2022 Fiscal Year Annual Research Report
Functional thin films preparing anti-stick and anti-seizure functions
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20K21078
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| Research Institution | Tokyo Institute of Technology |
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Principal Investigator |
大竹 尚登 東京工業大学, 科学技術創成研究院, 教授 (40213756)
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| Project Period (FY) |
2020-07-30 – 2023-03-31
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| Keywords | テトラヘドラルアモルファス炭素 / DLC / 耐焼付き性 / 耐摩耗性 / コーティング / 積層膜 / グラファイト化 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
ダイヤモンドの50%以上の硬さを有するテトラヘドラルアモルファス炭素(ta-C)を，金属層を介して多層積層することで耐接着性，焼付き性と低摩擦・耐摩耗性を両立した薄膜構造を提案し，真空アーク放電を基礎とした薄膜作製装置を試作して提案した薄膜構造を作製し，耐接着・耐焼付き・耐摩耗性コーティングを実現して，コーティング薄膜の体系に新たな潮流を創出することを目的としている。ta-C/Cu/ta-C積層膜のミクロ的構造について特に熱処理との関係を明らかに出来たことから，最終年度である本年度は， ta-C/Cu/ta-C積層膜による耐付着性の実現を目指した。その結果，各層の作製条件を同一にしたDLC/Cu/DLC/Cu/DLC膜では，上層から順序だった2回の剥離の発現に成功した。これは，積層に伴う基板温度の上昇により界面のグラファイト化が促進され，上層ほど剥離性が増大したためであるが，3層目と4層目の界面の密着性が低く，積層数を増加させても，積層順位のみの変化では3回以上の剥離は発現しなかった。そこで，アニーリングの温度を各回毎に調整し，DLC/Cu界面のグラファイト化を制御することで5回の反復焼付防止機能を有する「耐摩耗性オニオンライクDLCコーティングの構造」をデザインし，実際に5回の剥離性発現に成功した。さらにDLC/Cuコーティングは細菌の増殖を抑制する機能を付与できるのではないかと考え，マグネトロンスパッタ法とパルスプラズマ化学気相成長法によりDLC/Cu積層膜を作製し，大腸菌を対象として抗菌性試験を行った。その結果，表面がDLCのみの場合には抗菌性を示さないが，摩耗により一部にCuが露出することにより顕著な抗菌性を示すことが明らかになった。以上のことから，膜を適切にデザインすることにより，耐摩耗性・耐焼付性・抗菌性を併せ持つコーティングの設計が可能であると総括される。
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