| 研究課題/領域番号 |
25420005
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| 研究機関 | 茨城大学 |
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研究代表者 |
中村 雅史 茨城大学, 工学部, 准教授 (60302329)
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| 研究分担者 |
鈴木 秀人 茨城大学, 工学部, 名誉教授 (30090369)
崎野 純子 茨城大学, 工学部, 技術職員 (40272116)
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| 研究期間 (年度) |
2013-04-01 – 2017-03-31
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| キーワード | 表面改質 / ﾀﾞｲﾔﾓﾝﾄﾞﾗｲｸｶｰﾎﾞﾝ / ｱﾙﾐﾆｳﾑ合金 / 疲労信頼性 |
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| 研究実績の概要 |
平成26年度は、UBMS法によるAlCrN膜の硬さの制御法および DLC/AlN傾斜構造複合膜被服Al合金の疲労強度信頼性について検討した。
(1)硬さの傾斜構造膜を有する中間層膜の製膜法：硬さ制御を実施硬さの異なるAlCrN膜をUBMS法により製膜するために、Crスパッタ電力量の影響および窒素導入量の影響について検討した。スパッタ時のCr電力量とAl電力量の比を変えて調査した。その結果、ある電力量の比のときに最も硬度が高くなることが分かった。しかしながら、目標とする硬さ（50GPa)程度までは達することが出来なかった。そこで、今後は窒素導入量を変化させて検討する必要があるとの指針を得た。
(2) DLC/傾斜構造複合膜被服Al合金の疲労強度信頼性保証とその要因解析：中間層にAlNの傾斜構造膜、最表面にDLC膜（以後DLC/AlNG膜）を製膜したA7075合金について、電気油圧式サーボ式材料試験（既存設備）で疲労試験を実施して強度信頼性に及ぼすコーティング膜の影響について検討した。その結果、DLC/AlNG膜を施したAl合金の疲労信頼性は低下しないことが分かった。すなわち、高応力側では未処理剤と同程度、低応力側では10＾7回疲労強度で未処理材と比べて1.4倍程度向上した。一方、AlN傾斜構造（AlNG）膜のみを製膜したA7075合金は未処理材と比べて低下することが分かった。SEMによる破面解析から疲労寿命の向上は、疲労き裂発生寿命に起因することが示唆された。すなわち、AlNG膜は表面が割れやすいためき裂が発生しやすく疲労寿命が低下するが、DLC/AlNG膜は最表面のDLC膜によってAlNG膜の割れを抑制するため疲労寿命が向上することが分かった。
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| 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
（1）中間層膜（軟～硬質膜）の硬さの制御方法：UBMS法によりAlN膜は5～20GPa程度、AlCrN膜は10～20GPa程度まで硬さを制御できた。しかしながら、AlCrN膜の硬さは目標とする50GPまでは達成していない。また、DLC膜の硬度傾斜については平成26年度は検討していない。（達成度70％）
（2）硬さの傾斜構造を有する中間層膜の成膜法：AlN膜は窒素ガスを制御することで硬さの傾斜構造膜を創製することができた。AlCrN膜については目標とする硬さを有する傾斜構造膜を創製できていない。（達成度70％）
（3） DLC/傾斜構造層複合膜被服Al合金の摩擦摩耗特性評価とその要因解析：DLC/AlN傾斜構造膜を製膜したAl合金は、摩擦係数0.1で摺動距離8000m以上を示した。AL合金に直接DLCを製膜した材料と比較して100倍以上、中間層に硬さを傾斜させないAlN膜を製膜した材料とくらべて5倍以上の長寿命を示した。この結果を検討するためにFEM解析を実施した。その結果、DLC/AlNG膜はAlNとAl合金およびDLC膜とAlNG膜の界面せん断応力が最も低くなることが分かった。さらにDLC/AlCrNG膜被服Al合金について検討する必要がある。（達成度80％）
(4)DLC/傾斜構造複合膜被服Al合金の疲労強度信頼性保証とその要因解析：中間層にAlNの傾斜構造膜、最表面にDLC膜（以後DLC/AlNG膜）を製膜したA7075合金について、電気油圧式サーボ式材料試験（既存設備）で疲労試験を実施して強度信頼性に及ぼすコーティング膜の影響について検討した。その結果、DLC/AlNG膜を施したAl合金の疲労信頼性は低下しないことが分かった。（達成度100％）
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| 今後の研究の推進方策 |
①AlCrN膜の硬さ制御法の検討。目標硬度50GPa。
②AlNCrNの硬さの傾斜構造膜の作成とその評価。
③DLC/AlCrNG/AlNG膜を被覆したAl合金の創製とその摩擦摩耗特性評価、疲労信頼性評価を実施する。
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| 次年度使用額が生じた理由 |
金額の大きいUBMS用のCrターゲットの購入を平成27年度に見送ったため。
試験片の量が足りていたため。
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| 次年度使用額の使用計画 |
UBMS用のターゲットを購入する。
試験片作成費用として使用する。
海外の国際会議での発表旅費として使用する。
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