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2011 年度 実績報告書

動的圧縮せん断力を利用した粉末の常温固化プロセス及び固体潤滑機能層の創出

研究課題

研究課題/領域番号 22360043
研究機関東北大学

研究代表者

三木 寛之  東北大学, 流体科学研究所, 准教授 (80325943)

研究分担者 高木 敏行  東北大学, 流体科学研究所, 教授 (20197065)
竹野 貴法  東北大学, 国際高等研究教育機構, 助教 (00451617)
キーワードトライボロジー / 複合材料・物性 / 材料加工・処理 / 構造・機能材料
研究概要

本研究は接触する2面間で圧縮力とせん断力を同時に受ける金属粉あるいは炭素と金属の複合材料粉が固化し薄片(膜)状になる現象の生成メカニズム解明に関する研究である。この薄膜は以下の2つのプロセスによって生成される。(1)硬質炭素複合材料膜と摺動相手材金属の摩擦境界面に生成され、無潤滑で低摩擦を発現する(2)常温大気中で粉末に圧縮せん断力を与えることにより、加熱あるいは通電することなく膜が得られる。
H23年度は、金属と同様の導電性を有し、同時に低摩擦を示す移着膜とその際に形成される摩擦痕のナノ組織分析、ならびに圧縮せん断法による金属粉の固化成形条件の検討を行った。
1)移着層及び摩擦痕の微細構造分析及び形成プロセス解明
硬質炭素複合材料膜とその摺動面に形成される金属移着層について、摩擦時のせん断挙動と結晶の微細構造の関係評価を行った。ここでは金属が選択的に転写され、負荷荷重により移着膜の微細構造および摺動特性が異なることを見出した。また、摩耗粉あるいは摩擦接触面の酸化膜による影響を排除するために高真空環境における摩擦摩耗試験およびその場分析装置による固化プロセスの解析を行い、金属種によって摩擦摩耗挙動に雰囲気依存性があることも明らかにした。
2)圧縮せん断法による薄板の形成パラメータの確立及び微細構造分析
硬質炭素複合材料膜の摺動では金属以外にも炭素や炭化物、金属酸化物が摩耗粉として固化されるため、固化プロセスの解明には核となる現象の抽出が必須である。本研究グループでは圧縮せん断法による軟質金属(Al)や脆性硬質金属(Si)に関する固化条件に関する制御パラメータを明らかにしており、純金属単一組成粉での固化及び複合粉末の固化成形プロセスを定量的に比較・評価した。その結果、圧縮せん断法による板状成型物の形成条件と微細構造解析ならびに機械的特性評価の相関を明らかにした。

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

平成23年度は2面間に働く圧縮力とせん断力の同時作用による固体膜形成プロセスについて検討し、(1)硬質炭素複合材料膜と摺動相手材金属の摩擦境界面に生成される膜および(2)常温大気中で粉末に圧縮せん断力を与えることにより形成される膜の異なる成型手法によるそれぞれの膜について、材料特性と成形プロセスについて知見を得ることが出来た。これらの結果により平成23年度研究実施計画を概ね遂行したことから、上記達成度と評価した。

今後の研究の推進方策

本研究では平成24年度に、純金属粉末、金属あるいは金属基複合材料による固化プロセスを詳細に検証し、マイクロスケールとマクロスケールの共通原理と固有現象を見出し、低摩擦及び安定した移着膜を形成する材料パラメータ、固化プロセスの特性パラメータの抽出を行う。更に、これらの結果をもとに大気中において低摩擦性を有する硬質炭素複合膜を開発する。また、粉末固化プロセスを従来の固体潤滑剤や炭素系素材と複合化し、低摩擦性を有する膜を創生する。

  • 研究成果

    (33件)

すべて 2012 2011

すべて 雑誌論文 (3件) (うち査読あり 3件) 学会発表 (30件)

  • [雑誌論文] Dynamic Molding of Powder Particles at Room Temperature2012

    • 著者名/発表者名
      Hiroyuki Miki, Noboru Nakayama, Hiroyuku Takeishi
    • 雑誌名

      Materials Science Forum

      巻: 706-709巻 ページ: 1955-1960

    • DOI

      doi:10.4028/www.scientific.net/MSF.706-709.1955

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Consolidation of Ti Powder by a Compression Rotation Shearing System at Room Temperature-Effect of pivot rotation speed on consolidation-2012

