DLC膜の水中でのトライポロジー特性

摘要

ダイヤモンドライクカーボン（DLC）と呼ばれる炭素材料は低摩擦かつ耐摩耗特性に優れ，最近，保護膜や固体潤滑膜として工業製品に使われている材料である，例えば，HDDメディアの保護膜や各種切削工具の表面コーティング材料などとしての利用が知られている．しかし，DLCはダイヤモンドや黒鉛のように決まった性質をもつ材料ではなく，炭素-炭素結合としてsp~3とsp~2結合が混在したようなアモルファス状の構造をもつため，その結合の存在比や第2の元素として存在する水素の含有量によっで性質が異なる．また第3の元素として異元素（例えば窒素やケイ素）を混入させることによって，その機械的特性を変化させることができる材料である．DLC膜の成膜法やその性質，またトライボロジー特性などについては総説などを参考にしていただきたいが，DLC膜はその膜の内部に大きな応力をもち，基材への密着性に問題が起きることが多い．また，使用環境によってトライボロジー特性が異なり，使用環境に適したDLC膜を開発する研究が精力的に行われている．例えば，極限環境であるような真空中では水素を多く含hだDLC膜が良好なトライボロジー特性を示し，水素含有量の少ない被膜は容易にはく離する．また水環境におけるDLC膜の応用は東洋陶器による混合水栓用セラミックバルブへの応用が知られており，アルミナ基材上へSiCの中間層を用いたDLC膜の開発に成功している．われわれは水圧ポンプなど，基材として鉄系材料を用いた水圧機器へのDLC膜の適応を想定し，水環境下における固体潤滑膜としての適応性について検討してきた．これまで用いられているようなセラミックスなどの材料を鉄系材料へ変更することができれば，コストの削減のみならず，環境への負荷が低減できることなどから省エネルギーにも寄与するものとして期待されている．ここでは鉄系基材を用いたDLC膜の成膜とトライボロジー特性を明らかとすることを目的として検討したわれわれの研究成果に基づいて，DLC膜の水環境下での適応の可能性について紹介したい．