高効率メカノケミカルプロセスによる高密着性DLC皮膜の迅速創製

2010 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 22656162
• Research Institution: National Institute of Advanced Industrial Science and Technology
• Principal Investigator: 林 直人 独立行政法人産業技術総合研究所, 環境管理技術研究部門, 研究員 (90396531)
• Keywords: ボールインパクト法 / メカノケミカル効果 / DLC / 離散要素法

Research Abstract

本研究では,通常プラズマCVD(chemical vapor deposition)法など高エネルギー・高コストプロセスによって作られるDLC(diamond like carbon)皮膜を,加速されたボールの衝突によって常温・常圧条件下で誘起される瞬間的な高温・高圧反応場(メカノケミカル効果)を利用して迅速に形成することを目的とする。そのために鉛直方向に高速振動加速したボールによって繰り返しインパクト処理を行う新規のメカノケミカル法(ボールインパクト法)を提案し,密着性の高いDLC皮膜の創製を目指すと共に,離散要素法を基づく数値シミュレーションによってプロセス条件の最適化を図っている。
本年度はまず,電気モーターによる機械的な回転を鉛直方向振動に変換し,ボールが装入された振動チャンバーが任意の周波数および振幅で振動するようにした,ボールインパクト法実験装置の作製を行った。周波数は最大100Hz,振幅は最大50mmまで上げられる。処理雰囲気を変えることができるよう,振動チャンバー全体をアクリルカバーで多い,騒音防止のためにカバー内部に吸音材を貼り付けた。予備実験として,粒子皮膜を作ることが困難なヒドロキシアパタイト粉末を利用し,空気雰囲気下で周波数および振幅を変更させて実験を行い,迅速に緻密かつ密着性の高い粒子皮膜の形成を確認した。また高速振動に基づく装置の負荷を計算し,安全な運転範囲を求めた。
また同時に,ボールインパクト法の数値シミュレーションモデルの構築も行った。離散要素法に基づき,各ボールにかかる全ての力を時々刻々計算することで,全ボールの挙動が解析できる環境を整えた。