    • 著者名/発表者名
      N.Nakayama, S.Kato, H.Takeishi, H.Miki
    • 雑誌名

      Advanced Materials Research

      巻: 409 ページ: 3-8

    • DOI

      doi:10.4028/www.scientific.net/AMR.409.3

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Metal-containing DLC : toward a smart coating on smart materials2012

    • 著者名/発表者名
      Toshiyuki Takagi, Takanori Takeno, Hiroyuki Miki, Yun Luo
    • 雑誌名

      Materials Science Forum

      巻: 706-709 ページ: 2014-2019

    • DOI

      doi:10.4028/www.scientific.net/MSF.706-709.2014

    • 査読あり
  • [学会発表] CarbonCoat : Tribologically-based design strategies for advanced carbon coating2012

    • 著者名/発表者名
      Miki Hiroyuki, Takanori Takeno, Minoru Goto, Koshi Adachi, Toshiyuki Takagi
    • 学会等名
      2012 Annual ELyT Workshop
    • 発表場所
      Giens, FRANCE
    • 年月日
      2012-03-13
  • [学会発表] Tribological Behavior of Silver-Carbon Nanocomposite Coatings deposited by CVD-PVD Hybrid Technique2012

    • 著者名/発表者名
      Takanori Takeno, Hayato Saito, Minoru Goto, J.Fontaine, Hiroyuki Miki, Toshiyuki Takagi, M.Belin
    • 学会等名
      2012 Annual ELyT Workshop
    • 発表場所
      Giens, FRANCE
    • 年月日
      2012-03-13
  • [学会発表] Tribological Properties of Amorfous Carbon Nitride Coatings Prepared by a CVD-PVD Hybrid Caoting Process2012

    • 著者名/発表者名
      Pengfei Wang, Takanori Takeno, Koshi Adachi, Hiroyuki Miki, Toshiyuki Takagi
    • 学会等名
      2012 Annual ELyT Workshop
    • 発表場所
      Giens, FRANCE
    • 年月日
      2012-03-13
  • [学会発表] 常温圧縮せん断法により成形したTi/Al複合材料の機械的性質2012

    • 著者名/発表者名
      堀田将臣, 中山昇, 三澤啓太, 鈴木英介, 土屋善裕, 三木寛之, 武石洋征
    • 学会等名
      日本機械学会北陸信越支部第49期講演会
    • 発表場所
      金沢
    • 年月日
      2012-03-10
  • [学会発表] 常温圧縮せん断法により成形した純アルミニウム成形体の機械的性質に及ぼす粒径の影響2012

    • 著者名/発表者名
      加藤輝, 中山昇, 三木寛之, 武石洋征
    • 学会等名
      日本機械学会北陸信越支部第49期講演会
    • 発表場所
      金沢
    • 年月日
      2012-03-10
  • [学会発表] 常温圧縮せん断法を用いたチタン繊維製生体材料の開発-チタン繊維のアスペクト比が及ぼす機械的性質への影響-2012

    • 著者名/発表者名
      井澤直樹, 中山昇, 斎藤直人, 三木寛之, 武石洋征
    • 学会等名
      日本機械学会北陸信越支部第49期講演会
    • 発表場所
      金沢
    • 年月日
      2012-03-10
  • [学会発表] モリブデンを含む非晶質炭素膜の疲労センサとしての機能性評価2012

    • 著者名/発表者名
      高橋真美, 竹野貴法, 三木寛之, 高木敏行
    • 学会等名
      日本機械学会東北学生会第42回卒業研究発表講演会
    • 発表場所
      いわき
    • 年月日
      2012-03-06
  • [学会発表] Fabrication of Carbon Nano Fiber-Dispersed Ti Composite by a Compression Shearing Method at Room Temperature2011

    • 著者名/発表者名
      Shintaro Abe, Noboru Nakayama, Masaomi Horita, Hiroyuki Miki, Hiroyuku Takeishi
    • 学会等名
      Nanocarbon2011
    • 発表場所
      長野
    • 年月日
      2011-11-16
  • [学会発表] Preparation and tribological characterization of carbon nitride coatings in a RF PECVD-DC PVD hybrid coating process2011

    • 著者名/発表者名
      Pengfei Wang, Takanori Takeno, Koshi Adachi, Hiroyuki Miki, Toshiyuki Takagi
    • 学会等名
      Eighth International Conference on Flow Dynamics
    • 発表場所
      仙台
    • 年月日
      2011-11-11
  • [学会発表] Deposition and Tribological Behavior of Amorphous Silicon-Carbon Coatings2011

