プラズマ溶射利用の化学気相成長法によるハイブリッドコーティング膜の高速合成

2000 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 12555196
• Research Institution: Tokyo Institute of Technology
• Principal Investigator: 大竹 尚登 東京工業大学, 大学院・理工学研究科, 助教授 (40213756)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 安岡 学 (株)不二越, 機械工具事業部・コーティング室, 室長 ; 安原 鋭幸 東京工業大学, 大学院・理工学研究科, 助手 (70282829) ; 加藤 和典 東京工業大学, 大学院・理工学研究科, 教授 (80016419)
• Keywords: コーティング / 耐摩耗性 / 化学気相成長 / プラズマ溶射 / DLC / ハイブリッド膜 / BCN

Research Abstract

材料加工においては,安価な切削工具の耐摩耗性薄膜コーティングが強く望まれている.本研究は,真空溶射を利用した化学気相成長(CVD)装置を用いてB-C-N(ホウ素-炭素-窒素)とSi(シリコン)からなる厚さ500μm程度の新たな硬質ハイブリッド厚膜の高速合成法を開発し,それにより合成されたB-C-N-Si膜の耐摩擦摩耗特性を評価しながら最適な膜合成条件を明らかにして,鉄鋼材料及びアルミニウム材料用の超耐摩耗性・冷却剤フリーの切削工具コーティングを実現することを目的とするものである.今年度の研究は,B-C-N(ホウ素-炭素-窒素)とSi(シリコン)からなる厚膜の合成装置の開発とBCN膜の基礎的特性評価が主な目的である.まず,現有のアーク放電プラズマ装置を大幅に改造してB-C-N-Si系ハイブリッド膜を高速に合成するための装置設計を行った.具体的にはホローカソード形式としてアーク放電用電源,グロープラズマ発生用高周波電源を新たに装着し,Siの溶射機構及びB-C-N合成用のグロー放電CVD機構を同時に使用できるようにした.この装置は現在製作中である.次に,試作するハイブリッド膜がDLC膜に対して優位性があるかどうかを検討するために,マグネトロンスパッタを用いて実際にBCN膜の合成を行った.ターゲットにはダイヤモンド粉末とc-BN粉末を混合したものを用いた.得られた膜の元素比はターゲットの組成比がダイヤモンド:c-BN=8:2の場合にB:C:N=63:5:26.とBの多いものであった.さらにこの膜の耐摩耗性をBall on Disk試験により調べた結果,ステンレス鋼との摩擦係数はμ=0.6程度でDLC膜と比較して高いが,DLC膜と同程度の耐摩耗性にすぐれた膜であることがわかり,また300℃の熱処理後でμ=0.8程度,500℃の熱処理後もμ=1.2程度と高いが安定であることから,BCN膜が優れた耐熱性を有することが明らかに出来た.

Research Products

• [Publications] 百瀬英明,大竹尚登,加藤和典: "rfマグネトロンスパッタ法によるB-C-N系薄膜の合成"第8回機械材料・材料加工技術講演会論文集. No.00-36. 45-46 (2000)
• [Publications] 黒田俊久,楊旭東,大竹尚登,加藤和典: "パルスプラズマによるDLC膜の合成"日本機械学会関東支部第7期総会講演会講演要旨集. 104 (2001)