Industrial application of friction fade-out and clarification of its mechanism

2018 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 16H02308
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (A)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 一般
• Research Field: Design engineering/Machine functional elements/Tribology
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: Kato Takahisa 東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 特任研究員 (60152716)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 鷲津 仁志 兵庫県立大学, シミュレーション学研究科, 教授 (00394883) ; 川口 雅弘 地方独立行政法人東京都立産業技術研究センター, 開発本部開発第二部表面・化学技術グループ, 上席研究員 (40463054) ; 徳田 祐樹 地方独立行政法人東京都立産業技術研究センター, 開発本部開発第二部表面・化学技術グループ, 副主任研究員 (30633515)
• Project Period (FY): 2016-04-01 – 2019-03-31
• Keywords: 超低摩擦 / ダイヤモンドライクカーボン / ジルコニア / トライボフィルム / エタノール / 脱水素反応 / 脱水反応

Outline of Final Research Achievements

It was seen that the friction coefficient under hydrogen environment reduced to the friction-tester noise-level of 0.0001 (Friction fade-out), and only a small amount of sliding marks was seen on the tribofilm by scanning electron microscopic observation even though the maximum Hertzian contact pressure was 2.6 GPa. We found by the new studies that the hydrogen gas is not necessarily important, but the tribofilms formed on the friction materials of hydrocarbon substances play very important roles, which are made by dehydration and dehydrogenation of ethanol included in friction environment. We also discuss the mechanism of friction fade-out, and raised the hypothesis that ethylene gas made by catalytic reaction of ZrO2 works as gas lubricants which brings friction fade-out.

Free Research Field

トライボロジー

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

発電機、自動車エンジンをはじめとして回転機械はあらゆる動力機械で使われている。しかし、産出される動力の約２割は摩擦エネルギーとして熱になり無駄に捨てられる。その摩擦を低下させることができれば、動力を有効に使うことができ、さらにCO2発生量を抑えることができる。本研究では、摩擦係数を0.0001まで低下させる現象、摩擦フェイドアウト、の実用化をめざし手研究開発を行った。そして、扱いにくい水素ガスの利用を抑えることに成功し、実用化に近づけた。また本現象の解明を研究し、トライボフィルムから生ずるエチレンガスによるガス潤滑仮説を提案した。