アダマント薄膜の体系化と超高機能メカニカルコーティングの実現

2019 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 16H02406
• 研究機関: 東京工業大学
• 研究代表者: 大竹 尚登 東京工業大学, 科学技術創成研究院, 教授 (40213756)
• 研究分担者: 稗田 純子 名古屋大学, 工学研究科, 准教授 (40566717) ; 赤坂 大樹 東京工業大学, 工学院, 准教授 (80500983) ; 平田 祐樹 東京工業大学, 科学技術創成研究院, 助教 (90779068)
• 研究期間 (年度): 2016-04-01 – 2020-03-31
• キーワード: 構造・機能材料 / 材料加工・処理 / 薄膜 / プラズマ加工 / アダマント

研究実績の概要

本研究で開発した真空アーク蒸着法とマグネトロンスパッタリング法によりアダマント薄膜を成膜し，その体系化を行うこと目的として，アダマント薄膜の元素組成比，構造および機械的特性の評価を行った。得られた知見を以下に示す。
・窒素/アルゴン雰囲気中で真空アーク蒸着法により炭素を照射すると，膜にC-N結合，C=N結合を有するa-CN膜が合成される．また窒素ガスの流量比の増加に伴い，膜中の窒素含有量は20 at.% まで増加するが，それに伴って機械的特性は低下する。
・B-C-N系のアダマント薄膜の組成および機械的特性の相関関係についてB-C-N三元図上で体系化を行った結果，真空アーク蒸着法とマグネトロンスパッタリング法により作製されるアダマント薄膜の機械的特性が膜の炭素含有量に依存していることが明らかとなった。またa-BCN膜の炭素含有量は，膜の機械的特性に寄与し，炭素含有量が50 at.% を下回るとトライボロジー特性が大幅に低下するが耐熱性は向上し，DLC膜から窒化ホウ素膜に類似した特性に変化していくことが示唆された。
・B-C-N系のアダマント薄膜の機械的特性を向上させるためには，c-BNやBC2Nの構造を膜中に形成させることが必要である．そのためには，よりイオンに高エネルギーを付与するためアークプラズマガンの放電周期と同期した基板バイアスの印加および表面拡散を促進させるため本研究よりも高温下（410℃以上）での成膜が必要である。
・ホウ素及び窒素の含有量を微量（～2.5 at. %）に制御することでDLC膜と同等の機械的特性を有し，耐摩耗性に優れた膜の合成が可能であることが示唆された。これは，今後の耐摩耗性コーティング設計の新たな指針を与える知見である。

現在までの達成度 (段落)

