ナノインデンターを用いたDLC膜の硬度、ヤング率測定による膜質評価

目的

各種摺動機械部品、金型、工具などの硬質摺動部品として広く用いられているDLC膜の特性のうち膜硬度、ヤング率などの機械特性は、コーティング部材のトライボロジー特性を左右する重要な因子であることからそれらの正確な評価は極めて重要である。薄膜領域でのDLC膜の評価を目的にナノインデンテーションによる測定を試みた。
方法

ダイヤモンドチップから成る三角錐（バーコビッチ型）の圧子を薄膜表面に押し込み、その時の圧子にかかる荷重Pと圧子の下の射影面積から硬度を求めた。また荷重－変位曲線から決定される接触剛性Sの測定より試料のヤング率を求めた。
試験装置・ソフト

ナノインデンター　Nano IndenterTM X P / D C M　（ＭＴＳシステムズ社）
結果

スパッタ法により成膜したガラス基板上厚み200nmのDLC膜の硬さと押し込み深さの関係を測定した。極低荷重の押し込み試験を高精度で行うことが可能であり、硬さ、ヤング率を一度の押し込み試験により、連続的に深さ方向の関数として求めることができた。このような測定手法により、本サンプルのDLC膜の硬度は低荷重領域での値9.5GPaである事、高荷重領域ではガラス基板の硬度に対応した8GPaの値を示す事が明らかとなった。
お客様の成果

DLC膜の重要性能指標である硬度、ヤング率の正確な値を把握することによりＤＬＣ膜としての膜特性を総合的に評価し、顧客での商品開発を支援した。
イメージ
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- 図１）バーコビッチ圧子と試料の接触図
- 図２）圧子供押し込み時の負荷・除荷曲線
- 図３）DLC膜の硬さとヤング率測定結果