軽元素イオン注入によるセラミックコーティングの自己潤滑設計

2001 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 12305047
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: 相澤 龍彦 東京大学, 先端科学技術研究センター, 教授 (10134660)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 三尾 淳 東京都立産業技術研究所, 研究開発部, 主任研究員 ; 除 陽 東京大学, 先端科学技術研究センター, 助手 (60323664) ; 幾原 雄一 東京大学, 工学部・附属総合試験所, 助教授 (70192474)
• Keywords: イオン注入 / 軽元素注入 / 塩素注入 / TiN / Al注入 / イオンビームスパッター / 自己潤滑性 / 自己保護性

Research Abstract

本年度の研究では、以下の3点を中心に進めた。
(i)TiNへのAl注入による対酸化・自己保護性の付与とその挙動
・Al注入TiNコーティングに、金属Al相,(Ti, Al)N, AlN相が生成されることを明らかにした。特に注入条件により、TiNをテンプレートとするC-AlN相が生成することを示した。
・Al注入により酸化開始温度が200K上昇し、α-Al_2O_3緻密表面保護膜がインプロセスで生成することが自己保護性を発現させることを見出した。
(ii)TiNへのCl注入による対磨耗・自己潤滑性の付与とその挙動
・Cl注入TiNコーティングでは、新しい相は生成されず、注入Clはイオン注入に伴って生じる転位にトラップされていると考えられる(詳細なTEM観察)。
・Cl注入量の増加に伴う摩擦係数、磨耗体質は数オーダー減少する。これはせん断変形できるTiO_<2-X>相がWear Track表面に生成されることを初めて見出した。
(iii)イオンビームスパッター装置による薄膜創成
・イオン注入の1つの応用展開として、Arイオンビーム照射による金属プルーム制御を通じて、種々の単体/化合物/合金膜を創生できることを見出した。

Research Products

• [Publications] A.Mitsuo, T.Aizawa: "tribological Properties of Halogen Ion Implanted Titanium Nitride Films"Proceeding of 2000 Ruder Metallurgy World Congers. 1120-1123 (2001)
• [Publications] T.Aizawa, A.Mitsuo: "Improvement of tribological Behavior in Thin hard coatings by chlorine Ion Implantation"20th ASM Heat Treating Society Conference Proceeding. I. 366-372 (2001)
• [Publications] T.Aizawa, et al.: "Self-Lubrication of chlorine-Implanted Titanium Nitride coating"J. Am. Ceram. Soc. 85. 21-24 (2002)
• [Publications] N.Grarito, H.Kuwahara, T.Aizawa: "Normal and Anormal Microstructure of Plasma Nitride Fe-Cr alloys"J. Materials Science. 37. 1-10 (2002)
• [Publications] T.Akhadegjdamrong, et al.: "Formation of Protection Layer during Oxidation of Al-Implanted TiN coating"Materials Transaction. (2002)
• [Publications] A.Mitsuo, T.Aizawa: "Structural characteristics of Mg-Ni Alloy Films Prepared by Ion Beam Sputtering"Proceeding and Fabrication of advanced Materials. X. 121-130 (2002)