2021 Fiscal Year Research-status Report
Improvement of high temperature lubricious properties of low frictional composite films by using reaction of boron and development of machining technology with high efficiency
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21K03809
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| Research Institution | Aichi Institute of Technology |
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Principal Investigator |
神崎 昌郎 愛知工業大学, 工学部, 教授 (20366024)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2025-03-31
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| Keywords | 高温潤滑性 / 複合膜 / ホウ素 / スパッタリング / 切削加工 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究の目的は『工具表面にコーティングしたTiB2+α-MoS2複合膜と切削加工時に供給する窒素との反応により900℃まで潤滑性を有するh-BNを生成させ，それを用いて高効率加工技術を開発すること』である．
研究代表者は，TiB2+α-MoS2複合膜の超低摩擦特性の発現を可能としてきた．これはMoS2により低摩擦低摩耗が維持された状態で，ホウ素の酸化反応によるB2O3の生成溶融の効果が重畳したためと考えられる．ただし，600℃以上でホウ素が脱離消失し摩擦特性は悪化したため，現状では複合膜を温度上昇が顕著になる加工用の工具には適用できない．そこで本研究では，①超低摩擦特性発現に必須のホウ素を600℃以上で残存させる，②ホウ素の反応により低摩擦低摩耗を維持した状態で窒素を供給し，摩擦（加工）時に発生するせん断力を利用して複合膜表面に900℃まで潤滑性を有するh-BNを生成させる，③温度上昇が顕著な切削加工の高効率化（切削速度上昇・切削油供給量削減）にも対応可能なTiB2+α-MoS2複合膜コーテッド工具利用加工技術を開発する，これらを目的とする．
2021年度はTiB2に対して過剰にホウ素を添加したTiB2+αをベースとしてMoS2との複合膜を形成し，その摩擦特性を再評価することに重きを置いた．その結果，ホウ素含有量を増加させることにより，摩擦係数0.1以下の超低摩擦特性発現温度は上昇した．ただし，現状では600℃での低摩擦特性発現は実現できておらず，ホウ素含有量の最適化等の必要性が再確認できた．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
4: Progress in research has been delayed.
Reason
2021年4月に研究代表者が東海大学から愛知工業大学に異動し，研究体制を再構築しなければならなくなったことが「研究の遅れ」の最大の理由である．東海大学高度物性評価施設にある共用装置（XPS，薄膜XRD，TEM，SEM，AFM等）を活用することにより，本研究に関わるTiB2+α-MoS2複合膜に必須の分析・観察が可能と考え申請をしたが，愛知工業大学には共用装置が少ないことも研究の遅れに繋がっている．また，研究代表者が管理する実験装置の一部も，東海大学で指導していた大学院生のために残置する必要があり，愛知工業大学での研究体制再構築の遅れに繋がっている．
ただし，TiB2+α-MoS2複合膜の形成とその摩擦特性評価という研究推進上の根幹部分は実施できており，研究の方向性を再確認できている．
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| Strategy for Future Research Activity |
2022年度は2021年度から行っている研究体制再構築を進め，申請内容に記載した実施予定項目に着手できるようにする．XPSによる高温摩擦試験前後のTiB2+α-MoS2複合膜の表面組成分析（ホウ素含有量の把握）は本研究を推進するうえで必要不可欠であるが，愛知工業大学にはXPS装置がないため，利用可能な研究機関等との関係構築は研究推進上重要と考えている．
このような研究体制の再構築を進めると同時に，申請内容に記載した実施予定項目に着手する．具体的には，600℃以上でのTiB2+α-MoS2複合膜表面におけるホウ素の残存を目指したホウ素含有量の最適化，および成膜時のバイアス電圧の印加（結晶性向上・結合強化を目的とする）に取り組む．実際には，以下の手順で研究を進める．1)現有のDCマグネトロンスパッタリング装置を用いてホウ素含有量が異なるTiB2+α膜を形成する際に，0～-300Vのバイアス電圧を印加し，TiB2+αの結晶性を向上させる．2)形成したTiB2+α膜を大気中で加熱し，XPS等による組成分析の結果から高温でのホウ素の残存に適切なホウ素含有量およびバイアス電圧を決定する．
また，600℃以上での摩擦特性評価の再現性を高めるため，高温摩擦試験機の荷重印加機構の改良およびロードセルとその取付位置の変更も行っていく予定である．その上で，TiB2+α-MoS2複合膜上でのh-BNの生成を目指して，高温摩擦試験機において窒素の供給量・供給位置を変更できるよう窒素供給機構を開発していく．
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| Causes of Carryover |
研究代表者の異動により研究の遂行に遅れが生じているが，その中でも研究の本格的再開に向けて準備を進めてきた．高温摩擦試験機の改良や成膜時に使用するターゲット購入に予算を充て，計画的に執行できた．その中でもわずかに予算が残り，研究全体を考えて有効利用するために次年度予算に回すこととした．
次年度使用額の29,930円に関しては，ターゲット等の実験消耗品の購入に使用する予定である．
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Research Products
(1 results)
