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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

基本信息

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

项目摘要

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 develop high efficiency machining technology for TiB2 +α-MoS2 composite films and to produce high efficiency BN films for tool surfaces. The research representative pointed out that the development of MoS2 containing composite film is very important, and the development of TiB2 +α-MoS2 composite film with friction coefficient of 0.01 and ultra-low friction characteristics without lubrication is possible. The effect of low friction due to the addition of MoS2 is that the acid reaction of B2O3 (melting point 470℃) occurs on the surface of the substrate. TiB2 +α-MoS2 composite films are available at temperatures above 600 ℃ and are suitable for cutting tools. This study is aimed at: (1) the existence of elements necessary for the development of ultra-low friction characteristics at temperatures above 600℃;(2) the supply of elements for the maintenance of low friction and low friction;(3) the utilization of breaking force during friction (machining); and (4) the generation of h-BN for the lubrication of composite film surfaces at temperatures above 900℃. ③ High efficiency of cutting due to temperature rise (Increase in cutting speed and reduction in cutting oil supply) For the development of machining technology for TiB2 +α-MoS2 composite films, the DC production method for TiB2 +α-MoS2 composite films in 2022 will be used to control electric power. The content of TiB2+α is different. As a result, the ultra-low friction characteristics of TiB2 +α-MoS2 composite film with friction coefficient below 0.1 at 400℃ are possible. The essential results of the research are as follows: the improvement of the load mechanism of the high temperature friction tester and the change of the position of the load are possible to improve the reproducibility of the friction characteristic evaluation above 600℃.