フェムト秒レーザーによるダイヤモンド状炭素膜のナノ構造制御表面の創成

使用飞秒激光创建纳米结构控制的类金刚石碳膜表面

• 批准号: 15651060
• 负责人: 安丸 尚樹
• 金额: $ 1.98万
• 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: 2003
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2003 至 2005
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-15651060/
• 关键词: フェムト秒レーザー; アブレーション; 表面改質; DLC; ガラス状炭素; ラマン分光; 硬質薄膜

フェムト秒レーザーをDLC薄膜表面に平面状に照射し、レーザー条件(レーザーの強度、パルス数、スポット径など)を変化させて、周期的微細構造(ナノ構造)を約15mm角で均一に加工する技術を開発した。ナノ構造が生成されたDLC薄膜の摩擦係数を、ナノメカニカル試験装置を用いて測定した。100〜1000μNの荷重でダイヤモンドチップ(先端半径1μm)を用いて測定したところ、未照射面で0.1を示す摩擦係数が、レーザー照射により0.2〜0.3に増加することが判明した。また、スクラッチ時のチップの侵入深さが、レーザー強度や荷重が増えるに伴い増加した。この荷重域では、レーザー照射による硬度の低下や表面に形成されたナノ構造の凹凸の影響により摩擦係数が増加したと考えられる。次に、福井大学本田助教授にご協力いただき、原子間力顕微鏡(AFM)を用いたさらに荷重の小さいナノ摩擦試験を行った。垂直荷重を20〜130nNと変化させ、測定範囲1μm×1μm、すべり速度2μm/sとして、コンタクトモード(垂直荷重一定)で測定した。表面測定のプローブには、市販のカンチレバーにガラス球を接着したガラス球探針を用いた。その結果、この荷重域では、ナノ加工により摩擦力が約1/3、引き離し力が約1/4と大幅に低減することが判明した。また、ボールオンディスク型摩擦摩耗試験により、ナノ構造が生成されたDLC薄膜表面のマクロなトライボロジー特性を調べた。その結果、鉄系の軸受鋼ボールが相手材の時は摩擦係数が低下することが判明した。さらにナノ構造生成面にMoS_2を0.5〜1μm被覆した複合膜を作製し特性を調べたところ、超硬ボールに対しては約1/4、軸受鋼ボールに対しては約2/5と摩擦係数が大幅に低下することが判明し、複合化の効果が大きいことを見出した。

The technology of uniform processing of DLC thin film surface with planar irradiation and uniform irradiation conditions (intensity, number and diameter of DLC thin film) was developed. The friction coefficient of DLC thin films was measured by a test apparatus. The load of 100 ~ 1000μN is measured with the friction coefficient of 0.1 on the non-irradiated surface and 0.2 ~ 0.3 on the irradiated surface. The depth and intensity of the intrusion during the test increase with the increase of the load. The hardness of the surface is reduced due to the influence of the load on the surface, and the friction coefficient is increased due to the influence of the structure on the surface. Assistant Professor Honda of Fukui University, Fukui University The vertical load is 20 ~ 130nN, the measurement range is 1μm×1μm, the speed is 2μm/s, and the vertical load is constant. The surface measurement is carried out by a ball probe. As a result, the friction force in the processing area is about 1/3, and the separation force is about 1/4. The surface properties of DLC films are modulated by the structure of DLC films. As a result, the friction coefficient of the iron bearing steel is lower than that of the steel bearing steel. The MoS_2 coating on the surface of the structure is 0.5 ~ 1μm, and the composite film is manufactured. The characteristics of the composite film are adjusted. The ultra-hard coating is about 1/4. The friction coefficient of the shaft is about 2/5. The friction coefficient is greatly reduced. The composite effect is large.

项目成果

Reflectivity in femtosecond-laser-induced structural changes of diamond-like carbon film

• DOI: 10.1007/s00339-004-3008-0
• 发表时间: 2005-01-01
• 期刊: APPLIED PHYSICS A-MATERIALS SCIENCE & PROCESSING
• 影响因子: 2.7
• 作者: Miyazaki, K;Maekawa, N;Kiuchi, J
• 通讯作者: Kiuchi, J

フェムト秒レーザーアブレーションによるナノ構造生成と表面改質

通过飞秒激光烧蚀生成纳米结构和表面改性

• 发表时间: 2005
• 期刊: 未来材料 5巻・9号
• 作者: 宮崎健創;安丸尚樹
• 通讯作者: 安丸尚樹

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

Femtosecond-laser-induced strucural change of diamond-like carbon film

飞秒激光诱导类金刚石碳膜结构变化

• 发表时间: 2004
• 期刊: Proceedings of The Fourth Aisian Pacific Laser Symposium 2004
• 作者: N.Maekawa;W.Kobayashi;M.Kaku;K.Miyazaki;N.Yasumaru;J.Kiuchi
• 通讯作者: J.Kiuchi

安丸尚樹: "フェムト秒レーザーによるDLC薄膜の表面改質"2004年(平成16年)春季第51回応用物理学関係連合講演会予稿集. (印刷中). (2004)

Naoki Yasumaru：“使用飞秒激光对 DLC 薄膜进行表面改性”第 51 届应用物理春季会议论文集（2004 年）（印刷中）。