2021 Fiscal Year Annual Research Report
Research on application of hard carbon coating for driving mechanisms in space
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17K06955
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| Research Institution | Japan Aerospace EXploration Agency |
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Principal Investigator |
松本 康司 国立研究開発法人宇宙航空研究開発機構, 研究開発部門, 研究領域主幹 (10470072)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
高田 仁志 国立研究開発法人宇宙航空研究開発機構, 研究開発部門, 研究領域主幹 (30358569)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | ダイヤモンド被膜 / CVD / 中間層 / 宇宙環境 / トライボロジー / 耐摩耗性 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
月面など真空粉塵環境下で駆動する機器のしゅう動面の信頼性を確保するため，耐摩耗性の優れた硬質被膜等の適用が必要となる．CVD法によるダイヤモンド被膜は優れた潤滑性・耐摩耗性を示すことが分かっており有力な候補材料であるが，熱膨張率の違いなどから一般的に宇宙用として使われている金属材料の表面への成膜ができず，実用に至っていない．この問題を解決するため，熱膨張率や表面性状を最適化した中間層の使用に着目し，数種の成膜方法による多種材料の中間層を成膜し評価を行った．結果として，溶射などによるWC-CoやB4Cなどの中間層を成膜することにより，チタン合金などの金属基板上にダイヤモンド被膜を成膜することに成功した．数種の中間層材料においてダイヤモンド被膜の成膜に成功しており，基板材料に合わせた多くの選択肢を得ている．また，マイクロ波プラズマCVDや熱フィラメントCVDなど，ダイヤモンド被膜そのものの成膜方法や条件を変えて成膜し，それらの被膜のラマン分光分析やSEM観察，真空中のトライボロジー特性評価により，中間層の最適化やさらなる高性能ダイヤモンド被膜の獲得に向けた知見が得られている．特に熱フィラメントCVDによる成膜では，温度を250℃下げた条件での成膜においても通常温度で成膜した被膜と同等の特性を得ることに成功しており，金属基板材料や中間層の選択肢の幅を広げられている．さらなる耐摩耗性の向上に向けて，基板金属と中間層および中間層とダイヤモンド被膜の密着性を上げるため，基板の表面あらさの最適化，中間層の改善，また摩擦特性の向上に向けて，ダイヤモンド被膜そのものの表面性状の改善に取り組み，その効果に関するデータを取得・蓄積している．それらのトライボロジー特性評価や表面分析により，中間層ごとのダイヤモンドの成長過程や被膜はく離のメカニズムに関する知見を得るなど，学術的な成果も得られている．
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