Preparation of functional hard coating films with multilayer structure via pulsed sputtering plasma with high-density

2022 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 20K04442
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 21010:Power engineering-related
• Research Institution: Nagoya Institute of Technology
• Principal Investigator: Kimura Takashi 名古屋工業大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (60225042)
• Project Period (FY): 2020-04-01 – 2023-03-31
• Keywords: プラズマ / パルススパッタ / マルチレイヤー / ハードコーティング / 遷移金属窒化膜

Outline of Final Research Achievements

Multilayer thin films, which were formed by alternatively depositing different transition metal nitride layers at nanometer scale, were prepared via ion material process in high-density plasma. The hardness of the chromium nitride/vanadium nitride multilayer films was higher than that of the monolayer film and the hardness corresponded to 23.5 GPa. We have revealed that inserting vanadium nitride layers can play significant roles on the suppression in the compressive stress and the reduction in the friction coefficient. The chromium nitride / titanium nitride multilayer films also had high hardness corresponding to 24.5 GPa, and the friction coefficient of the multilayer films was reduced from 0.7 to 0.2-0.3 by inserting the titanium nitride layers.

Free Research Field

気体電子工学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

高硬度かつ高温での耐酸化力や耐摩耗性に優れたハードコーティング材料の需要が摺動部材を含む機械部品や切削工具など様々な分野で拡大している。本研究で扱ったハードコーティング材料の一つである遷移金属窒化物を成分として含む材料は硬質な保護材料や装飾用材料として広く使用されており，さらなる機能改善が求められている。本研究では、プラズマをベースにしたイオン材料プロセスにより異種の遷移金属窒化層を積み重ねる積層型コーティング材料を作製し、材料の特性改善や機能性付加を実現することで、その優位性を示している。