Space environmental effects on MoS and diamond-like carbon lubricating films; Atomic oxygen-induced erosion and its effect on tribological properties

MoSとダイヤモンドライクカーボン潤滑膜の宇宙環境効果; 原子状酸素誘起腐食とその摩擦特性への影響

田川 雅人*; 横田 久美子*; 松本 康司*; 鈴木 峰男*; 寺岡 有殿; 北村 晃*; Belin, M.*; Fontaine, J.*; Martin, J. M.*

Tagawa, Masahito*; Yokota, Kumiko*; Matsumoto, Koji*; Suzuki, Mineo*; Teraoka, Yuden; Kitamura, Akira*; Belin, M.*; Fontaine, J.*; Martin, J. M.*

低軌道宇宙環境における5eV原子状酸素の影響を、二硫化モリブデンスパッタ膜並びにダイヤモンドライクカーボン潤滑剤に対して実験的に検証した。X線光電子分光の結果から、二硫化モリブデン表面のモリブデンの酸化と、硫黄の気化が顕著であることが示された。深さ方向分析の結果、これらの変化は表面から3nmと極めて浅い領域で生じていることが示された。これは表面で酸化したモリブデンが保護膜の役目を果たし、酸素原子の影響を防いでいるためであると考えられる。このような組成変化は摩擦係数にも影響を及ぼすが、表面層が磨耗によって除去されるとその影響は見られない。しかし、モリブデン酸化物のアブレシブ磨耗の結果、原子状酸素照射のある条件下では二硫化モリブデンの寿命が極端に低下することが示された。一方、ダイヤモンドライクカーボンでは表面の炭素の酸化状態は原子状酸素によっても大きく変化しないことが放射光光電子分光から明らかになったが、ラザフォードバックスキャッタリングの結果、膜自体の気化劣化が激しいことが示され、宇宙環境におけるDLCの利用には保護膜形成等の措置が必要である。

Effects of 5 eV atomic oxygen beam on MoS and diamond-like carbon (DLC) lubrication films are evaluated relevance to space environmental effects in the low Earth orbit. X-ray photoelectron spectra indicate that the loss of S atoms and Mo oxidation at the atomic oxygen irradiated MoS is significant. Depth profiles of S and Mo indicate that the oxidation is restricted within 3 nm from the surface. This is due to the fact that Mo oxide plays as a protective layer against further oxidation. The surface oxidation affects the friction coefficient. However, due to the delamination of oxide layer, wear-life of the film is reduced in some conditions. In contrast, no sever oxidation states of C atoms are detected at DLC surface. However, the loss of DLC itself is measured by Rutherford backscattering spectroscopy. It is concluded that the protection of DLC film is mandatory for the use of DLC in the LEO space applications.