2013 Fiscal Year Research-status Report
ナノ傾斜構造化複合表面改質によるドライ摺動アルミニウム合金の開発
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25420005
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Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
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| Research Institution | Ibaraki University |
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Principal Investigator |
中村 雅史 茨城大学, 工学部, 准教授 (60302329)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
鈴木 秀人 茨城大学, 名誉教授 (30090369)
崎野 純子 茨城大学, 工学部, 技術職員 (40272116)
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| Project Period (FY) |
2013-04-01 – 2016-03-31
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| Keywords | 表面改質 / ダイヤモンドライクカーボン / アルミニウム合金 |
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| Research Abstract |
本年度は、軟らかいAl合金と硬いDLC膜の硬度差を緩和するための中間層膜の創製に焦点を絞って実証的に研究を行った。
(1) 硬さを制御した軟～硬質膜の成膜法 中間層・軟～硬質膜の成膜条件の検討 UBMS装置（既存設備）を使用して、成膜条件（スパッタ電力、バイアス電力、ガス圧、成膜温度など）が膜の硬さや弾性率に及ぼす影響について調査した。基材を超鋼として、膜の材料はAlと相性の良いAlN、AlCrNについて検討した。AlN膜はガス圧を調整することで5～20Ga、AlCrN膜はCrスパッタ電圧を調整することで20～50GPa程度まで硬さを制御できること分かった。
（2) 硬さの傾斜構造を有する中間層膜の成膜法 上記(1)の成果に基づいて、A7075合金およに超鋼上にAlN膜とAlCrN膜の硬さを軟らかい～硬い膜へ変化させた積層被膜（傾斜構造膜と称する）を成膜できるか否かを調査した。SEMによる断面観察により、いずれの供試材においても２～3μm程度の厚さの皮膜が製膜されていることが確認された。さらに、マイクロビッカース硬さ試験による押し込み試験の結果から、AlN膜とAlCrN膜において表面付近では高硬度であり、表面からの距離が大きくなるにしたがって徐々に硬さが傾斜的に減少していることが認められた。さらに皮膜の表面粗さは基材の表面のそれと同様であることが分かった。
（３）DLC膜の成膜条件の検討 DLC膜の硬さに及ぼす水素添加量について調査した。特に硬質のDLC膜を得るために水素のガス導入量を極力少なくしてDLC膜を成膜した。しかしながら期待した成果が得られていない。来年度以降の継続検討課題とした。
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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
(1) 硬さを制御した軟～硬質膜の成膜法 中間層・軟～硬質膜の成膜条件の検討 UBMS装置（既存設備）を使用して、超鋼基材およびA7075合金上ににAlN、AlCrN皮膜を、AlN膜はガス圧を調整することで5～20Ga、AlCrN膜はCrスパッタ電圧を調整することで20～50GPa程度まで硬さを制御できた。（達成度80％）
（2) 硬さの傾斜構造を有する中間層膜の成膜法 UBMS法を用いてA7075合金およに超鋼上にAlN膜とAlCrN膜の硬さを軟らかい～硬い膜へとナノレベルの厚さで徐々に硬さを変化させた積層膜を製膜できることが明らかとなった。（達成度80％）
(3)DLC膜の成膜条件の検討 DLC膜の硬さに及ぼす水素添加量について調査したが、水素含有量によって硬さが変化することは分かったが、期待した高硬度有するDLC膜が得られていない。来年度以降の継続検討課題とした。（達成度50％）
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| Strategy for Future Research Activity |
(1)DLCの製膜条件の検討：水素含有量や金属添加のDLCの硬さに及ぼす影響について調査する。
(2)DLC/傾斜構造複合膜被服Al合金の摩擦摩耗特性とその要因解析：AlN膜＋DLC膜およびAlCrN膜＋DLC膜の複合膜をAl合金に被覆して、摩擦係数と耐摩耗性、膜の密着性などを評価する。また、摩擦摩耗試験後の摩耗痕や摩耗断面観察のマイクロ・ナノスケールでの実証的な評価も実施する。これらの評価をもとに、DLC膜および中間層膜のそれぞれの成膜条件を検討して膜の割れや剥離が少ない傾斜構造膜を得る。
(3)DLC/傾斜構造複合膜被服Al合金の疲労強度信頼性保証とその要因解析：DLC/傾斜構造複合膜を被服したAl合金を苛酷な環境で使用される機械に応用するための信頼性試験を実施する。破壊力学に基づいた適切な寿命保証を実施する。すなわち、疲労寿命に及ぼす皮膜の影響や残留応力の影響などについて破壊解析まで掘り下げた実証的な評価を実施する。
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| Expenditure Plans for the Next FY Research Funding |
消耗品や物品は当初の計画通りおおむね執行できたが、研究調査旅行が少なかったこと、および人件費として大学院生のアルバイトなどが計画時間より少なかったのが要因である。
来年度は外部調査などを積極的に行う。また来年度はコーティング時間、疲労試験等の評価項目が増えると考えられるので、大学院生のアルバイトの時間も増える予定である。
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