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2011 年度 実績報告書

耐摩擦摩耗特性に優れた柱状晶形マルチフェイズコーティング膜の開発

研究課題

研究課題/領域番号 11J05128
研究機関東北大学

研究代表者

小宮山 翔子  東北大学, 大学院・工学研究科, 特別研究員(DC2)

キーワードコーティング / Ti-Mo-N / スパッタリング / 摩擦摩耗特性
研究概要

TiN(窒化チタン)は特性のバランスの取れた硬質コーティング膜として、切削工具や医療材料、鋳型の離型材など、様々な分野へ利用されているが、摩擦係数が高く、耐摩耗性に課題を残している。本研究ではコーティング材料の耐摩擦摩耗特性向上の観点から、(Ti,Mo)酸窒化物の柱状晶形マルチフェイズ(多相)コーティングを創製し、その摩耗機構を解明することを目的とした。
反応性スパッタを用いて種々の組成のTi-Mo-N薄膜を作製し、Ar雰囲気中で熱処理したところTi/Mo比が1:1および1:3で(Ti,Mo)窒化物と金属の(Ti,Mo)からなるマルチフェイズコーティングが得られた。
Mo濃度の増加とともに低摩擦係数を呈することが分った。さらに、摩耗特性は合金元素の濃度だけでなく窒素濃度に強く依存することが見出された。高窒素濃度のTi-Mo-Nは低窒素濃度のものより、摩耗酸化してMo酸化物を生成しやすいことが分った。Mo酸化物は潤滑性に優れており、Mo酸化物が形成されると相手材の焼付きを防ぎ、優れた耐摩耗性を示すことが分った。
反応性スパッタを用いて種々の組成のTi-Mo-No薄膜を作製したところ、スパッタにおける酸素流量を増加させると薄膜の構成相がδ-(Ti,Mo)Nの結晶相からアモルファス相に変化することが分った。アモルファス単相では硬度が低く、密着性も低いため、摩擦摩耗特性は低下した。
以上のように、Ti-Mo-Nについて、窒化物+金属のマルチフェイズコーティングが得られ、摩耗機構について詳しい知見が得られた。今後、窒化物+酸化物のマルチフェイズコーティングの創製を目指し、今までの摩耗機構解明手法を用いて、摩耗特性を調査していく予定である。

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

Ti-Mo-Nについて詳細な調査を行い、摩耗機構解明手法として、摩耗痕の断面TEM観察やRaman分析などを行うことが出来たが、(Ti,Mo)酸窒化物のマルチフェイズコーティングの創製には至っていないため。

今後の研究の推進方策

成膜時の反応ガスの分圧比を制御し、熱処理を加えることで、酸化物と窒化物のマルチフェイズコーティングを目指す。種々の熱処理条件を試す。摩擦摩耗特性の評価としてスクラッチ試験による密着性評価を行い、更なる摩耗機構の解明を目指す。

  • 研究成果

    (3件)

すべて 2012 2011

すべて 雑誌論文 (1件) (うち査読あり 1件) 学会発表 (2件)

  • [雑誌論文] Effect of Nitrogen Content on the Microstructure and Mechanical Properties of Ti-Mo-N Coating Films2011

    • 著者名/発表者名
      Shoko Komiyama, Yuji Sutou, Junichi Koike
    • 雑誌名

      Metallurgical and Materials Transaction A

      巻: 42 ページ: 3310-3315

    • DOI

      10.1007/s11661-010-0522-x

    • 査読あり
  • [学会発表] Microstructure and wear properties of (Ti_<1-x>Mo_x)N_y hard coatings2012

    • 著者名/発表者名
      Shoko Komiyama, Yuji Sutou, Junichi Koike, Mei Wang, Takaomi Toihara
    • 学会等名
      TMS 141^<st> Annual Meeting & Exhibition
    • 発表場所
      Walt Disney world Swan and Dolphin (FL, USA)
    • 年月日
      2012-03-12
  • [学会発表] SUS304上に成膜した(Tix,Mo_<100-x>)N膜(x=25,50,75)の熱処理による組織変化挙動2011

    • 著者名/発表者名
      小宮山翔子、須藤祐司、小池淳一
    • 学会等名
      日本金属学会
    • 発表場所
      沖縄コンベンションセンター(沖縄県)
    • 年月日
      2011-11-07

URL: 

公開日: 2013-06-26  

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