2022 Fiscal Year Annual Research Report
遷移金属窒化物の相境界に基づく耐摩耗膜の創製および多層構造への展開
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20K04180
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| Research Institution | Saga University |
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Principal Investigator |
長谷川 裕之 佐賀大学, 理工学部, 准教授 (60403482)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | 多層構造 / 耐摩耗機能 / 切削試験 / 工具摩耗 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
窒化チタンアルミ(TiAlN)および窒化クロムアルミ(CrAlN)にシリコン(Si)を加えたTiAlSiNおよびCrAlSiNからなる多層構造を形成させ，微細構造・機械的性質・耐酸化性を評価した．多層膜を構成する薄膜の結晶構造は立方晶としており，構成層の界面が明瞭に形成された試料を作製することができた．
相手材をSiCボールとする摺動試験では，摩擦係数は0.3～0.5前後を示し，凝着を生じやすいSUSボールでの摩擦係数は0.9～1.1を示した．摺動試験後の摩耗深さは，CrAlSiNを最表面とすることにより低減された．そして，多層膜の最大硬度値は40GPaを超えており，単層構造から多層構造への変化により高硬度化が導かれ，摩耗の進行が抑制された．さらに， CrAlSiNの耐酸化性は，TiAlSiNに比べ優れるため，多層構造の形成時には，CrAlSiNを最表面とすることが耐酸化性の向上に寄与することを示した．
切削試験では，切削工具に作用する切削抵抗をインプロセスで測定した．前年度からの改良を進め，切削抵抗の分力である主分力・背分力・送り分力を同時に測定することに成功した．切削時には，工具摩耗の進行とともに，主分力・送り分力は単調に増加する傾向が見られた．それに対して，背分力では，工具と被削材のなす角である切込み角に依存して，背分力の方向は，被削材側または工具側に変化した．薄膜被覆した工具の摩耗状態を比較したところ，多層構造の持つ良好な機械的性質および耐酸化性の効果により工具摩耗は抑止された．
研究期間全体を通じて，遷移金属窒化物の相境界に着目した単層膜を開発とともに，単層膜の表面機能を踏まえた多層膜の構築を試み，多層構造が機械的性質ならびに熱的性質に与える効果を示した．さらに，目視では判別できない工具の摩耗挙動を切削抵抗のインプロセス測定により捕捉した．これら研究成果を通じて，耐摩耗膜の設計に向けた知見を得ることができた．
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