ヘリコンスパッタ・イオン注入複合処理によるアモルファスSiC皮膜の作成及び評価

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機械構造用材料には,強度・靭性のみならず,使用部位によっては極めて優れた耐摩耗性・耐食性・耐熱性を併せ持つことが要求されるが,これら要求をバルクのみで満たすことは,コストの面からも実用的ではなく,PVD・CVD,溶射等の各種表面改質技術が注目されており,たとえば,表面をセラミックス,内部をチタンとすれば,比強度と耐摩耗性を併せ持つことができ,航空機用軸受けなどの用途が期待できる.表面に用いるセラミックスとしては耐摩耗性・比強度が優れているSiCは有望なものの一つであるが,一般に,SiCを含むセラミックスの摩擦係数は高いという欠点がある.この点を改良するためには,SiCを固体潤滑的効果が得られるアモルファス構造にすることが有効である.そこで本研究では,ヘリコンスパッタ・イオン注入法による純Ti基板への高精度なアモルファスSiCコーティング技術を確立するとともに,摩耗特性評価を行った.その結果,純SiCをターゲットとし,基板加熱せずにスパッタを行えば,アモルファスSiC薄膜が形成されることを明らかにした.この薄膜の摩擦・摩耗特性を,ピン・オン・ディスク方式摩耗試験機を用いて評価した.その結果,アモルファスSiC薄膜の摩擦係数は0.1にまで低下した.SiC皮膜のはく離強度が高いとともに,摩耗速度も非常に低いので皮膜はく離寿命が非常に長くなることを明らかにした.また,ヘリコンスパッタとイオン注入を複合処理した結果,ヘリコンスパッタのみで充分アモルファス化していたため,摩擦・摩耗特性がさらに改善することはなかった.