徳島大学 教育・研究者情報データベース(EDB)

1. 徳島大学.工学部.機械工学科.生産システム講座(〜2023年3月31日)

1. 英 崇夫

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2. (日) 森口 忠和

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3. 日下 一也([徳島大学.大学院社会産業理工学研究部.理工学域.機械科学系.生産工学分野]/[徳島大学.理工学部.理工学科.機械科学コース.生産工学講座])

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4. 松英 達也([新居浜工業高等専門学校])

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(英) Development of Thick TiN Film on Aluminum Substrate and Its Wear Properties

(日) アルミニウム基材へのTiN厚膜の作製とその摩耗特性

(英) In the industrial fields, aluminum (A1050) and aluminum alloys (A5052 and A2017) are widely used in mechanical components. However, their application is essentially restricted because of their low strength and low hardness. In the present study, TiN film deposition was tried on a surface of aluminum and aluminum alloy substrates by means of an arc ion plating. The aim is to develop thick TiN film on aluminum based materials in order to get strong wear resistance. In order to minimize an increase of the substrate temperature throughout the deposition, the process was planned to deposit TiN intermittently with cooling intervals of 120 min. Arc current, bias voltage and coating time were changed to examine their roles on hardness and wear property of TiN films. X-ray diffraction study revealed (100) preferred orientation in the film deposited under the condition of low bias voltages, whereas (111) under high bias voltages. No cracks were observed in the films deposited on the A5052 and A2017 substrates under the bias voltage below -30V, however, they occurred in the films deposited higher than -20V on A1050 substrate. Low bias voltage should be essential to obtain thick TiN films on aluminum-base materials. Wear test was made by a ball-on-disk type machine. The depth of wear traces observed in the films with the thickness of 9 μm on A1050 substrate was about 40 μm. However, no wear traces appeared in the other films deposited under low bias voltages; regardless of film thickness. Although the hardness of the film was reduced with using low bias voltage, the wear property was greatly improved by thick TiN coatings.

(日) 産業界において，アルミニウム(A1050)やアルミニウム合金(A5052およびA2017)は機械部品に幅広く使われている．しかしながら，低強度，低硬度のため，本質的に適用が制限される．本研究で，アークイオンプレーティングによってアルミニウムおよびアルミニウム合金基板の表面にTiN膜の蒸着を試みた．耐摩耗特性を得るためにアルミニウム基材料上に厚いTiN膜を堆積することを目的とする．堆積中における基板温度の上昇を最小にするため，120分間の冷却期間をともなう断続的にTiN膜を堆積させる行程を計画した．TiN膜の硬さと摩耗特性の役割を調べるために，アーク電流，バイアス電圧および成膜時間を変化させた．低バイアス電圧の条件で堆積した膜は(100)面が優先配向するが，高バイアス電圧では(111)面が優先配向することがX線回折実験より明らかになった．-30V以下のバイアス電圧でA5052およびA2017基板上に堆積したTiN膜にはクラックが観察できなかったが，-20V以上のバイアス電圧でA1050基板上に堆積した膜にはクラックが発生した．アルミ基材料上に厚いTiN膜を得るためには，低バイアス電圧が基本である．摩耗試験をボール·オン·ディスク型で行った．A1050基板上の厚さ9μmの膜において摩耗痕の深さは約40μmだった．しかしながら，膜厚に関係なく，低バイアス電圧で堆積したその他の膜では摩耗痕が現れなかった．膜の硬さが低バイアス電圧で減少するけれども，厚いTiNの被覆により摩耗特性は大きく向上した．

1. (英) TiN film
2. (英) Aluminum substrate
3. (英) Arc ion plating
4. (英) Wear property
5. (英) Crystal orientation
6. (英) X-ray diffraction