2014 Fiscal Year Research-status Report
正20面体クラスター構造を持つ水潤滑用低摩擦・低摩耗ホウ化物セラミックスの開発
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26420094
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| Research Institution | National Institute of Advanced Industrial Science and Technology |
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Principal Investigator |
村上 敬 独立行政法人産業技術総合研究所, 先進製造プロセス研究部門, 主任研究員 (40344098)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
廣瀬 伸吾 独立行政法人産業技術総合研究所, 先進製造プロセス研究部門, 主任研究員 (10357874)
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| Project Period (FY) |
2014-04-01 – 2017-03-31
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| Keywords | トライボロジー / セラミックス / 環境材料 / 表面・界面物性 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
水中で低摩擦・低摩耗を示すAlB12やSiB6について、従来作成した試験片はそれぞれAl2O3、ボロシリケートを高濃度で含み、これら不純物を減らしたときの摩擦摩耗特性がどうなるか不明であったため、これら不純物の濃度を大幅に抑えた試験片を放電プラズマ焼結法により作成し、水中における摩擦摩耗特性を調べてみた。その結果、不純物の濃度を大幅に抑えたAlB12、SiB6試験片は従来作成した試験片に比べて摩擦係数がともに半分程度にまで下げられること、及び耐摩耗性も高いまま維持されることを明らかにした。さらにこれらAlB12、SiB6試験片は水中のみならず、大気中無潤滑条件下でも低摩擦・低摩耗を示すことがわかった。なおMgなど他元素のホウ化物は構成相の同定が難しく、摩擦摩耗特性の評価は平成27年度になる見込みである。さらに高真空チャンバーで測定する必要がある摩耗痕表面のXPS分析について、トライボケミカル反応で形成されていると考えられているH3BO3が元々蒸気圧が高く、測定前に蒸発している可能性が明らかになり、AlB12、SiB6の摩擦摩耗特性の解明には他の表面分析手法を用いることが必要であることがわかった。一方コーティングについては、RFイオンプレーティングを取り上げ、AlB12膜のコーティングに取り組んだ。電子ビームでアルミニウムを溶融し、プラズマによりホウ化処理することを念頭にしているが、電子ビームでのアルミニウムの溶融状態が悪くるつぼの界面破壊が発生した。そこで、るつぼをアルミニウムコンポジット材に変更し、何種類か取り組むことで界面析出によるるつぼの破壊を防ぐことができた。また、アルミニウム系で代表的なアルミの酸化物（アルミナ）成膜実験を実施し、膜厚が0.1～7.5μm、ビッカース硬さ1600～1700HV相当の膜が得られることが確認できた。これにより、アルミニウム系セラミック材料膜作製への技術的指針を得ることができたといえる。
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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
Mgなど他のホウ化物の評価や、摩擦摩耗メカニズムの解明などに若干遅れが出ているが、AlB12、SiB6について、高純度化すると水中での摩擦係数が0.1以下にまで下げられること、無潤滑大気中でも低摩擦低摩耗を示すこと、さらにAlB12については複合材料化による靭性改善方法が明らかになるなど画期的な結果が多く出ており、おおむね順調に進展していると考える。
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| Strategy for Future Research Activity |
AlB12、SiB6については、組織制御等を行うことにより、さらに機械的性質や水中での摩擦摩耗特性の向上を行う。またMgなど他の元素を含むホウ化物についても水中での摩擦摩耗特性の評価後、機械的性質や水中での摩擦摩耗特性の改善を行う、また平成26年度の研究で明らかになったAlB12、SiB6の大気中無潤滑条件下での低摩擦低摩耗特性について、温度依存性などについても調べてみる。コーティングに関しては、RFイオンプレーティングによるアルミニウム系セラミック材料作製での成膜上での知見を得たため、今後は、AlB12膜作製と膜特性の評価を実施し、低摩擦・低摩耗を満足するセラミックコーティング膜作製を実現する。
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| Causes of Carryover |
平成26年度に終わらなかったMg等の元素を含むホウ化物の摩擦摩耗特性評価（作成した試験片中の構成相の同定に手間取ったこと）やAlB12、SiB6の摩擦摩耗機構解明（XPS分析でうまくいかなかったために別方法を検討中）などの必要経費を平成27年度にまわす必要が生じたため。
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
水潤滑及び大気中無潤滑条件下で低摩擦低摩耗を示すことがわかった不純物濃度の低いAlB12及びSiB6について、組織制御によりさらなる摩擦摩耗特性及び機械的性質の改善を行う。さらにAl、Si以外で高濃度のボロンを含むホウ化物についても、水中での摩擦摩耗特性評価で優れた特性を示すものに対し組織制御により更なる特性改善を行う。またXPS以外の方法を用いて摩擦摩耗メカニズムの解明を行い、かつコーティングの適正条件についても明らかにする。
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Research Products
(4 results)
