2004 Fiscal Year Annual Research Report
ナノ超微粒子の摩擦焼結による独創的トライボ膜の創製
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16360082
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Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
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| Research Institution | Fukui National College of Technology |
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Principal Investigator |
加藤 寛敬 福井工業高等専門学校, 機械工学科, 助教授 (30311020)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
安丸 尚樹 福井工業高等専門学校, 機械工学科, 教授 (90158006)
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| Keywords | ナノ粒子 / 摩擦焼結 / トライボ膜 / 金属酸化物 / マイルド摩耗 / 粒子供給 / トライボロジー特性 / ピンオンディスク |
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| Research Abstract |
繰り返しを伴う金属のすべり摩耗において、ナノ超微粒子粉末を金属の摩擦面に供給すると、その粒子は固体接触間の摩擦面で固着・焼結されてトライボ膜を生成し、これが金属同士の凝着を防ぎ低摩擦・低摩耗を出現できる。表面エネルギーの大きいナノメーターサイズの超微粒子粉末は、繰り返しを伴う摩擦面の真実接触点での瞬間的高温高面圧下では焼結やMA (Mechanical Alloying、機械的合金化)の現象が生じ、これによって生成された摩擦面のトライボ膜(摩擦摩耗により摩擦面に生じた膜、または摩擦により物性や化学組成が変化した表面部分)は、微細構造を有し耐凝着性・耐摩耗性に優れた表面膜になりうる。すなわち、ナノ超微粒子粉末の摩擦焼結(固体接触問の摩擦による粉末粒子の焼結)により、トライボロジー特性に優れた独創的トライボ膜の創製が可能である。本研究では、(1)ナノメーターサイズの超微粒子粉末を金属のすべり摩耗の摩擦面に供給し、供給する粉末粒子の種類・粒子サイズ・摩擦条件・摩擦雰囲気などが、摩擦焼結によるトライボ膜の組成・厚さ・形状などの生成形態に及ぼす影響を明らかにすること、(2)その生成したトライボ膜のトライボロジー特性を明らかにすること、を目的として実施した。
1年目である本年度は、摩擦面に供給するナノ超微粒子には、ビルドアップ法により作成し市販されている金属と金属酸化物のナノ超微粒子を用いて実験を行った。具体的には、ガス中蒸発法粒子によるFeやNiなどの20nmの金属超微粒子や、気相法によるα-Fe_2O_3、Al_2O_3、CuOなどの数10nmの金属酸化物粒子を使用した。摩擦焼結は、現有のピンオンディスク摩擦摩耗試験機を用いて行い、ピン・ディスク試験片材料としてFe・Ni・Cuなどの金属を用いた。なお、摩擦雰囲気の影響を調査する目的で、雰囲気制御摩擦摩耗試験機を製作・購入した。摩擦面の高分解能SEM観察により、ナノ粒子の焼結現象の証拠が得られ、ナノ粒子の摩擦焼結によるトライボ膜の生成を発見した。さらに、このトライボ膜は摩耗を飛躍的に低減することを見出した。
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