2019 Fiscal Year Annual Research Report
Study on hydrogen diffusion in steels induced by tribochemical decomposition of lubricants and the depression effect of DLC coatings on hydrogen diffusion
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17K06130
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| Research Institution | Kansai University |
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Principal Investigator |
呂 仁国 関西大学, システム理工学部, 准教授 (90758210)
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2017-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | トライボロジー / 水素脆化 / 軸受 / 水素侵入 / トライボ化学分解 / ダイヤモンドライクカーボン |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では，摩擦による潤滑油のトライボ化学分解で生成した水素が鋼への侵入過程の可視化方法を確立するとともに，DLCコーティングによる水素侵入の抑制効果を検討することを目的とした。2019年度には，確立した鋼への水素侵入定量測定法を用い，水素含有の有無，sp3とsp2比率の異なるDLCの水素侵入抑制効果の有効性を検証した。研究期間中に得た主な結果は下記のとおりである。
水素侵入過程の可視化と定量方法を確立した。潤滑剤成分に安定同位体である重水素を用いてラベル化し，飛行時間二次イオン質量分析法（TOF-SIMS）でその存在を確認するトレーサー法を利用し，摩擦疲労実験後の軸受鋼に侵入した重水素の分布を明らかにした。
DLCコーティングによる水素侵入の抑制効果が確認できた。炭素のみから成るDLC膜（ta-C），ダイヤモンド構造に対応するsp3とグラファイト構造に対応するsp2の比率が高い（69％）水素含有DLC（ta-C:H-a），sp3とsp2の比率が低い（53％）水素含有DLC（ta-C:H-b）を用いた。DLCコーティングなしの軸受鋼と比べると，水素含有DLC（ta-C:H-b）を利用した場合は，表面近傍での重水素の侵入は63％減少した。水素フリーDLC（ta-C）の場合は，さらに84％減少した。いずれもDLCをコーティングした場合は，重水素の侵入深さは100μｍ程度にとどまった。
DLCコーティングによる水素侵入の抑制効果のメカニズムを解明した。構築した潤滑油のトライボ化学分解のその場観察システムを用い，DLC表面における潤滑油の分解によって生成された水素の量は通常の軸受鋼と比べ，大幅に減少したことが分かった。また，上記のDLCは低摩擦・耐摩耗性が示された。よって，ガスバリア性を加え，低摩擦性，低トライボ化学分解性がDLCの水素侵入抑制効果を果たした原因と考えられる。
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