WPC処理によるDLCの密着性と摺動特性の向上

DLC（ダイヤモンドライクカーボン）は硬くて摩擦係数が低いため、近年、摺動性を向上したい用途に多用されるようになりました。ただし、一般に基材との密着性が劣っており剥離しやすいことが問題でした。

図１は高速度工具鋼を基材としてTiCNコーティングとDLCコーティングを施して、ボールオンディスク試験をした結果です。あらかじめ基材にWPC処理をしてディンプル形状を形成したものと、WPC処理をしていないものを比較すると、基材にWPC処理を施した方が荷重が15Nに達するまで摩擦係数が小さく良好な摺動状態を示していることがわかります。

ボールオンディスク試験終了後の表面の状態を観察してみると（図２）、WPC処理を施していないサンプルは大規模なDLC膜の剥離が起きていることがわかります。

ロックウェル試験による密着性の評価結果を見ても（図３）、WPC処理を施したサンプルは大規模な剥離を起こしているのに対して、WPC処理したサンプルは剥離が少ないことがわかります。

図４にWPC処理によるDLCの密着性向上のメカニズムを示します。研磨された表面では基材の変形によって一か所でき裂が発生すると大規模な剥離が起きてしまいます。一方でWPC処理によって機材の表面にディンプル形状が形成されると、DLCコーティングに負荷される応力分布が不均一になり微小なき裂が多数発生するために、全体として基材の変形追随性が向上し大規模な剥離を抑制していると考えられます。このようにディンプル形状を付与することによりDLCの密着性と摺動特性の向上を図ることができます。