2021 Fiscal Year Research-status Report
鋼のプラズマ窒化による高機能窒化層の創出とトライボロジー特性の向上
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20K14643
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| Research Institution | Daido University |
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Principal Investigator |
宮本 潤示 大同大学, 工学部, 講師 (50713046)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | プラズマ窒化処理 / トライボロジー / 化合物層 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では，機械部品隙間内面にも形成可能で，テクスチャリング表面の自己修復性を備えたこれまでにない新しい処理法の開発を目標とし，プラズマ窒化処理の化合物層の潤滑特性について明らかにすることを目的としている．その中でも2021年度では，化合物層の形成条件の解明を目的とした．試料として熱間金型用合金工具鋼のSKD61を使用し，支配的なパラメータの仮説および実証を行った．従来以上に高密度なプラズマ（プラズマ密度10^11以上）を用いることで以下の結果を得た．１．水素及び窒素ガス量に依存し，最表面の化合物層の形成が変化した．化合物層の厚さについては当初10～15μmを目標としていたが，これを達成することが出来た．この化合物層の厚さは窒素ガス量に依存していることが明らかとなった．２．最表面の化合物層は開口がほとんど見られず，このことから化合物層はポーラス状となっておらず，緻密な状態であることが明らかとなった．３．形成した化合物層は，未処理の2倍以上の硬さとなっていた．このことから耐摩耗性については，従来通り未処理に比べて著しく優れていると考えられる．４．一定の条件で形成させた化合物層の試料は未処理の試料と比べて摩擦係数が減少することが明らかとなった．特に摩擦試験の低速度域（境界潤滑域）では摩擦係数が大きく減少する傾向が見られるとともに，未処理の試料と比べて流体潤滑領域が拡大する傾向が見られた．これについては，化合物層の形成による影響であると考えられるが，2022年度に詳しく調べる計画である．
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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
当初計画としては，2020年度のフェーズ１で「新しい処理装置の構築とプラズマの分析」、2021年度のフェーズ２で「化合物層の形成条件解明」を目的としていた．これに対して，現在までの進捗としては，2020年度に高密度なプラズマを生成可能な新しい処理装置を構築するとともに，そのプラズマの分析を行った．さらに今年度では化合物層の形成条件を明らかとすることができた．また，2022年度に実施予定だった潤滑特性の向上を今年度で先行して既に得られることが出来た．しかし，形成した化合物層は想定した厚さおよび組成となっていたが，その最表面の形態は狙いとなったポーラス状となっていなかった．この点については2022年度の課題としつつ，その原因についての究明と共に当初計画に従って研究を進める予定である．
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| Strategy for Future Research Activity |
2021年度では，目標としていた化合物層の厚さおよび組成を得ることができた．しかし，その最表面の形態は狙いとなったポーラス状となっていなかった．この課題について2022年度はまず取り組むこととする．考えられる要因としては，処理温度および最表面の窒素濃度が考えられる．この点について検証をすることとする．さらに，2022年度では，化合物層の潤滑特性を明らかにするとともに，その潤滑メカニズムについても解明を行う．すでに2021年度では潤滑特性を向上させる条件を先行して見出すことが出来たため，この条件を基に研究を進めることとする．具体的には，摩擦摩耗試験を行うとともに，流体潤滑下においてはシミュレーションも用いることでそのメカニズム考察の為の一つの要素とする．最後に微小な隙間においても狙いとする化合物層が形成可能か検証することとする．
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| Causes of Carryover |
実験の結果が想定より早く得られたため、試験片の必要数などが減少したことによる．
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Research Products
(4 results)
