| Project/Area Number |
22K14171
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Review Section |
Basic Section 18040:Machine elements and tribology-related
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| Research Institution | Kyoto University |
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Principal Investigator |
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| Project Period (FY) |
2022-04-01 – 2024-03-31
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| Project Status |
Completed (Fiscal Year 2023)
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| Budget Amount *help |
¥4,550,000 (Direct Cost: ¥3,500,000、Indirect Cost: ¥1,050,000)
Fiscal Year 2023: ¥2,210,000 (Direct Cost: ¥1,700,000、Indirect Cost: ¥510,000)
Fiscal Year 2022: ¥2,340,000 (Direct Cost: ¥1,800,000、Indirect Cost: ¥540,000)
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| Keywords | トライボロジー / 原子間力顕微鏡 / 中性子反射率測定 / 有機系潤滑添加剤 / 脂肪酸 / 吸着分子膜 / 金属石鹸膜 / ナノ腐食 / 金属石鹸 / 添加剤 / 潤滑 / 中性子反射率法 |
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| Outline of Research at the Start |
有機系の潤滑添加剤は金属表面に「吸着分子膜」を形成し，「金属石鹸膜」へと変化するが，詳細な現象解明には至っていない．本研究では，この膜の状態変化における摩擦や温度の影響を詳細に評価する．そのために，原子間力顕微鏡を使った吸着力や摩擦力の測定によって添加剤と金属間に働く結合力の温度/時間依存性を明らかにして，物理吸着から化学吸着，および金属石鹸への状態変化について摩擦特性と関連させた評価を行う．また，中性子反射率測定を利用して金属表面の腐食をサブナノメートルレベルで測定することによって，高温環境で金属石鹸膜が生じる際の金属最表面と吸着分子膜の状態変化を詳細に分析する．
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| Outline of Final Research Achievements |
The relationship between the microstructure of the lubricant/metal interface obtained by neutron reflectometry (NR) and the nanotribological properties obtained by atomic force microscopy (AFM) has been evaluated, with a focus on in-situ analysis in lubricants. When copper with an oxidised surface was used, a thick metallic soap film formed on the copper surface over time, resulting in a low coefficient of friction. In the NR experiments, when stearic acid was used, a nano-level reduction in film thickness on the copper surface was observed when heated to 120 °C, whereas no significant reduction in film thickness was observed when deuterated stearic acid was used. This result suggests that the film formed by the stearic acid may have been as thick as the amount of corrosion on the copper surface.
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| Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements |
吸着分子膜がどの段階でどのように金属石鹸膜へと変化し，吸着分子膜と比較してどれほど摩擦を抑制できるのか？という根本的な疑問の解明に向け，実際の摩擦場での有機系潤滑添加剤のふるまいを詳細に評価した．機械の摺動部や金属加工では基本的に熱の発生を伴うため，有機系添加剤が形成する膜の状態変化への温度影響の調査は，高温環境下においても低摩擦を発揮する高性能な添加剤や，摺動部への過度な腐食摩耗を生じさせない添加剤を設計するための指針となり，最終的には機械や金属加工における摩擦ロスの抑制の実現につなげることが可能である．
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