原子状酸素とMoS_2の表面反応及びその再結合を利用した超低摩擦(ULF)の研究

1994 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 05555051
• 研究機関: 大阪大学
• 研究代表者: 大前 伸夫 大阪大学, 工学部, 助教授 (60029345)
• 研究分担者: 田川 雅人 大阪大学, 工学部, 助手 (10216806)
• キーワード: 原子状酸素 / 低地球軌道 / スペーストライボロジー / 固体潤滑剤 / 二硫化モリブデン / 超低摩擦

研究概要

平成5年度に完成した原子状酸素発生装置/超高真空対応高精度トライボメータ/オージェ電子分光装置の複合評価装置を用いて、原子状酸素照射時の単結晶MoS_2、スパッタMoS_2膜、有機バインダーMoS_2膜のトライボロジー特性を調べ、表面組成の変化に注目して考察を行った。なお、原子状酸素の照射実験は低地球軌道(LEO)環境を完全にシミュレートするため、原子状酸素のビームエネルギー5eV、フラックス5.5×10^<15>atoms/m^2・s、真空度10^<-6>Paに設定した。単結晶MoS_2の場合、未照射では0.03であった摩擦係数が照射とともに増大し、5時間照射後には2.0を越える大きな値となった。この表面からはS及びMoのオージェピークは観察されず、相手材料であるTi-6Al-4VのTiがMoS_2表面に移着するという著しい凝着が生じていることが判った。スパッタMoS_2膜の場合にも同様な傾向が顕著に見られ、原子状酸素照射による摩擦の増大はMoO_3、MoO_2及びMoO_xというモリブデン酸化物の反応生成に起因することが確かめられた。有機バインダー膜は未照射の場合の摩擦係数が約0.05と若干高いものの、5時間照射後にも0.1程度の摩擦係数にとどまることが判った。有機バインダー膜の場合にはポリアミドイミド等に含まれるC及びOの影響によって、表面からSがガス化しにくい傾向が見られ、また酸化層も薄く、このため単結晶及びスパッタ膜よりも安定したトライボロジー特性を示すと結論した。この環境下で原子状酸素の再結合を促進させて摩擦実験を行ったところ、0.01を下回る良好な低摩擦が得られ、COの混入は低摩擦の実現に有効であることを認めたが、紫外線照射は逆に摩擦を増大させる結果となった。レーザーデソ-プションからはSO_3も検出され、本申請者らが提案したMoS_2がSO_xとなって脱離することによるトライボロジー特性の低下を改めて実験的に確証した。

研究成果

• [文献書誌] N.Ohmae et al.: "Atomic Oxygen Effects on Tribology of Solid Lubricants" Proc.6th Int.Symp.on Mater.in a Space Environ.Noordwiik.The Netherlands. 327-332 (1995)
• [文献書誌] M.Tagawa et al.: "Laboratory Studies of Atomic Oxygen Reactions on Spin-Coated Polymide Films" Proc.6th Int.Sympo. on Mater.in a Space Environ.Noordwiik.The Netherlands. 189-194 (1995)
• [文献書誌] 大前伸夫: "低地球軌道における原子状酸素の問題" 真空. 38(6月掲載). (1995)
• [文献書誌] A.K.Stark et al.: "Effect of Atomic Oxygen on the Mechanical Properties of Highly Graphited Carbpn Fibers" 32. 641-644 (1994)
• [文献書誌] M.Tagawa et al.: "Atomic Oxygen Generators for Surface Studies in Low Earth Orbit" AIAA Journal. 32. 64-644 (1994)
• [文献書誌] 大前伸夫: "メゾトライボロジカルアプローチ" 機械の研究. 46. 147-149 (1994)
• [文献書誌] N.Ohmae: "Surface Diagnostics in Tribology,Mivoshi & Chung eds." World Scientific, 342