2019 Fiscal Year Annual Research Report
表面3次元ナノ構造による自己修復性固体潤滑膜の形成と境界潤滑性能の向上
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18H03750
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| Research Institution | Tokyo University of Agriculture and Technology |
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Principal Investigator |
安藤 泰久 東京農工大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (00344169)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
大花 継頼 国立研究開発法人産業技術総合研究所, エレクトロニクス・製造領域, 研究グループ長 (10356660)
中野 美紀 国立研究開発法人産業技術総合研究所, エレクトロニクス・製造領域, 主任研究員 (20415722)
三宅 晃司 国立研究開発法人産業技術総合研究所, エレクトロニクス・製造領域, 研究グループ長 (30302392)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | ナノストライプ構造 / 多層膜 / カーボン膜 / 凝着力 / 摩擦力 / 添加剤 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
カーボン膜の成膜については、基板バイアスを二条件で変えて行った。Si基板上に作製したカーボン膜を大気中あるいは真空中で摩擦を行い、荷重と摩擦係数の関係について検討を行った。1Nから5Nの荷重範囲で摩擦したときは、大気中では、接触面圧が高くなる程摩擦係数も高くなる傾向を示し、5Nの垂直荷重のときに、約0.1の安定した摩擦係数が得られた。一方、真空中で摩擦したときは、接触面厚が高くなるほど摩擦係数が増加する傾向を示し、5Nの垂直荷重のときの摩擦係数は0.4～0.6で不安定な挙動を示した。しかし、摩擦開始直後には0.1以下の摩擦係数が測定されたことから、1.5mN以下のマイクロ荷重での摩擦測定を行った。その結果、大気中よりも真空中の方が低い摩擦係数を示し、0.001～0.03の摩擦係数が測定された。
金とクロムからなるナノストライプ構造において、基油であるPAO（ポリーα―オレフィン）、オレイン酸（OA）添加PAO、酸性リン酸エステル（APE）添加PAOを用いて、摩擦特性評価を行い、添加剤の溝構造、および、摩擦特性への影響を確認した。摩擦係数に関しては、OA添加PAOとAPE添加PAOはPAOのおよそ半分の摩擦係数を示したが、溝形状については違いが観察できなかった。摩擦時の添加剤と金属の効果の検証のため、銅・クロム・鉄単独の表面上で、OA添加PAOとAPE添加PAOを用いて摩擦試験後の表面分析を行った。銅と鉄表面上でのみ、OA添加時には、APE添加時に比べて、炭素由来のピークが増加し、各金属上で表面の生成物の違いが観察された。
金と鉄からなるナノストライプ構造を利用することで，親水性と疎水性両表面が同一面上に存在する構造を対象に，FFMを用いて，摩擦特性を評価した。その結果，材料が微細化、ナノ構造化した際の凝着力、摩擦特性については、均一表面の場合と異なることが示された。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
カーボン膜の固体潤滑効果の検討に関しては、接触面圧による摩擦特性の差違が、真空中と大気中で正反対の挙動を示すことが明らかになった。特に、マイクロ荷重下では、最小の摩擦係数として0.001という値が得られ、実用面への展開を考えた時に大きな意味を有し、予想以上の成果である。
一方、金とクロムからなるナノストライプ構造を用いた摩擦試験では、APE添加による摩擦低減効果について確認することが出来た、しかし、複数の種類の基板の作製に遅れが生じ、粘度の異なる基油の影響の検証を行うことができなかった。引き続き、令和2年度に、添加剤の効果、および、粘度の効果について、摩擦試験と表面観察/分析を行い、検証を行う予定である。
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| Strategy for Future Research Activity |
アモルファスカーボン膜の摩擦については、雰囲気と荷重によって全くことなる挙動を示すことが明らかになった。そこで、周期的傾斜構造上に成膜したカーボン膜の上にさらに金属膜を成膜することによって、３次元ナノ構造を作製し、カーボン膜の摩耗と移着の制御をコントロールすることを目指す。
潤滑条件下における添加剤の効果については、摩擦中の試験片表面の間隔を測定することによって、境界潤滑から流体潤滑への遷移の状態を確認しつつ、３次元ナノ構造を構成する金属種と添加剤の組合せが摩擦に与える影響を明らかにする。さらに、粘度の異なる基油を用いることで、添加剤が直接油膜厚さに影響を及ぼすかどうかを確認する。
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