2020 Fiscal Year Annual Research Report
Development of design proposal for ultla low friction by controlling of permittivity of nano transformed layer and adsorbed lubricants on carbonaceous hard coating
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18H03751
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| Research Institution | Nagoya University |
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Principal Investigator |
梅原 徳次 名古屋大学, 工学研究科, 教授 (70203586)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
野老山 貴行 名古屋大学, 工学研究科, 准教授 (20432247)
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, 主任研究員 (30633515)
川口 雅弘 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, 上席研究員 (40463054)
村島 基之 名古屋大学, 工学研究科, 助教 (70779389)
久保 百司 東北大学, 金属材料研究所, 教授 (90241538)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | カーボン系硬質膜 / 摩擦面その場観察 / 誘電率 / ナノ構造層 / 潤滑油 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では，「カーボン系硬質膜摩擦時ナノ構造層・潤滑油層誘電率その場評価での超低摩擦指針の提案」を目的とする．このために、本年度は以下の4つの項目を行った。 (1)「潤滑油中超低摩擦発現ナノ構造変化層と境界潤滑層の誘電率のその場評価装置の開発」(研究分担者：梅原、野老山、村島 ) 本研究で試作した「反射分光法を用いた潤滑油中超低摩擦発現ナノ構造変化層と境界潤滑層の誘電率のその場評価装置」において、硬質なta-Cでありながら、窒素を含有することで油性が向上するといわれているta-CNxカーボン系硬質膜において，異なる温度条件下で，摩擦力，ナノ構造変化層と潤滑膜の厚さと光学特性（屈折率nと消衰係数k）を同時に計測し、合わせて摩擦前後の表面粗さを明らかにした。その結果、それらの要素が摩擦に大きな影響を及ぼすことが明らかとなった。(2) 「カーボン系硬質膜の摩擦後のナノ構造層のXPS分析」（研究分担者：野老山、川口、徳田）ディスク上のカーボン系硬質膜の摩擦後のナノ構造層をXPS分析し、結合種の割合から誘電率の変化の可能性を明らかにした．具体的に、温度増加と共に、C-Cのsp2結合は相対的に増加するが、一方、C-Nのsp2結合の割合が減少するという新しい知見が得られた。（3)「量子化学分子動力学法シミュレーションによる摩擦による カーボン系硬質膜と境界潤滑膜の誘電率と分極率の変化の可能 性の実証」（研究分担者：村島、久保）カーボン系硬質膜の摩擦面のカーボン構造の量子化学分子動力学シミュレーションを行い、摩擦によるカーボン系硬質膜の原子配列の変化を明らかにした。
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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
摩擦面その場観察装置の試作は終了し、初年度CNx膜、次年度ta-C膜、そして3年目にはta-CNx膜と異なるカーボン系硬質膜において、対照実験が無事行われ、nmスケールの構造変化層と吸着層の誘電率の光学特性からの推定、油膜厚さと摩擦係数のその場測定が行われ、従来取得されていないnmスケールの厚さの潤滑層の摩擦時その場分析が行われている。多くのパラメータが取得され、最終年度においては、これらのパラメーターの油膜厚さと摩擦に及ぼす影響が、個々のパラメータだけでなく、組合せパラメータの影響として明らかになり、超低摩擦実現のための方針が示される。この予想される成果は、当初の目的である。そのため、順調に進展しているとみなせる。
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| Strategy for Future Research Activity |
最終年度の目標は、上述した研究成果を統合し、研究代表者が提案した無潤滑中での超低摩擦モデルを潤滑油中に吸着層の項を導入拡張し、カーボン系硬質膜潤滑油下での超低摩擦指針を提案することである。3種類の異なるカーボン系硬質膜CNx,ta-C及びta-CNxの個々において、構造変化層の厚さと誘電率、吸着潤滑油層の厚さと誘電率の全体の油膜厚さと摩擦係数に及ぼす影響が明らかになっているが、3種類のカーボン系硬質膜において統一して説明うできるモデルではない。最終年度は、この統一モデルとして完成するため、さらに詳細なXPSによる各層の物理モデルの修正を行い検討することで本研究を推進する予定である。
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