酸素プラズマ照射によるSi-DLC膜の超低摩擦化および油中における摩擦機構の解明

2010 年度 研究成果報告書

• 研究課題/領域番号: 20360073
• 研究種目: 基盤研究(B)
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 設計工学・機械機能要素・トライボロジー
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: 崔 ジュン豪 東京大学, 大学院・工学系研究科, 准教授 (30392632)
• 連携研究者: 中尾 節男 独立行政法人産業技術総合研究所, サステナブルマテリアル研究部門, 主任研究員 (60357605)
• 研究期間 (年度): 2008 – 2010
• キーワード: トライボロジー / 固体薄膜 / 潤滑 / 摩擦 / 表面・界面物性

研究概要

本研究ではSi-DLC膜の表面に酸素プラズマ処理を施すことで超低摩擦および高硬度を兼ね備えた膜を開発し,その摩擦摩耗機構の検討を行った.シリコン含有量の増加とともにSi-DLC膜の摩擦係数と硬さはともに減少する.酸素プラズマ処理によりSi-DLC膜の膜全体の硬度は維持したまま,摩擦係数は0.02まで低減できる.酸素プラズマ処理により,シリコン酸化物,カーボンで構成される移着膜を増やすことができ,これにより低摩擦化が実現できる.グラファイト化が進んだカーボンの移着は,Si-DLC膜の低摩擦の一つの原因である.以上の結果から酸素プラズマ処理は,Si-DLC膜の低摩擦化,シリコン添加による硬度減少の防止に有効であると考える.

研究成果

• [雑誌論文] Structural and mechanical properties of DLC films prepared by bipolar PBII&D (2011)
  • 著者名/発表者名: J Choi, K Ishii, T Kato, M Kawaguchi, W Lee
  • 雑誌名: Diamond and Related Materials Vol.20 ページ: 845-848
  • 査読あり
• [雑誌論文] Nanostructural interpretation for elastic softening of amorphous carbon induced by the incorporation of silicon and hydrogen atoms (2010)
  • 著者名/発表者名: T Kumagai, S Sawai, J Choi, S Izumi, T Kato
  • 雑誌名: Journal of Applied Physics Vol.107 ページ: 124315-1-124315-7
  • 査読あり
• [雑誌論文] シリコン含有DLC膜上の自己組織化単分子膜形成および摩擦特性 (2010)
  • 著者名/発表者名: 崔〓豪, 桜井健一, 加藤孝久, 川口雅弘
  • 雑誌名: トライボロジスト Vol.55, No.8 ページ: 44-50
  • 査読あり
• [雑誌論文] Structures and phonon properties ofnanoscale fractional graphitic structuresin amorphous carbon determined bymolecular simulations (2010)
  • 著者名/発表者名: T Kumagai, J Choi, S Izumi, T Kato
  • 雑誌名: Journal of Applied Physics Vol.107 ページ: 104307-1-104307-6
  • 査読あり
• [雑誌論文] Observation of self-assembled monolayers on diamond-like carbon films:agglomeration of self-assembled FDTS molecules (2010)
  • 著者名/発表者名: J Choi, K Sakurai, T Kato
  • 雑誌名: Surface and Interface Analysi Vol.42 ページ: 1373-1376
  • 査読あり
• [雑誌論文] Effects of nitrogen gas ratio on composition and microstructure of BCN films prepared by RF magnetron sputtering (2010)
  • 著者名/発表者名: S Nakao, T Soonawa, K Tsugawa, J Choi, T Kato
  • 雑誌名: Vacuum Vol.84 ページ: 642-647
  • 査読あり
• [雑誌論文] 酸素プラズマ処理によるシリコン添加DLC膜の低摩擦化 (2009)
  • 著者名/発表者名: 崔〓豪, 角田篤, 熊谷知久, 加藤孝久,川口雅弘
  • 雑誌名: トライボロジスト Vol.54, No.11 ページ: 53-61
  • 査読あり
• [雑誌論文] Evaluation of Elastic Properties of DLC Coating on SKD61 Steel by Optical Indentation Microscopy (2009)
  • 著者名/発表者名: M Ikeyama, J Choi, T Miyajima
