フェムト秒レーザーによるダイヤモンド状炭素薄膜のナノ構造制御とゼロ摩耗面の実現

飞秒激光类金刚石碳薄膜纳米结构控制及表面零磨损的实现

• 批准号: 17656045
• 负责人: 駒井 謙治郎
• 金额: $ 2.18万
• 依托单位: Fukui National College of Technology
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Exploratory Research
• 财政年份: 2005
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2005 至 2007
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-17656045/
• 关键词: フェムト秒レーザー; アブレーション; DLC; ナノ構造; トライボロジー

本研究では、ナノ構造を大面積(15mm×15mm)で均一に加工する技術と網目状など各種パターンで加工する技術を開発し、ナノ加工後のDLC薄膜に対し、(1)実荷重領域と(2)微小荷重領域のトライボロジー特性の制御性を検討した。(1)実荷重領域に対しては環境質制御pin-on-disc試験にて評価し、ナノ加工後MoS_2を被覆すると摩擦係数が大幅に減少し、なおかつ耐久性も優れることを見出した。特に、真空中ではDLCのみでは摩擦係数が大幅に増加するが、MoS_2を被覆することにより低摩擦が維持されることが判明した。さらに、DLC薄膜表面に数100μm間隔で網目状にナノ構造を形成することにより、表面の起伏がほとんど変化しない状態で、摩擦係数が大幅に増加するなどの新現象を見出した。本研究で開発したナノ構造制御技術により、あらさが数10nm以下の変動で、DLC薄膜の摩擦係数を極めて微小な0.02レベルから大幅に大きい数値まで、真空中を含め広範囲に変動させることが可能となった。(2)微小荷重領域に対しては、100〜2000μNの荷重範囲で、ナノスクラッチ試験を実施した。その結果、ナノ加工後のDLC薄膜の摩擦係数は、レーザーの照射強度と共に増加する傾向を示すが、レーザーにより照射部表面が軟化し測定用ダイヤモンドチップ(先端半径1μm)がめり込むことによるチップ側面の影響を考慮するなどの対策の必要性が判明した。なお、最適条件でGC化した導電性パスの摩擦係数は、DLCより少し増加する程度であった。また、このスクラッチ条件では、MoS_2薄膜の被覆により摩擦係数はさらに増加傾向を示すことが分かった。微小荷重域での特性はマイクロマシン等への応用時に重要であり、今後も系統的に研究データを蓄積し、成果を外部に公表していきたいと考えている。

In this study, the development of technologies for uniform processing of large area (15mm×15mm) structures, mesh shapes, and various types of DLC films after processing,(1) the control characteristics of DLC films in the field of real load, and (2) the control characteristics of DLC films in the field of small load are discussed. (1)The friction coefficient of MoS_2 coating after processing is greatly reduced, and the durability is excellent. In particular, it was found that the friction coefficient of DLC increased significantly in vacuum and MoS_2 coating maintained low friction. In addition, a new phenomenon was found in the formation of mesh-like structures on the surface of DLC films at intervals of 100μm, the fluctuation of the surface, and the increase of friction coefficient. In this study, the development of structural control technology is discussed. The friction coefficient of DLC films ranges from very small to large, and the friction coefficient of DLC films ranges from small to large. (2)The load range of 100 ~ 2000μN shall be applied in the field of small load. As a result, the friction coefficient of the DLC film after processing was increased, and the irradiation intensity of the film was increased. The surface of the irradiated part was softened. The influence of the irradiation intensity on the surface of the DLC film (tip radius 1μm) was considered. However, under optimal conditions, the conductivity and friction coefficient of GC can be reduced or increased compared with DLC. The friction coefficient of MoS_2 thin films increases under different conditions. The characteristics of the micro-load domain are important for the future research and accumulation of results.

项目成果

Wear of Tribofilms Produced by Tribo-Sintering of Nanometer-Sized Particles on Rubbing Surfaces

纳米粒子在摩擦表面摩擦烧结产生的摩擦膜的磨损

• 发表时间: 2006
• 期刊: Proc.of Asiatrib 2006 Kanazawa
• 作者: H.Kato;K.Komai
• 通讯作者: K.Komai

フェムト秒レーザーによる硬質薄膜の微細加工

使用飞秒激光微加工硬薄膜

• 发表时间: 2006
• 期刊: 第3回マイクロマテリアルシンポジウム講演論文集
• 作者: 安丸尚樹;宮崎健創;木内淳介;駒井謙次郎
• 通讯作者: 駒井謙次郎

Fluence dependence on femtosecond-laser-induced nanostructure formed on TiN and CrN

TiN 和 CrN 上形成的飞秒激光诱导纳米结构的通量依赖性

• 发表时间: 2005
• 期刊: Applied Physics A ; Materials Science & Processing (印刷中)
• 作者: N.Yasumaru;K.Miyazaki;J.Kiuchi
• 通讯作者: J.Kiuchi

Tribological Properties of Diamond-Like Carbon Films with Surface Nano-Structure Formed by Femtosecond Laser Pulses

飞秒激光脉冲形成表面纳米结构类金刚石碳薄膜的摩擦学性能

• 发表时间: 2007
• 期刊: Journal of Laser Micro/Nanoengineering 2
• 作者: J. -W. Lim;N.Yasumaru;山品 陽平;中長 貴志;山品 陽平;N. Yasumaru;N. Yasumaru
• 通讯作者: N. Yasumaru

硬質薄膜のフェムト秒レーザープロセシングとトライボロジー特性

飞秒激光加工和硬薄膜的摩擦学性能

• 发表时间: 2006
• 期刊: 日本機械学会2006年度年次大会講演論文集(1)
• 作者: 安丸尚樹;宮崎健創;木内淳介;安丸 尚樹;駒井 謙治郎
• 通讯作者: 駒井 謙治郎