2017 Fiscal Year Annual Research Report
Study about low friction phenomena of hydrogenated DLC films by surface topography controlling and boron-doping
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15K17964
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| Research Institution | Tokyo Metropolitan Industrial Technology Research Institute |
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Principal Investigator |
徳田 祐樹 地方独立行政法人東京都立産業技術研究センター, 開発本部開発第二部表面・化学技術グループ, 副主任研究員 (30633515)
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| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | トライボロジー / ダイヤモンド・ライク・カーボン膜 / 表面改質 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
一年次の研究では、水素含有DLC膜にボロンを添加することで導電性を付与し、摺動界面で生じるトライボプラズマの制御を試みた。トライボプラズマを制御することで、摺動により発生する摩耗粉の生成条件を検討した。「ボロン添加水素含有DLC膜」を試作した結果、膜内部へのボロンの添加により導電性の制御が可能という知見を得た。一方、ボロン添加水素含有DLC膜は耐摩耗性に乏しく、摺動特性の検討が困難であることを確認した。
二年次以降の研究では、「ボロン添加水素含有DLC膜」に代わる新規的DLC膜として、膜内部に塩素を含む「塩素含有DLC膜」の開発に取り組んだ。DLC膜内部に塩素を添加することで、相手材との摺動界面において摩擦により塩素系のトライボフィルム（摩擦反応膜）が形成され、更なる低摩擦化が実現可能と考えた。塩素含有DLC膜を試作した結果、無潤滑環境下でのアルミニウム合金との摩擦において、一般的な水素含有DLC膜よりも摩擦係数が50%低減し、かつ耐摩耗性および低相手攻撃性が向上することを確認した。摩擦試験後の摩耗痕に対し各種機器分析を行った結果、摺動界面に「塩化アルミニウム六水和物」というトライボフィルムが形成されていることを確認した。この物質は常温・低湿度では固体だが、潮解性であるため、水分子の吸水により容易に液体化する。液化した塩化アルミニウム六水和物は、潤滑油として一般的に使用されているポリアルファオレフィンと同程度の粘度を有していることを確認した。以上の結果より、塩素含有DLC膜とアルミニウム合金との摩擦界面には、大気中の水分子の吸水により液化した塩化アルミニウム六水和物が介在しており、潤滑剤としての役割を果たした結果、摩擦特性が向上したと考えられる。
以上より、無潤滑環境でも優れた摺動特性を示す新たなトライボシステムの確立への可能性を見出した。
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