  • 雑誌名: Surface and Coatings Technology Vol.203 ページ: 2571-2574
  • 査読あり
• [雑誌論文] Development of empirical bond order-type interatomic potential for amorphous carbon structures (2009)
  • 著者名/発表者名: T Kumagai, S. Hara, J Choi, S. Izumi, T. Kato
  • 雑誌名: Journal of Applied Physics Vol.105 ページ: 064310-1- 064310-10
  • 査読あり
• [雑誌論文] Improvement of corrosion protection property of Mg-alloy by DLC and Si-DLC coatings with PBII technique and multi-target DC-RF magnetron sputtering (2009)
  • 著者名/発表者名: M Ikeyama, S Nakao, S Tsutomu, J Choi
  • 雑誌名: Nuclear Instruments & Methods in Physics Research B Vol.267 ページ: 1675-1679
  • 査読あり
• [雑誌論文] 臨界せん断応力によるDLC膜の密着強度の評価 (2009)
  • 著者名/発表者名: 崔〓豪, 石井啓資, 熊谷知久, 加藤孝久,疋田康弘
  • 雑誌名: トライボロジスト Vol.54, No.2 ページ: 138-144
  • 査読あり
• [雑誌論文] Effect of Substrate Bias Voltages on Hardness of BCN Films Prepared by RF Magnetron Sputtering (2008)
  • 著者名/発表者名: S Nakao, J Choi, T Kato
  • 雑誌名: Transaction of the Materials Research Society of Japan Vol.33 ページ: 1047-1051
  • 査読あり
• [雑誌論文] Effect of Heat Treatment Temperature on PFPE Molecules Bonded on DLC Surface (2008)
  • 著者名/発表者名: 桜井健一, S Aoki, A Mitsuo, J Choi, T Kato
  • 雑誌名: Tribology Online Vol.3, No.5 ページ: 259-263
  • 査読あり
• [雑誌論文] Thermal Stability of SiBCN Films (2008)
  • 著者名/発表者名: N Hayashi, J Choi, T Kumagai, T Kato, M Kawaguchi, S Nakao, M Ikeyama
  • 雑誌名: Tribology Online Vol.3, No.5 ページ: 254-258
  • 査読あり
• [雑誌論文] Estimation of DLC Wear Process by MicroLaser Raman Spectroscopy (2008)
  • 著者名/発表者名: M Kawaguchi, S Aoki, A Mitsuo, K Morikawa, S Uchida, J Choi, T Kato
  • 雑誌名: Tribology Online Vol.3, No.2 ページ: 110-115
  • 査読あり
• [雑誌論文] Microstructure of Diamond-Like CarbonFilms Prepared Using Acetylene and Tolueneby Bipolar-Type Plasma Based Ion Implantation (2008)
  • 著者名/発表者名: S Nakao, J Choi, T Kato
  • 雑誌名: Physica Status Solidi c Vol.5, No.4 ページ: 973-976
  • 査読あり
• [雑誌論文] Effect of Oxygen Plasma Treatment on theTribological Properties of Si-DLC Coatings (2008)
  • 著者名/発表者名: J Choi, S Nakao, M Ikeyama, T Kato
  • 雑誌名: Physica Status Solidi c Vol.5, No.4 ページ: 956-959
  • 査読あり
• [雑誌論文] Effect of Deposition Pressure on theProperties of DLC Coatings Deposited byBipolar-Type PBII&D Surface and Interface (2008)
  • 著者名/発表者名: J Choi, S Nakao, M Ikeyama, T Kato
  • 雑誌名: Analysis Vol.40 ページ: 806-809
  • 査読あり
• [雑誌論文] Nitriding of high speed steel by bipolar PBII for improvement in adhesion strength of DLC films
