高真空下におけるセラミックスおよび改質表面のトライボロジー特性評価に関する研究

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本研究は表面改質技術を実用の機械要素である歯車などに適用するための基礎的研究として,高真空2円筒試験機を用いて,セラミックス被覆ローラおよび接触面に各種被覆法を施した表面改質ローラについて,すべり転がり接触条件下の表面強さ,摩擦・摩耗,損傷,性能などのトライボロジー特性を調べ,摩擦・摩耗機構および損傷機構を明らかにするとともに,真空などの特殊環境下で使用される動力伝達機械要素に最適な表面改質法を検討することを目的とする.実験に用いた表面改質ローラのバルク材はステンレス鋼SUS440Cである.ローラにはCr_2O_3セラミックス溶射,無電解Ni-P合金めっき,Snめっき熱拡散処理および浸硫処理の表面改質が施された.実験は新しく開発した高真空2円筒試験機を用いてすべり転がり接触条件下で行わた.また,境界要素法による接触面温度解析が行われ,損傷形態および損傷機構との関連が検討された.本年度の研究から以下のような結果が得られた.(1)Cr_2O_3溶射の場合を除いて,表面改質を施したローラでは未処理ローラより低い摩擦係数を示した.(2)いずれの表面改質ローラにおいても接触圧力の増加に伴い摩擦係数は低下する傾向が見られたが,特にSnめっき熱拡散処理の場合で顕著であった.(3)摩耗量はCr_2O_3溶射の場合が最大で,無電解Ni-P合金めっきと浸硫処理の場合が小さかった.(4)本年度の実験範囲では,無電解Ni-P合金めっきと浸硫処理の場合の摩耗量ならびにその変化が小さかった.一方,Cr_2O_3溶射の場合の摩擦係数は大きく,摩耗量も最大であり,真空中での使用には不適であるといえた.