マイクロアーク酸化法によるアルミニウム合金の摩擦摩耗特性の向上に関する研究

2000 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 12650090
• Research Institution: The University of Tokushima
• Principal Investigator: 村上 理一 徳島大学, 工学部, 教授 (00112235)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 米倉 大介 徳島大学, 工学部, 助手 (70314846)
• Keywords: 摩擦摩耗 / 表面改質 / アルミニウム合金 / アークイオンプレーティング

Research Abstract

アルミニウム合金の摩擦摩耗特性を向上させるため,まず,耐摩耗性材料であるTiN薄膜の適用を試みた.供試材は工業用純アルミニウムJIS A1050およびCu-Mg系アルミニウム合金JIS A2024の硬度の異なるアルミニウムを用いた.これらアルミニウム合金上にアークイオンプレーティング(AIP)法によって,TiN薄膜の被覆を行った.摩耗試験は,ボールオンディスク方式により行った.その際,相手材はベアリング鋼球で,すべり速度250mm/sec,垂直荷重1Nとした.
摩擦摩耗試験の結果,TiN被覆材の摩耗量は基材に比べて著しく低下し,耐摩耗性が顕著に改善されることが明らかとなった.しかしながら,TiN薄膜の被覆条件を変化させた場合,被覆条件によっては摩擦摩耗試験中に膜が破損・剥離し,一定のすべり距離後,摩耗量が低下するものがあった.TiN被覆によって耐摩耗性を向上させたアルミニウムを,実用化する上で,このような膜の破損・剥離を防止することが重要となる.そこで,摩耗過程中におけるTiN薄膜の剥離条件・機構について検討を行った.
その結果,膜の破壊は,(i)成膜後の基板硬度が低い,(ii)膜厚が薄い,(iii)基材と膜の密着力が低い,場合に生じることが明らかとなった.(i)および(ii)はアルミニウム基板が塑性変形をし,表面の脆いTiN膜にき裂が生じるためと考えられる.(iii)は膜にき裂が生じた後,基材から剥離・脱落を生じやすくするためであると考えられる.したがって,TiNなどの高硬度薄膜では,処理中のアルミニウム基材温度を軟化温度(200℃)以下とし,厚膜かつ密着力を向上させることによって,長期にわたり耐摩耗性を実現することが可能であることを示した.