  • 著者名/発表者名: J Choi, K Soejima, T Kato, M Kawaguchi, W Lee
  • 雑誌名: Nuclear Instruments & Methods in Physics Research B in press
  • 査読あり
• [学会発表] DLC膜におけるラマンパラメータと機械的特性の相関評価 (2011)
  • 著者名/発表者名: 日比貴之, 崔〓豪, 加藤孝久,川口雅弘,稲吉成彦
  • 学会等名: 日本トライボロジー学会トライボロジー会議予講集
  • 発表場所: 東京
  • 年月日: 2011-05-24
• [学会発表] バイポーラPBII法によるSKH2表面へのプラズマ窒化処理 (2010)
  • 著者名/発表者名: 崔〓豪, 副島広志, 加藤孝久, 川口雅弘
  • 学会等名: 日本トライボロジー学会トライボロジー会議予講集
  • 発表場所: 福井
  • 年月日: 2010-09-15
• [学会発表] バイポーラPBII法により作成したDLC膜の構造および機械的特性評価 (2010)
  • 著者名/発表者名: 崔〓豪, 石井啓資, 熊谷知久, 加藤孝久,稲吉成彦, 芹澤一史
  • 学会等名: 日本トライボロジー学会トライボロジー会議予講集 pp.83-84
  • 発表場所: 東京
  • 年月日: 2010-05-17
• [学会発表] 塩水中におけるDLC膜の保護特性第二報防食特性 (2010)
  • 著者名/発表者名: 川口雅弘, 清水綾, 崔〓豪, 加藤孝久
  • 学会等名: 日本トライボロジー学会トライボロジー会議予講集 pp.81-82
  • 発表場所: 東京
  • 年月日: 2010-05-17
• [学会発表] 塩水中におけるDLC膜の保護特性第1報:トライボロジー特性 (2010)
  • 著者名/発表者名: 清水綾, 遊馬なつみ, 川口雅弘, 崔〓豪, 加藤孝久
  • 学会等名: 日本トライボロジー学会トライボロジー会議予講集 pp.79-80
  • 発表場所: 東京
  • 年月日: 2010-05-17
• [学会発表] シリコン含有DLC膜上の自己組織化単分子膜形成 (2009)
  • 著者名/発表者名: 崔〓豪, 桜井健一, 加藤孝久
  • 学会等名: 摩擦の科学 pp.147
  • 発表場所: 名古屋
  • 年月日: 2009-12-03
• [学会発表] Observation of Self-Assembled Monolayers on Diamond-Like Carbon Films (2009)
  • 著者名/発表者名: J Choi, K Sakurai, T Kato
  • 学会等名: 13th European Conference on Applications of Surface and Interface Analysis (ECASIA) pp.339
  • 発表場所: Antalya, Turkey
  • 年月日: 2009-10-22
• [学会発表] 原子スケールシミュレーションによるシリコン添加ダイヤモンドライクカーボン膜の構造・特性評価 (2009)
  • 著者名/発表者名: 澤井周, 熊谷知久, 崔〓豪, 加藤孝久
  • 学会等名: 日本機械学会第21回計算力学講演会
  • 発表場所: 金沢(CD-ROM論文集 pp.298-299)
  • 年月日: 2009-10-11
• [学会発表] タイトバインディング法を用いたDLC 膜のフォノンモードの解析 (2009)
  • 著者名/発表者名: 熊谷知久, 崔〓豪, 加藤孝久
  • 学会等名: 日本機械学会第21回計算力学講演会
  • 発表場所: 金沢(CD-ROM論文集 pp.296-297)
  • 年月日: 2009-10-11
• [学会発表] Formation of Carbon Mixing Layer on Silicon Surface by PBII&D (2009)
  • 著者名/発表者名: M Kawaguchi, A Shimizu, S Nakanishi, A Monkawa, J Choi, T Kato
  • 学会等名: 16th International Conference on Surface Modification of Materials by Ion Beams pp.116
  • 発表場所: Tokyo, Japan
  • 年月日: 2009-09-15
• [学会発表] Structural Transformation of Diamond-Like Carbon Films under Various Sliding Conditions (2009)
  • 著者名/発表者名: 川口雅弘, 青木才子, A Mitsuo, J Choi, T Kato
  • 学会等名: World Tribology Congress pp.443. 12
  • 発表場所: Kyoto, Japan
  • 年月日: 2009-09-09
• [学会発表] Development of Si-DLC Coatings with Ultra-Low Friction and High Hardness (2009)
  • 著者名/発表者名: J Choi, A Tsunoda, T Kumagai, T Kato, M Kawaguchi
  • 学会等名: World Tribology Congress pp.403. 13
