耐摩擦摩耗特性に優れた柱状晶形マルチフェイズコーティング膜の開発

开发具有优异摩擦磨损性能的柱状多相涂膜

• 批准号: 11J05128
• 负责人: 小宮山 翔子
• 金额: $ 0.83万
• 依托单位: Tohoku University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2011
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2011 至 2012
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-11J05128/
• 关键词: コーティング; Ti-Mo-N; スパッタリング; 摩擦摩耗特性; 熱力学計算; 相分離

TiN(窒化チタン)は特性のバランスの取れた硬質膜として、切削工具や医療材料、鋳型の離型材など、様々な分野へ利用されているが、摩擦係数が高く、耐摩耗性に課題を残している。本研究では摩擦摩耗特性向上の観点から、Moを添加したTi-Mo-N膜に着目し、その摩耗機構の解明と、(Ti, Mo)酸窒化物の柱状晶形マルチフェイズコーティング膜の創製を試みた。RFマグネトロンスパッタ装置を使用し、Ti_<50>Mo_<50>合金ターゲットを用いた反応性スパッタにより窒素濃度の異なるTi-Mo-N膜を成膜した。炭素鋼(S45C)を相手材とした摩耗試験後の膜および相手材の表面SEM観察および断面TEM観察より、高窒素濃度のTi-Mo-N膜の方が摩耗試験中に膜由来の酸化物(Mo酸化物)が形成され易いために焼付きが防がれ、低窒素濃度の膜に比して優れた耐摩耗・耐溶着性を示すことが分った。高窒素濃度Ti-Mo-N膜の方がMoが酸化しやすいことはThermo-Calcを用いた熱力学計算からも確かめられた。また、Ti_<25>Mo_<75>合金ターゲットを用いた反応性スパッタにより作製したTi-Mo-N膜において、700℃熱処理によってTi窒化物とMo窒化物に相分離し、5～6GPaもの硬度上昇がおこり、約34GPaの高硬度が得られた。窒化物同士の相分離はThermo-Calcによる計算状態図からも示唆された。さらに、熱処理後のTi-Mo-N膜は成膜ままと同様に0.4程度の低い摩擦係数を示した。本研究において窒素濃度制御というコーティングの摩擦摩耗特性向上を目指した材料設計を提案し、組織制御というコーティングの新たな特性向上手法を提案した。さらに窒化物同士から成る二相分離が生じることを見出し、高硬度(約34GPa)と低摩擦係数(0.4)を併せ持つ新規コーティング材料を作製することが出来た。

TiN (smothering チ タ ン) は features の バ ラ ン ス の take れ た hard membrane と し て type, cutting tool や medical materials, where の from profile な ど, others 々 な eset へ using さ れ て い る が, high friction coefficient が く, abrasion loss に subject を residual し て い る. This study で は friction friction consumption characteristics of upward の 観 point か ら, Mo を add し た Ti - Mo - N membrane に し, そ の friction consumption institutions の interpret と, smothering (Ti, Mo) acid compound の columnar crystal shape マ ル チ フ ェ イ ズ コ ー テ ィ ン グ membrane の created を try み た. RF マ グ ネ ト ロ ン ス パ ッ を タ device using し, Ti_ < > 50 Mo_ < > 50 alloy タ ー ゲ ッ ト を with い た anti 応 sex ス パ ッ タ に よ り smothering element concentration の different な る Ti - Mo - N membrane を film-forming し た. Carbon steel (S45C) を phase hand material と し た の film after the consumption test お よ び material in hand is の surface SEM 観 examine お よ び section TEM 観 examine よ り, high smothering element concentrations の Ti - Mo - N の party が に membrane origin の acidification in the consumption test objects (Mo acidification) が form さ れ easy い た め に 焼 pay き が anti が れ, low smothering element concentrations の に than し て optimal れ た resistance The abrasion resistance を shows す とが とが score った. High smothering element concentrations Ti - Mo - N の party が Mo が acidification し や す い こ と は Thermo - Calc を with い た thermodynamic calculation か ら も か indeed め ら れ た. ま た, Ti_ < 25 > Mo_ < 75 > alloy タ ー ゲ ッ ト を with い た anti 応 sex ス パ ッ タ に よ り cropping し た Ti - Mo - N membrane に お い て, 700 ℃ heat 処 に よ っ て Ti smothering compound と Mo smothering compound に phase separation し, 5 ~ 6 gpa も の hardness rising が お こ り, about 34 gpa の high hardness が ら れ た. The nitrided phase is separated by <s:1> Thermo-Calcによる computational state diagram による ら ら による indicates された. Youdaoplaceholder0, after thermal treatment, the <s:1> Ti-Mo-N film <s:1> film formation ままと is the same as に0.4 degree <s:1> low <s:1> friction coefficient を indicates <s:1> た. This study に お い て smothering element concentration suppression と い う コ ー テ ィ ン グ の friction friction consumption characteristics of upward を refers し た material design proposals を し, organization system of imperial と い う コ ー テ ィ ン グ の new た な features up technique proposed を し た. さ ら に smothering compound with "か ら into る born two phase separation が じ る こ と を see し, high hardness (gpa) about 34 と low friction coefficient (0.4) and を せ hold つ new rules コ ー テ ィ ン グ materials を system す る こ と が た.

项目成果

工具用硬質被膜、その製造方法、および硬質被膜被覆金属加工工具

工具用硬质涂层及其制造方法以及涂覆有硬质涂层的金属加工工具

• 发表时间: 2013

Alloying effects on formation of compound layer in the gaseous nitride Fe-M binary alloys

气态氮化物Fe-M二元合金中化合物层形成的合金化效应

• 发表时间: 2012
• 作者: Fanhui Meng;Goro Miyamoto;Tadashi Furuhara;Shoko Komiyama
• 通讯作者: Shoko Komiyama

Ti-Mo-N膜の摩耗特性に及ぼす窒素濃度依存性に関する熱力学的な検討

Ti-Mo-N薄膜磨损特性氮浓度依赖性热力学研究

• 发表时间: 2013
• 作者: 須藤祐司;小宮山翔子;小池淳一;及川勝成
• 通讯作者: 及川勝成

Ti-Mo-N反応性スパッタ薄膜の摩耗特性に及ぼす窒素濃度依存性

Ti-Mo-N 反应溅射薄膜磨损特性的氮浓度依赖性

• 发表时间: 2012
• 作者: 須藤祐司;小宮山翔子;小池淳一;王嫩;櫻井正俊
• 通讯作者: 櫻井正俊

SUS304上に成膜した(Tix,Mo_<100-x>)N膜(x=25,50,75)の熱処理による組織変化挙動

SUS304表面沉积(Tix,Mo_<100-x>)N薄膜(x=25,50,75)热处理后的微观结构变化行为

• 发表时间: 2011
• 作者: 小宮山翔子;須藤祐司;小池淳一
• 通讯作者: 小池淳一