疲労挙動と摩耗挙動の関係について検討を行った.つまり,疲労摩耗が繰返し負荷に材料の疲労現象に起因することから,疲労摩耗によって材料の摩耗が発生しはじめる繰返し回数が疲労試験によって予測できると考え,基材に対し単軸,多軸の疲労試験を行い,疲労寿命と塑性ひずみ仕事密度の関係について検討した.次いで,繰返し塑性モデルを組み込んだ計算機シミュレーション結果と,疲労寿命と塑性ひずみ仕事密度の関係から摩耗発生回数の予測を試み,実際の摩耗試験から得られた結果と予測結果の比較を行い,疲労摩耗寿命推定法の適用性について検討した.これらの結果より,塑性ひずみ仕事密度というパラメータを用いることで,単軸,多軸の負荷形式に関わらず,材料の疲労寿命を統一的に表すことができることがわかった.また疲労試験から得られた塑性ひずみ仕事密度と疲労寿命の関係と,計算機シミュレーションによる繰返し弾塑性挙動の解析結果から推測された疲労摩耗寿命は、実際の摩耗実験結果とかなり近い値となった.このことから,基材の受ける塑性ひずみ仕事密度をパラメータとして疲労寿命,疲労摩耗寿命を表せることがわかった.