2014 Fiscal Year Annual Research Report
マルチスケール表面構造制御による高機能セラミックスコーティング法の開発
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25820012
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| Research Institution | University of Hyogo |
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Principal Investigator |
中谷 正憲 兵庫県立大学, 工学(系)研究科(研究院), 助教 (80581553)
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| Project Period (FY) |
2013-04-01 – 2015-03-31
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| Keywords | 摩擦 / 摩耗 / 表面構造 / セラミックコーティング / ショットピーニング / フレッティング疲労 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では，蒸着によりナノ・マイクロ複合微細表面構造を対象材に形成し，コーティング効果と微細表面構造による幾何学的効果により耐摩耗性を飛躍的に向上させる表面改質技術の確立を目的とする．研究期間に得られた成果は以下の通りである．
(1)イオンビーム支援蒸着法によるナノ・マイクロ表面構造TiN薄膜の形成：イオンビーム支援蒸着法において，基板を面外方向に回転させることで，直径数マイクロメートル程度の島状構造が形成され，さらにその上に数十ナノメートル程度の微細な凹凸が形成することに成功した．また，その表面構造は基板の回転速度や蒸着速度など成膜条件に依存することを明らかにした．（初年度）
(2)ナノ・マイクロ表面構造コーティングの摩擦・摩耗特性評価：上記(1)で得たナノ・マイクロ表面構造コーティングを工具鋼に施し，ボールオンディスク試験により摩擦・摩耗特性の評価を行った．コーティング表面に存在する微細構造によって摩擦係数を低減し，耐摩耗性は向上した（初年度）．また，さらなる耐摩耗性の向上を図るために，最終年度には基材の表面粗さの効果について検証した．切削加工痕のような鋭い凸部を有する基材にコーティングを施しても，容易にはく離し，摩耗特性は悪化した．一方，ショットピーニングにより加工した梨地模様の凹凸を有する基材にコーティングを施すと，摩耗特性は向上した．したがって，基材に適切な前処理を施すことによって，ナノ・マイクロ表面構造コーティングによる耐摩耗性の改善効果を増大させることが可能であることを明らかにした．
(3)フレッティング疲労特性の改善効果の検証：上記で得られた結果を踏まえて，コーティング材のフレッティング疲労特性を評価した．表面構造に加えて，薄膜の内部構造を制御することによって，摩耗およびはく離が抑制され，フレッティング疲労寿命を改善することが可能であることを明らかにした．
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