    • 著者名/発表者名
      Tananori. Takeno, Masaki Sawano, Pengfei Wang, Hiroyuki Miki, Toshiyuki Takagi
    • 学会等名
      Eighth International Conference on Flow Dynamics
    • 発表場所
      仙台
    • 年月日
      2011-11-11
  • [学会発表] Tribological Properties of Me-DLC Containing Ag and Cu2011

    • 著者名/発表者名
      Minoru Goto, Julien Fontaine, Sendrine Bec, Michel Belin, Thierry Le Mogne, Kosuke Ito, Takanori Takeno, Hiroyuki Miki
    • 学会等名
      Eighth International Conference on Flow Dynamics
    • 発表場所
      仙台
    • 年月日
      2011-11-11
  • [学会発表] Consolidation of Ti-6Al-4V Powder by a Compression Rotation Shearing Method at Room Temperature2011

    • 著者名/発表者名
      So Kato, Noboru Nakayama, Hiroyki MIKI, Hiroyuku Takeishi
    • 学会等名
      IFS Collaborative Research Forum (AFI/TFI-2011)
    • 発表場所
      仙台
    • 年月日
      2011-11-09
  • [学会発表] Tribological Behavior and Electrical Contact Resistance of Metal-containing DLC Coating for Electrically-Conductive Tribo-elements2011

    • 著者名/発表者名
      Julien Fontaine, Michel Belin, Sandrine Bec, Thierry Le Mogne, Toshiyuki Takagi, Takanori Takeno, Koshi Adachi, Hiroyuki Miki
    • 学会等名
      IFS Collaborative Research Forum (AFI/TFI-2011)
    • 発表場所
      仙台
    • 年月日
      2011-11-09
  • [学会発表] Formation of Nanointerface Using MoS2-Containig DLC Composite Coatings for Low Friction System in Vacum2011

    • 著者名/発表者名
      K.Nishigaki, S.Abe, T.Takeno, H.Miki, T.Takagi, K.Adachi
    • 学会等名
      International Tribology Conference, Hiroshima 2011
    • 発表場所
      広島
    • 年月日
      2011-10-31
  • [学会発表] The role of tribofilm growth on the frictional behavior of copper-diamond-like carbon nanocomnosite coating2011

    • 著者名/発表者名
      Minoru Goto, Natacha Ruty, Vincent de Chillaz, Julien Fontaine, Takanori Takeno, Hiroyuki Miki, Michel Belin
    • 学会等名
      International Tribology Conference, Hiroshima 2011
    • 発表場所
      広島
    • 年月日
      2011-10-31
  • [学会発表] 常温圧縮せん断法による純Ti薄板の機械的性質に及ぼすせん断ひずみの影響2011

    • 著者名/発表者名
      堀田将臣, 中山昇, 齋藤直人, 三木寛之, 武石洋征
    • 学会等名
      第62回塑性加工連合講演会
    • 発表場所
      浜松
    • 年月日
      2011-10-27
  • [学会発表] Ti繊維とTiO2・HApを用いた光触媒フィルターの開発2011

    • 著者名/発表者名
      江岸遼, 武石洋征, 中山昇, 三木寛之
    • 学会等名
      日本非破壊検査協会平成23年度秋季講演大会
    • 発表場所
      兵庫
    • 年月日
      2011-10-19
  • [学会発表] 圧縮回転せん断法によるカーボンファイバー分散アルミニウム合金基複合材料の摩擦特性2011

    • 著者名/発表者名
      坂井良太, 武石洋征, 中山昇, 三木寛之
    • 学会等名
      日本非破壊検査協会平成23年度秋季講演大会
    • 発表場所
      兵庫
    • 年月日
      2011-10-19
  • [学会発表] 圧縮回転せん断法による二硫化モリブデン分散チタニウム基複合材料の摩擦特性2011

    • 著者名/発表者名
      下田諒, 武石洋征, 中山昇, 三木寛之
    • 学会等名
      日本非破壊検査協会平成23年度秋季講演大会
    • 発表場所
      兵庫
    • 年月日
      2011-10-19
  • [学会発表] 圧縮回転せん断法による粉体の固化2011

    • 著者名/発表者名
      木村博典, 武石洋征, 中山昇, 三木寛之
    • 学会等名
      日本非破壊検査協会平成23年度秋季講演大会
    • 発表場所
      兵庫
    • 年月日
      2011-10-19
  • [学会発表] 銀を含む非晶質炭素膜を用いた導電性摺動要素2011

