Improvement of high temperature lubricious properties of low frictional composite films by using reaction of boron and development of machining technology with high efficiency

利用硼反应改善低摩擦复合膜的高温润滑性能及高效加工技术的发展

• 批准号: 21K03809
• 负责人: 神崎 昌郎
• 金额: $ 2.66万
• 依托单位: Aichi Institute of Technology
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• 财政年份: 2021
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2021-04-01 至 2025-03-31
• 项目状态: 未结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21K03809/
• 关键词: 高温潤滑性; 複合膜; ホウ素; スパッタリング; 切削加工

本研究の目的は『工具表面にコーティングしたTiB2+α-MoS2複合膜と切削加工時に供給する窒素との反応により900℃まで潤滑性を有するh-BNを生成させ，それを用いて高効率加工技術を開発すること』である．研究代表者は，MoS2含有複合膜の開発に取り組み，TiB2+α-MoS2複合膜において無潤滑下における摩擦係数0.01の超低摩擦特性の発現を可能としてきた．これは添加したMoS2による低摩擦の効果に，ホウ素の酸化反応による摩擦最表面におけるB2O3（融点470℃）の生成溶融の効果が複合化したためと考えられる．ただし，600℃以上ではホウ素が脱離消失し摩擦係数は0.8程度まで上昇したため，現状ではTiB2+α-MoS2複合膜を600℃以上の高温状態になり得る切削加工用の工具には適用できない．そこで本研究では，①超低摩擦特性発現に必須のホウ素を600℃以上で残存させる，②ホウ素の反応により低摩擦低摩耗を維持した状態で窒素を供給し，摩擦（加工）時に発生するせん断力を利用して複合膜表面に900℃まで潤滑性を有するh-BNを生成させる，③温度上昇が顕著な切削加工の高効率化（切削速度上昇・切削油供給量削減）にも対応可能なTiB2+α-MoS2複合膜コーテッド工具利用加工技術を開発する，これらを目的とする．2022年度はDCマグネトロンスパッタリング法によりTiB2+α-MoS2複合膜を創製する際に，TiB2ターゲットに対する印加電力を制御し，ホウ素含有量の異なるTiB2+αを形成した．その結果，TiB2+α-MoS2複合膜において400℃まで摩擦係数0.1以下の超低摩擦特性発現が可能となった．なお，研究の本質的な成果ではないものの，高温摩擦試験機の荷重印加機構の改良およびロードセルとその取付位置を変更し，600℃以上での摩擦特性評価の再現性を高めることが可能となった．

The purpose of this study is to use TiB2+α-MoS2 composite film on the tool surface to provide the necessary materials during cutting.応により900℃ has good lubricity and has good lubricity. It has high-efficiency machining technology and has high-efficiency machining technology. The research representative is that the MoS2-containing composite film can be opened and the TiB2+α-MoS2 composite film can be used without lubrication to achieve ultra-low friction characteristics of 0.01. The addition of MoS2 to the これは has a low-friction effect, and the acidification reaction of the ホウ element has a friction effect on the surface.におけるB2O3 (melting point 470℃) is a compound that generates and melts the effect of B2O3 (melting point 470℃).ただし, the ではホウ element is separated and disappears above 600℃, the friction coefficient is 0.8 degree, and the したため is increased, the current situation is ではTi The B2+α-MoS2 composite film is suitable for use in high-temperature conditions above 600°C and is suitable for cutting tools.そこでThis research is based on the following: ① The ultra-low friction characteristics are required to be realized and the のホウ element is required to remain above 600℃, ② The ホウ element is the anti-reflection material and it is low friction The friction is maintained at a low friction state and the suffocation factor is supplied. During friction (processing), the force is broken and the surface of the composite film is used at 900℃. The lubricity is due to the generation of -BN, and the temperature rise will cause the cutting process to become more efficient (the cutting speed will increase and the cutting oil supply amount will decrease). Minus) にも対応possibleなTiB2+α-MoS2 composite film コーテッド tool utilization processing technology を开発する, これらをpurpose とする. In 2022, DC Matrix TiB2+α-MoS2 Composite Film was created.に，TiB2ターゲットに対するInca power controlし，ホウelement contentのisoなるTiB2+αをformationした． As a result, it is possible for the TiB2+α-MoS2 composite film to exhibit ultra-low friction characteristics at 400℃ with a friction coefficient of less than 0.1.なお, the essential results of research, ではないものの, improvement of the load stamping mechanism of the high-temperature friction test machine, およびロードセThe reproducibility of the friction characteristics evaluation above 600℃ is high and the reproducibility is high.

项目成果

Ultra – low friction characteristic of titanium diboride (TiB₂) thin films at elevated temperature due to excess addition of boron

过量添加硼导致二硼化钛（TiB₂）薄膜在高温下超低摩擦特性

• DOI: 10.2978/jsas.33103
• 发表时间: 2021
• 期刊: Journal of Advanced Science
• 作者: 大和 航;神崎 昌郎
• 通讯作者: 神崎 昌郎