表面被覆材の機械的性質とトライボロジー特性との関係に関する研究

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申請者は、まずビッカース圧こんのくぼみ形状と材料の機械的特性との関連を、先に提案した有限要素法によるビッカース解析法を用いて系統的に調査し、くぼみ形状から皮膜の材料特性を推定する方法を開発した。この方法は、圧こん周辺の盛り上がり率が測定材料によって決まるほぼ一定値になることを利用して、最大盛り上がり高さ及びその発生場所から、ヤング率E、降伏応力σ_s、加工硬化率H^1を推定するものである。同方法を引張試験結果が得られている電析ニッケルに適用したところ、その有効性が確認された。次に、小型ブロック試験片での実験が可能な往復摺動試験機を開発し、メッキ材のトライボロジー特性に及ぼす、電析金属、下地材料およびメッキ厚さの影響について調べた。試験片には、マルエージング鋼(HV≒700)と7:3黄銅(HV≒60)表面にニッケル(HV≒220)または銅(HV≒180)を厚さ3〜60μm電析させたものを用いた。その結果、摩擦係数はある限界のメッキ厚さ以上ではほぼ一定となり、それ以下では急激に変化し下地金属の値に近づくことが明らかとなったが、電析金属や下地材料の違いによる顕著な相違は認められなかった。一方、電析ニッケルと電析銅の磨耗特性にはかなりの相違が認められた。ここで、前記の機械的特性評価法を電析銅に適用したところ、電析銅のH^1/σ_sは電析ニッケルより大きいことが明らかとなった。すなわち、両電析金属間の磨耗特性に違いには、硬さのみならずこのような機械的特性の相違が影響しているものと考えられるが、この点については今後詳細に検討していく予定である。なお、メッキ厚さ、相手球の直径、試験荷重を幾何学的および力学的に相似になるように変化させた実験を行い、摩擦係数の力学的相似性の検証を行ったが、各条件での摩擦係数の違いの程度がデータのばらつきの範囲内であったため、今回はそれを確認することができなかった。