令和元年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

令和元年度が最終年度であるため、記入しない。

研究成果

• [雑誌論文] Using Textured-DLC Coating to Improve theWear Resistance of Stainless Steel Plate Under Dust-Containing Lubricant Condition (2020)
  • 著者名/発表者名: Takuya Osawa, Makoto Matsuo, Yuya Eyama, Hiroshi Yamamoto, Shinji Tanaka, Masao Kikuchi, Yuki Hirata, Hiroki Akasaka, and Naoto Ohtake
  • 雑誌名: Int. J. of Automation Technology 巻: 14 ページ: 99-108
  • DOI: https://doi.org/10.20965/ijat.2020.p0099
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Synchrotron-based spectroscopic analysis of diamond-like carbon films from different source (2020)
  • 著者名/発表者名: Ukit Rittihong , Hiroki Akasaka , Chanan Euaruksakul , Masashi Tomidokoro , Nuntaporn Kamonsuttipaijit , Hideki Nakajima , Ratchadaporn Supruangnet , Catleya Rojviriya , Artit Chingsungnoen , Phitsanu Poolcharuansin , Naoto Ohtake , Sarayut Tunmee
  • 雑誌名: Radiation Physics and Chemistry 巻: 173 ページ: -
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Preparation of DLC films on inner surfaces of metal tubes by nanopulse plasma CVD (2019)
  • 著者名/発表者名: Yoshinao Iwamoto, Keitaro Takenami, Ryota Takamura, Masaki Inoue, Yuki Hirata, Hiroki Akasaka, Naoto Ohtake
  • 雑誌名: Surface & Coatings Technology 巻: 380 ページ: -
  • DOI: https://doi.org/10.1016/j.surfcoat.2019.125062
  • 査読あり
• [学会発表] 軟質金属材料へのDLCコーティングの応用 (2019)
  • 著者名/発表者名: 大澤卓也, 松尾誠, 江山雄哉, 山本浩, 田中真二, 菊池雅男, 平田祐樹, 赤坂大樹, 大竹尚登
  • 学会等名: 第33回ダイヤモンドシンポジウム講演要旨集.
• [学会発表] 物理気相成長法による銅基板上への六方晶窒化ホウ素薄膜の合成 (2019)
  • 著者名/発表者名: 吉里樹人, 平田祐樹, 赤坂大樹, 大竹尚登
  • 学会等名: 第33回ダイヤモンドシンポジウム講演要旨集.
• [学会発表] アーク蒸着とマグネトロンスパッタリングを重畳した気相成長法により作製したα-BCN膜の評価 (2019)
  • 著者名/発表者名: 竹内亮大郎, 岩本喜直, 河越雅雄, 谷口紘章, 平田祐樹, 赤坂大樹, 大竹尚登
  • 学会等名: 第33回ダイヤモンドシンポジウム講演要旨集.
• [学会発表] オニオンライクDLCコーティングの開発 (2019)
  • 著者名/発表者名: 榎本隼, 平田祐樹, 赤坂大樹, 大竹尚登
  • 学会等名: 第33回ダイヤモンドシンポジウム講演要旨集.
• [学会発表] Synthesis of a-BCN Films and Characterization of Their Mechanical Properties (2019)
  • 著者名/発表者名: Yuki Hirata, Ryotaro Takeuchi, Hiroyuki Taniguchi, Yoshinao Iwamoto, Masao Kawagoe, Hiroki Akasaka, Naoto Ohtake
  • 学会等名: 30th International Conference on Diamond and Carbon Materials
  • 国際学会
• [学会発表] 水素化アモルファス炭素膜の構造と電気伝導特性の関係 (2019)
  • 著者名/発表者名: 冨所 優志, Tunmee Sarayut, Nakajima Hideki, Rittihong Ukit, Supruangnet Ratchadaporn, 平田 祐樹, 大竹 尚登, 赤坂 大樹
  • 学会等名: 応用物理学会2019年度秋季学術講演会
• [学会発表] X-PEEM observation of sliding mark on the amorphous carbon film surface after ball on disk test. (2019)
  • 著者名/発表者名: Hiroki Akasaka, Keisuke Suzuki, Sarayut Tunmee, Chanan Euaruksakul, Ukit Rittihong, Ratchadaporn Supruangnet, Yuki Hirata, Naoto Ohtake
  • 学会等名: 30th International Conference on Diamond and Carbon Materials
  • 国際学会
• [学会発表] NEXAFS and X-PEEM observation of the damaged area on the amorphous carbon film surface (2019)
  • 著者名/発表者名: Hiroki Akasaka, Keisuke Suzuki, Norizuki Sota, Sarayut Tunmee, Chanan Euaruksakul, Ukit Rittihong, Ratchadaporn Supruangnet, Yuki Hirata, Naoto Ohtake
  • 学会等名: Asian Conference on X-ray Absorption Spectroscopy (ACXAS2019)
  • 国際学会
• [学会発表] Physical Vapor Deposition Growth of Few-Atomic LayeredHexagonal Boron Nitride Nanosheets (2019)
  • 著者名/発表者名: Yuki Hirata, Mikito Yoshizato, Hiroki Akasaka, Naoto Ohtake
  • 学会等名: Agenda of APSTP 2019 & AWMFT2019.
  • 国際学会
• [学会発表] Evaluation of Structure and Mechanical Properties of a-BCN Films Deposited by PVD (2019)
  • 著者名/発表者名: Ryotaro Takeuchi, Yoshinao Iwamoto, Masao Kawagoe, Hiroyuki Taniguchi, Yuki Hirata, Hiroki Akasaka, Naoto Ohtake
  • 学会等名: Agenda of APSTP 2019 & AWMFT2019.
  • 国際学会
• [学会発表] Synthesis of High-Crystalline Hexagonal Boron Nitride Nanosheets on Cu Foil Using Physical Vapor Deposition (2019)
  • 著者名/発表者名: Mikito Yoshizato, Yuki Hirata, Hiroki Akasaka, Naoto Ohtake
  • 学会等名: 3rd International Conference on Applied Surface Science
  • 国際学会
• [学会発表] Deposition of a-C:H Film on Inner Surface of the Tube by Nanopulse Plasma CVD and Analysis of Plasma Behavior (2019)
  • 著者名/発表者名: Yuki Hirata, Keitaro Takenami, Ryouta Takamura, Yoshinao Iwamoto, Hiroki Akasaka, Naoto Ohtake
  • 学会等名: 3rd International Conference on Applied Surface Science
  • 国際学会
• [学会発表] Relationship between structure and electrical conduction properties in hydrogenated amorphous carbon films (2019)
  • 著者名/発表者名: Masashi Tomidokoro, Tunmee Sarayut, Nakajima Hideki, Rittihong Ukit, Supruangnet Ratchadaporn, Yuki Hirata, Naoto Ohtake, Hiroki Akasaka
  • 学会等名: 13th International New Diamond and Nano Carbon conference (NDNC2019)
  • 国際学会
• [学会発表] Decomposition and their structural change by heating on amorphous carbon films (2019)
  • 著者名/発表者名: Hiroki Akasaka, Sarayut Tunmee, Chanan Euaruksakun, Ukit Rittihong, Ratchadaporn Supruangnet, Yuki Hirata, Naoto Ohtake
  • 学会等名: 13th International New Diamond and Nano Carbon conference (NDNC2019)
  • 国際学会
• [学会発表] Characterization of adsorbed protein on post wear test of ta-C and a-C:H contact surfaces (2019)
  • 著者名/発表者名: Shahira Liza Binti Kamis , 赤坂大樹 , 大竹尚登
  • 学会等名: 第33回ダイヤモンドシンポジウム講演要旨集
• [学会発表] X線光電子顕微鏡を用いたDLC膜の損傷解析 (2019)
  • 著者名/発表者名: 赤坂 大樹 , Tunmee Sarayut , Rittihong Ukit , 富所 優志 , Euaruksakul Chanan , Supruangnet Ratchadaporn , Nakajima Hideki , 法月 奏太 , 平田 祐樹 , 大竹 尚登
  • 学会等名: 日本機械学会第27回機械材料・材料加工技術講演会