  • 発表場所: Kyoto, Japan
  • 年月日: 2009-09-09
• [学会発表] Ab-Initio Investigations of the Atomic Structures of Si-DLC Films (2009)
  • 著者名/発表者名: T Kumagai, S Sawai, J Choi, T Kato
  • 学会等名: World Tribology Congress pp.259. 14
  • 発表場所: Kyoto, Japan
  • 年月日: 2009-09-08
• [学会発表] Critical Shear Stress of DLC Films with Different Film Thickness (2009)
  • 著者名/発表者名: J Choi, K Ishii, T Kumagai, T Kato
  • 学会等名: ECOTRIB 2009 pp. 803-808
  • 発表場所: Pisa, Italy
  • 年月日: 2009-07-09
• [学会発表] Study of Change in Structure of a-C:H Films Using Laser Raman Spectroscopy (2009)
  • 著者名/発表者名: M Kawaguchi, S Aoki, A Mitsuo, J Choi, T Kato
  • 学会等名: ECOTRIB 2009 pp.505-510
  • 発表場所: Pisa,Italy
  • 年月日: 2009-06-09
• [学会発表] 分子シミュレーションによるアモルファスカーボンのフォノンモード解析 (2009)
  • 著者名/発表者名: 熊谷知久, 崔〓豪, 加藤孝久
  • 学会等名: 日本トライボロジー学会トライボロジー会議予講集 pp.265-266
  • 発表場所: 東京
  • 年月日: 2009-05-20
• [学会発表] ダイヤモンドライクカーボン膜上の自己組織化単分子膜形成及び熱安定性 (2009)
  • 著者名/発表者名: 崔〓豪, 桜井健一, 加藤孝久, 川口雅弘
  • 学会等名: 日本トライボロジー学会トライボロジー会議予講集 pp.259-260
  • 発表場所: 東京
  • 年月日: 2009-05-20
• [学会発表] 原子シミュレーションによるアモルファスカーボンにおけるクラスター構造の検討 (2008)
  • 著者名/発表者名: 熊谷知久, 澤井周, 崔〓豪, 泉聡志, 加藤孝久
  • 学会等名: 日本機械学会第21回計算力学講演会
  • 発表場所: 沖縄(CD-ROM論文集 pp.438-439)
  • 年月日: 2008-11-02
• [学会発表] ダイヤモンドライクカーボン膜上の自己組織化単分子膜形成および熱安定性 (2008)
  • 著者名/発表者名: 桜井健一, 崔〓豪, 加藤孝久
  • 学会等名: 日本トライボロジー学会トライボロジー会議予講集 pp.403-404
  • 発表場所: 名古屋
  • 年月日: 2008-09-16
• [学会発表] 原子シミュレーションを用いたシリコンを含むアモルファスカーボン構造の検討 (2008)
  • 著者名/発表者名: 熊谷知久, 澤井周, 蘭恵清, 崔〓豪, 加藤孝久
  • 学会等名: 日本トライボロジー学会トライボロジー会議予講集 pp.399-400
  • 発表場所: 名古屋
  • 年月日: 2008-09-16
• [学会発表] Si-DLC 膜の摩擦特性に対する酸素プラズマ処理の影響 (2008)
  • 著者名/発表者名: 角田篤史, 崔〓豪, 川口雅弘, 熊谷知久,加藤孝久, 中尾節男, 池山雅美
  • 学会等名: 日本トライボロジー学会トライボロジー会議予講集 pp.181-182
  • 発表場所: 名古屋
  • 年月日: 2008-09-16
• [学会発表] PBII&D法により成膜したDLC 膜の摩擦熱の解析 (2008)
  • 著者名/発表者名: 川口雅弘, 青木才子, 三尾淳, 崔〓豪,加藤孝久
  • 学会等名: 日本トライボロジー学会トライボロジー会議予講集 pp.179-180
  • 発表場所: 名古屋
  • 年月日: 2008-09-16
• [学会発表] DLC膜上の自己組織化単分子膜形成と熱安定性評価 (2008)
  • 著者名/発表者名: 崔〓豪, 桜井健一, 加藤孝久
  • 学会等名: 摩擦の科学2008 pp.25
  • 発表場所: 刈谷
  • 年月日: 2008-09-12
• [学会発表] Low Friction Mechanism of Si-Incorporated Diamond-Like CarbonCoatings (2008)
  • 著者名/発表者名: A Tsunoda, J Choi, T Kato,S Nakao, MIkeyama
  • 学会等名: 63rd STLE Annual Meeting pp.1-6 (CDROM)
  • 発表場所: Cleveland, OH
  • 年月日: 2008-05-19
• [学会発表] DLC薄膜の剥離荷重に及ぼす膜厚の影響 (2008)
  • 著者名/発表者名: 石井啓資, 崔〓豪, 疋田康弘, 熊谷知久, 加藤孝久
  • 学会等名: 日本トライボロジー学会トライボロジー会議予講集 pp.123-124
  • 発表場所: 東京
  • 年月日: 2008-05-14