界面靭化・スーパー表面改質材の疲労信頼性保証

2002 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 12450042
• Research Institution: IBARAKI UNVERSITY
• Principal Investigator: 鈴木 秀人 茨城大学, 工学部, 教授 (30090369)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 中村 雅史 茨城大学, 工学部, 助手 (60302329) ; 西野 創一郎 茨城大学, 工学部, 講師 (00272112) ; 原口 忠男 茨城大学, 工学部, 助教授 (00091728) ; 川名 淳雄 日本コーティーングセンター(株), 品質技術部, 次長(研究職) ; 池永 勝 日本電子工業(株), 技術顧問(研究職)
• Keywords: 表面改質 / DLC(ダイヤモンドライクカーボン) / 疲労信頼性 / 界面靭化 / 密着性 / 安全性保証法

Research Abstract

本研究では、界面を靭化した極低摩耗係数・超厚膜を有するスーパーDLC皮膜の創製とその疲労信頼性を適切に評価し得る寿命加速試験法の構築について、3年間の実証的基礎研究を実施した。特に、DLC皮膜と基材の界面靭化に伴う複雑表面組織と疲労信頼性という相反する特性を高い次元で両立させることを目的とした。三年目の本年度は前年度の実証的研究をさらに継続し、得られた知見に基づいた下記の三つの課題について知識の系統的整理を実施した。
[I]スーパーDLC皮膜創製プロセスの構築;DLC皮膜の極低摩擦係数化・超厚膜化を実現する最適化した処理プロセスを構築する。
[II]最適化した界面靭化・密着性強化構造と処理プロセスの体系化;界面靭化・密着性強化を実現するために最適なマイクロ構造の制御・複合化プロセスをシステム的に体系化する。
[III]疲労信頼性保証システムの構築;スーパーDLC皮膜材について、加速試験法に基づき、超長寿命領域での製品安全性保証に関する知識を系統的に整理し、皮膜の創製を含む一貫した信頼性保証システムを構築する。
これらの研究によって得られた3年間の成果すなわち界面靭化DLC皮膜を、鉄道の安全性・耐久性向上を意図して鉄道車輪/レールへの応用を検討した。すなわち、(1)乗り上がり脱線防止する、(2)車輪/レールの摩耗抑制するための皮膜創製を実用化により近いレベルで検討した。その結果、界面靭化DLC皮膜は実用化レベルにおけるモデル試験においても皮膜ははく離せず、耐摩耗性および摺動特性に優れていた。すなわち、乗り上がり脱線を防止できる摩擦係数である理論値の0.4以下のクリアし0.2以下と極めて良好であった。この結果より鉄道車両などの高速・過酷摺動機器においても界面靭化DLC皮膜は有効であることが示唆された。

Research Products

• [Publications] 石田誠, 鈴木秀人: "表面改質皮膜による車輪/レール間の摩擦制御"日本鉄道施設協会誌. 第41巻・第1号. 28-31 (2003)
• [Publications] 鈴木秀人, 中村雅史, 大瀧絋介, 石田誠, 金鷹, 伴巧: "鉄道車輪の摩擦・磨耗特性向上ための新世代コーティーング技術に関する研究"日本機械学会2002年度年次大会講演論文集. 319-320 (2002)
• [Publications] 鈴木秀人, 中村雅史, 粕谷健志: "超硬質・自己潤滑コーティーングを施したビスマス快削鋼の疲労破壊メカニズム解析"日本機械学会2002年度年次大会講演論文集. 321-322 (2002)
• [Publications] 中村雅史, 呉定錫, 鈴木秀人: "DLC被覆によるAl-Si焼結合金の疲労脆性破壊の改善"日本機械学会2002年度年次大会講演論文集. 317-318 (2002)