水素含有窒化炭素膜の超低摩擦界面形成機構の解明および次世代水素潤滑技術への展開

阐明含氢氮化碳薄膜超低摩擦界面形成机制及开发新一代氢润滑技术

基本信息

批准号：
20J22117
负责人：
厨川和哉
金额：
$ 1.6万
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：
2020
资助国家：
日本
起止时间：
2020-04-24 至 2023-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

本研究は，水素含有窒化炭素（CNx:H）膜を用いた低摩擦システムの実現ならびに次世代水素潤滑技術への応用展開のために，継続的超低摩擦界面形成機構を解明することを最終目的とする．3年目である本年は，CNx:H膜摩擦システムの低摩擦寿命においてナノ炭素界面が形成および変質することを明らかにし，低摩擦寿命が移着プロセスの変化に起因することを示した．また，持続的低摩擦界面形成における水分子および酸素分子の役割を実験的に明らかにし，持続的低摩擦発現のための指針を得た．最後に，実際に水素ガスの影響下において超低摩発現が可能であることを示した．得られた具体的な結果は以下の通りである．1. Si3N4/CNx:H摩擦対が高真空環境下で超低摩擦を発現した際，Si3N4上には層-バルク間にSiCを化学的に形成したナノ炭素層（厚さ10-20 nm程度）が形成される．一方で，低摩擦寿命後は炭素層形成が生じなくなり，高さ数十nmオーダの炭素系凝着物が不均一に分布した界面が形成される．2. Si3N4/CNx:H摩擦対は，真空環境下での摩擦において炭素数1-4の炭化水素ガスを生成する．また，低摩擦寿命における摩擦上昇に伴い炭素数1-2の炭化水素ガスの生成量が急増する傾向を示す．3. 極低湿度・低酸素濃度（<0.05%RH, <5 ppmO2）の窒素雰囲気下において低摩擦寿命を発現したSi3N4/CNx:H摩擦対は，最適な相対湿度（0.1-1%RH）に加湿した環境で再度摩擦させることで超低摩擦界面を再形成し，摩擦係数0.05以下の低摩擦を回復する．4. 水素・窒素混合ガス吹付によって湿度制御した摩擦環境において，CNx:H膜はSi3N4およびSiCを相手材として摩擦係数0.05以下の低摩擦を発現することを実証し，水素ガス環境におけるCNx:H膜の超低摩擦界面形成が可能であることを示した．

这项研究的最终目的是阐明使用含氢的氮化碳（CNX：H）膜来实现低摩擦系统的连续超低摩擦界面形成的机制，并应用于下一代氢润滑技术。今年是第三年，揭示了在CNX：H膜摩擦系统的摩擦寿命较低的情况下形成纳米核界面并改变了，这表明低摩擦寿命是由于转移过程的变化所致。此外，在实验上阐明了水分子和氧分子在持续的低摩擦界面形成中的作用，并获得了持续的低摩擦发展的准则。最后，我们表明在氢气的影响下实际上可以实现超低摩擦。获得的具体结果如下。 1。当Si3n4/cnx：H摩擦对在高真空环境中表现出超低摩擦时，在SI3N4上形成了层和整体之间的SIC化学形成的纳米碳层（约10-20 nm厚）。另一方面，在低摩擦寿命之后，碳层不会形成，并且形成了基于碳的粘附，形成了基于碳的粘附，形成了几十nm的高度。 2。SI3N4/CNX：H摩擦对在真空环境下摩擦期间用1-4个碳原子产生碳氢化合物。此外，用1-2个碳原子产生的烃气量往往随着摩擦寿命时摩擦的增加而迅速增加。 3. The Si3N4/CNx:H friction pairs that exhibit low friction life in a nitrogen atmosphere with extremely low humidity and low oxygen concentration (<0.05%RH, <5 ppmO2) are re-frictioned in an environment humidified to the optimum relative humidity (0.1-1%RH), re-form the ultra-low friction interface, and recover a low friction with a friction coefficient of 0.05或更少。 4。在通过喷洒混合氢和氮气控制湿度的摩擦环境中，我们证明了CNX：H膜在摩擦系数上表现出低摩擦，摩擦系数为0.05或以下，SI3N4和SIC作为对应物材料，表明CNX：H膜中的CNX：H膜中的均具有水。

项目成果

期刊论文数量（7）

专著数量（0）

科研奖励数量（0）

会议论文数量（0）

专利数量（0）

大気中無潤滑下における窒化炭素膜を用いた超低摩擦発現のための臨界温度

在无润滑的大气中使用氮化碳膜实现超低摩擦的临界温度

DOI：
发表时间：
2020
期刊：
影响因子：
0
作者：
Mayuko Mori;Akihiko Fukui;Norio Narita et al.;粂潤哉;伊藤将，厨川和哉，神田航希，足立幸志
通讯作者：
伊藤将，厨川和哉，神田航希，足立幸志

Critical concentration of Oxygen and Water molecules for Continuous Low Friction of Hydrogenated Carbon Nitride Coatings

氢化碳氮化物涂层连续低摩擦所需的氧气和水分子的临界浓度

DOI：
发表时间：
2022
期刊：
影响因子：
0
作者：
Kazuya Kuriyagawa;Koshi Adachi
通讯作者：
Koshi Adachi

窒化炭素膜を用いた大気中摩擦システムにおける超低摩擦界面形成に及ぼす加熱温度と湿度の影響

氮化碳薄膜大气摩擦系统中加热温度和湿度对超低摩擦界面形成的影响

DOI：
发表时间：
2021
期刊：
影响因子：
0
作者：
Saito Kengo;Yoshino Mayuko;Mizuguchi Keichi;Horiike Toshihide;Dinh Duong Tung Anh;Shinmyo Yohei;Kawasaki Hiroshi;山口遼・大伴潔・橋本創一・和知真由・堂山亞希・田口禎子・田中里実・霜田浩信;黒沢祐人;小川諒，厨川和哉，片桐薫，神田航希，足立幸志
通讯作者：
小川諒，厨川和哉，片桐薫，神田航希，足立幸志

窒化炭素膜を用いた摩擦システムにおける摩擦表面温度と雰囲気湿度の制御による低摩擦の発現可能性

通过控制使用氮化碳膜的摩擦系统中的摩擦表面温度和大气湿度来实现低摩擦的可能性

DOI：
发表时间：
2022
期刊：
影响因子：
0
作者：
Saito Kengo;Yoshino Mayuko;Mizuguchi Keichi;Horiike Toshihide;Dinh Duong Tung Anh;Shinmyo Yohei;Kawasaki Hiroshi;玉川達紀，小川諒，厨川和哉，村島基之，足立幸志
通讯作者：
玉川達紀，小川諒，厨川和哉，村島基之，足立幸志

窒化炭素膜による低摩擦ナノ界面形成における摩擦相手材料の役割

摩擦配合材料在使用氮化碳薄膜形成低摩擦纳米界面中的作用