極低摩擦を示す超格子固体潤滑膜の創成とトライボロジー

2002 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 12450069
• 研究機関: 日本工業大学
• 研究代表者: 三宅 正二郎 日本工業大学, 工学部, 教授 (70229813)
• キーワード: 固体潤滑膜 / ナノ周期積層膜 / 超格子膜 / 軟質金属 / カーボン / 二硫化モリブデン / トライボロジー / 硬さ

研究概要

1.ナノ周期固体潤滑膜の開発;ナノ周期積層膜の硬さ増大メカニズムを明らかにし、新しい固体潤滑膜のモデルを提案した。具体的には、低せん断抵抗が期待できる材料をナノ周期で積層し、従来の単層膜や混合膜材料では得られなかった低摩擦を示す新しいナノ周期固体潤滑積層膜を開発した。(1)C膜とBN膜ナノ周期固体潤滑積層膜;耐熱性が期待できる数nm周期の(C/BN)n積層膜を形成した。200℃の高温環境下による摩擦試験では、4nm周期の積層膜が最も低い摩擦係数を示すことを明らかにした。(2)銀・金およびカーボン膜ナノ周期導電性固体潤滑積層膜;導電性を示すナノ周期固体潤滑積層膜として、AgおよびAu膜を構成要素とする積層膜を形成した。積層させることにより、摩擦係数は減少し、摩擦耐久性は著しく向上する。電気抵抗率評価では、単層膜の抵抗率が著しく増加するのに対し、積層膜の電気抵抗率は、摩擦後もほとんど変化せず、電気抵抗の安定性に優れた固体潤滑膜が得られている。(3)二硫化タングステン/二硫化モリブデンナノ周期固体潤滑積層膜;低摩擦を示す固体潤滑膜としてMoS_2およびWS_2の積層膜を取り上げた。その結果、μ=0.04の低摩擦が安定して得られている。更に、単層膜に比べ摩擦耐久性は6倍程度増大した。
2.ナノコンポジット薄膜 三次元構造を有するナノコンポジットの基礎的検討として各種金属をカーボン膜中に分散させた金属添加DLC膜の形成とトライボロジー特性の評価を行った。ナノインデンテーションおよび原子間力顕微鏡(AFM)を用いたマイクロ摩耗試験で評価したところチタンを適切な量添加したDLC膜が優れた機械特性を示した。さらに金属添加により境界潤滑特性を改善できた。特にチタン添加DLC膜ではμ=0.04程度の低摩擦を得ている。これらは自動車の摺動部に応用し低摩擦を実現できる可能性がある。

研究成果

• [文献書誌] S.Miyake, J.Kim: "Nanoprocessing of Carbon and Boron Nitride Nanoperiod Multilayer Films"Jan. J. Appl. Phys. 42・3. 322-325 (2003)
• [文献書誌] S.Miyake: "Improvement of Mechanical Properties of Nanometer Period Multilayer films at Interfaces of Each Layer"j. of Vac. Sci. & Technol. B. 21・2. 785-789 (2003)
• [文献書誌] 金鐘得, 三宅正二郎, 伴雅人: "フッ化炭素プラズマ処理シリコン含有ダイヤモンドライクカーボン膜の機械特性"表面技術. 53・12. 933-938 (2002)
• [文献書誌] S.Miyake, K.Matuzaki: "Mechanical Nanoprocessing of Layered Crystal Structure Materials by Atomic Force Microscopy"Jpn. J. Appl. Phys. 41・9. 5706-5712 (2002)
• [文献書誌] 斉藤喬士, 三宅正二郎, 渡部修一: "金属添加DLC膜のスクラッチ特性"表面技術. 53・9. 606-611 (2002)
• [文献書誌] 関根幸男, 三宅正二郎, 渡部修一, 野城淳一: "ナノ周期固体潤滑積層膜のトライボロジー"機械学会 2002年度 年次大会講演文集. 111-112 (2002)