CCDマイクロスコープトライボシステムによるセラミックス薄膜の摩耗機構の解析

• 研究課題/領域番号: 12650134
• 研究種目: 基盤研究(C)
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 設計工学・機械要素・トライボロジー
• 研究機関: 東北大学 (2001-2002); 山形大学 (2000)
• 研究代表者: 堀切川 一男 東北大学, 大学院・工学研究科, 教授 (60173605)
• 研究期間 (年度): 2000 – 2002
• 研究課題ステータス: 完了 (2002年度)
• 配分額: 3,900千円 (直接経費: 3,900千円); 2002年度: 1,200千円 (直接経費: 1,200千円); 2001年度: 1,100千円 (直接経費: 1,100千円); 2000年度: 1,600千円 (直接経費: 1,600千円)
• キーワード: セラミックス / 薄膜 / 摩耗 / 摩耗形態 / 摩耗機構

研究概要

本研究の第1の目的は,研究代表者の開発したCCDマイクロスコープトライボシステムを用いてセラミックス薄膜の摩擦試験を行い,微視的摩耗過程の連続観察に基づき,幅広い荷重・すべり速度における微視的摩耗形態の種類とそれらの機構を総合的に解明することである.本研究の第2の目的は,各摩耗形態の発生条件を理論的に解析することにより,セラミックス薄膜の摩耗形態図を世界で初めて明らかにし,耐摩耗摺動部材としてのセラミックス薄膜の使用基準を明らかにすることである.
平成14年度は,DLC(ダイヤモンドライクカーボン)薄膜材料とダイヤモンドピンとの往復繰返し摩擦実験を行った.種々の荷重,すべり速度条件下で実験を行い,摩耗粒子の発生過程をCCD顕微鏡により,直接観察し,微視的摩耗形態の種類とそれらの機構を明らかにした.
得られた主な結果は以下の通りである.
(1)見かけの接触圧力P_aが臨界接触圧力P_<c2>以上では,1回目の摩擦から被膜の剥離を生じる.
(2)見かけの接触圧力P_aが臨界接触圧力P_<c1>以上かつP_<c2>未満では,繰返し摩擦後に被膜の剥離を生じる.
(3)見かけの接触圧力P_aが臨界接触圧力P_<c1>以下では被膜の剥離は生じず,被膜自身の摩耗が生じる.
(4)被膜自身の摩耗には,見かけの接触圧力と見かけのせん断応力の作用による大規模な脆性破壊型摩耗(Flake Formation)と,真実接触圧力と界面せん断応力の作用による局所的な脆性破壊によるマイルドな摩耗(Powder Formation)の2種類が存在する.