    • 著者名/発表者名
      竹野貴法、齋藤勇人、後藤実、Julien Fontaine、三木寛之、高木敏行、Michel Belin
    • 学会等名
      日本機械学会2011年度年次大会
    • 発表場所
      東京
    • 年月日
      2011-09-13
  • [学会発表] The role of tribofilm growth on the frictional behavior of copper-diamond-like carbon nanocomposite coating2011

    • 著者名/発表者名
      Minoru Goto, Julien Fontaine, Sandrine Bec, Kosuke Ito
    • 学会等名
      38th LEEDS-LYON SYMPOSIUM ON TRIBOLOGY
    • 発表場所
      Lyon, FRANCE
    • 年月日
      2011-09-08
  • [学会発表] Friction properties of the molybdenum disulfide dispersed Al-Si-Cu-Mg based composite material prepared by the dynamic molding2011

    • 著者名/発表者名
      Hiroyuki Miki, Noboru Nakayama, Hiroyuku Takeishi, Toshiyuki Takagi
    • 学会等名
      38th LEEDS-LYON SYMPOSIUM ON TRIBOLOGY
    • 発表場所
      Lyon, FRANCE
    • 年月日
      2011-09-06
  • [学会発表] ナノクラスタ金属を分散したダイヤモンドライクカーボンを用いたコーティングとそのセンサ応用2011

    • 著者名/発表者名
      高木敏行, 三木寛之, 竹野貴法
    • 学会等名
      第6回Clayteamセミナー
    • 発表場所
      仙台
    • 年月日
      2011-09-01
  • [学会発表] 常温圧縮せん断法による純Ti薄板の結晶粒の微細化2011

    • 著者名/発表者名
      堀田将臣, 中山昇, 齋藤直人, 三木寛之, 武石洋征
    • 学会等名
      日本実験力学会2011年度年次講演会
    • 発表場所
      奈良
    • 年月日
      2011-08-31
  • [学会発表] Metal-containing DLC : toward a smart coating on smart materials2011

    • 著者名/発表者名
      Toshiyuki Takagi, Takanori Takeno, Hiroyuki Miki, Yun Luo
    • 学会等名
      International Conference on PROCESSING & MANUFACTURING OF ADVANCED MATERIALS Processing, Fabrication, Properties, Applications 2011
    • 発表場所
      Quebec City, CANADA
    • 年月日
      2011-08-05
  • [学会発表] Dynamic Molding of Powder Particles at Room Temperature2011

    • 著者名/発表者名
      Hiroyuki Miki, Noboru Nakayama, Hiroyuku Takeishi
    • 学会等名
      International Conference on PROCESSING & MANUFACTURING OF ADVANCED MATERIALS Processing, Fabrication, Properties, Applications 2011
    • 発表場所
      Quebec City, CANADA
    • 年月日
      2011-08-05
  • [学会発表] CONSOLIDATION OF TI POWDER BY A COMPRESSION ROTATION SHEARING SYSTEM UNDER ROOM TEMPERATURE-Effect of pivot rotation speed on consolidation2011

    • 著者名/発表者名
      S.Kato, N.Nakayama, H.Takeishi, H.Miki
    • 学会等名
      International Conference on PROCESSING & MANUFACTURING OF ADVANCED MATERIALS Processing, Fabrication, Properties, Applications 2011
    • 発表場所
      Quebec City, CANADA
    • 年月日
      2011-08-01
  • [学会発表] Design and Deposition of Amorphous Carbon Nanocomposite Coatings for Tribological Application2011

    • 著者名/発表者名
      Takanori Takeno, Julien Fontaine, Minoru Goto, Kosuke Ito, Hiroyuki Miki, Koshi Adachi, Michel Belin, Toshiyuki Takagi
    • 学会等名
      Internnational Conference on Metallurgical Coatings & Thin Films 38th ICMCTF
    • 発表場所
      San Diego, US
    • 年月日
      2011-05-19
  • [学会発表] Tribological behavior of Diamond-like Carbon Coations containing Silicon Carbide deposited by PVD-CVD Hybrid Technique2011

    • 著者名/発表者名
      T.Takeno, M.Sawano, H.Miki, T.Takagi
    • 学会等名
      New Diamond and Nano Carbon 2011
    • 年月日
      2011-05-19

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公開日: 2013-06-26  

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