大気および真空中の摩擦力と摺動痕

摘要

今までの基礎的なトライボロジー研究の結果、ステンレス鋼（SUS304）の材料表面に100nmオーダーの粗さを付与することによって、真空環境下における摩擦係数を大気中と同等の値に保つことができる（図1）ことを報告した。（1）また、銅材やT川被覆材においても同様の特性を示すことを明かした。前回、陽極酸化アルミニウム材を作製し同様の特性が発現するか検証をおこなった結果、150nmから250nmの表面粗さ（Rz）を有する試料は、ステンレス鋼と同様に大気中と同等の摩擦係数を真空中でも示すことを報告した。しかしながら、この特性を示す範囲以外の摩擦特性は、従来、我々が報告してきたステンレス鋼板、銅板、TiN被覆材などとは異なる変化を示した。すなわち、ステンレス鋼板などの材料は、大気中の摩擦係数よりも真空中の摩擦係数が上昇することが知られており、我々の測定でも同様の結果を示したが、陽極酸化アルミニウム材の場合、真空中の摩擦係数は、大気中の摩擦係数よりも減少した。（図2）従来、真空中の摩擦係数が、大気中の摩擦係数よりも減少する特性を示す材料としては、MoS_2材が知られているが、そのメカニズムに関する詳細な報告はない。そこで、我々は、大気および真空中における摩擦力を決定している一つの要因として、材料表面の吸着層が摩擦力に大きな影響を及ぼしていると考え、今回、摩擦力に及ぼす吸着層の影響を、大気および真空中における摺動によって生じる摺動痕を原子間力顕微鏡装置（AFM）を用いて調べることで、吸着層が摩擦力に及ぼしている影響について検討した結果について報告する。