2019 Fiscal Year Annual Research Report
Development of self-lubricating tribology hard-coating showing a long tool life
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18K18932
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
須藤 祐司 東北大学, 工学研究科, 教授 (80375196)
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| Project Period (FY) |
2018-06-29 – 2020-03-31
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| Keywords | 摩擦摩耗 / 硬質被膜 / 耐摩耗性 / 低摩擦 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、次世代コーティング材料の学理を構築し、工具の超長寿命化を実現する自己潤滑性トライボロジーハードコーティングの創成を目指す事を目的とし、本期間では以下の知見を得た。
（１）（Ｃｒ、Ａｌ）酸化物コーティング：Ｘ線回折を用いた結晶構造解析の結果から、成膜温度及び酸素流量を制御することによって、コーティングの構成相を制御できる事が分かった。低温成膜時には、酸素流量に関わらずアモルファス相（硬度＜２０ＧＰa）が得られたが、７００～８００℃の熱処理によって、アモルファス相からα相へと相変化することが分かった。一方、高温かつ低酸素流量成膜においては、成膜ままで結晶γ相が得られ、３０ＧＰa以上の高い硬度が得られることが分かった
（２）酸化物の摩擦摩耗特性：優れた固体潤滑性をもつ酸化物を形成するとして知られているＭｏを対象に、５００℃大気酸化前後での摩擦摩耗特性をピノンディスク試験により評価した。無処理のＭｏでは、摩擦時間の増加にともない摩擦係数が徐々に増加したのに対し、大気酸化処理したＭｏでは摩擦初期より低摩擦係数を示した。これは、表面に形成されたＭｏ酸化物の潤滑性効果によるものと考えられる。本実験では他の元素についても同様の評価を行い、Ｍｏ酸化物が呈する層状構造ではない結晶構造を有する酸化物においても、摩耗条件によって低摩擦係数が得られる事が分かった。
（３）高硬度化に向けた電子論的な解釈：Ｔｉ－Ｍｏ－Ｃを例に、価電子濃度変化に伴う電子状態及び化学結合状態変化について第一原理計算から検討を行った。第一原理計算により弾性係数c44の価電子濃度依存性を検討した結果、実験と同様に、計算からも価電子濃度が8.5程度でc44が最大値を示すことが分かった。この結果をバンド構造の観点から検討した結果、ある特定のエネルギーバンドの電子占有率の差が重要なファクターであることが示唆された。
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