2022 Fiscal Year Research-status Report

過酷なしゅう動条件下で摩擦低減をもたらす物理的かつ化学的な表面テクスチャの創製

Research Project

Project/Area Number	18K03917
Research Institution	Tokyo City University
Principal Investigator	亀山雄高東京都市大学, 理工学部, 准教授 (20398639)
Co-Investigator(Kenkyū-buntansha)	伊東明美東京都市大学, 理工学部, 教授 (40574041) 市川裕士東北大学, 工学研究科, 准教授 (80451540)
Project Period (FY)	2018-04-01 – 2024-03-31
Keywords	テクスチャ / 微細周期構造 / ピーニング / 移着 / 潤滑油添加剤 / トライボフィルム
Outline of Annual Research Achievements	まず，微粒子ピーニングによって表面テクスチャを形成したアルミニウム基材の潤滑下摩擦試験を行った．斜投射微粒子ピーニングを用いて寸法が系統的に異なるうね状微細構造を形成した試験片（ピッチ：0.1mm弱・高さ：5～10um）と，比較材として機械加工によって形成した周期溝構造（ピッチ：0.1mm，高さ：3um）も用意し，これらのテクスチャ材をピン側試験片に，アルミ合金平板をディスク側試験片に用いて，ピンオンディスク回転式摩擦試験を行って摩擦係数を評価した．表面の潤滑状態を表すストライベック線図に結果を整理したところ，機械加工による周期溝構造よりも斜投射微粒子ピーニングによる微細うね状構造のほうがより良好な潤滑性を示す可能性が示唆された．またうね状微細構造の寸法が大きいほうが摩擦係数は低い値を取る傾向が認められた．次に微粒子ピーニングによって鉄成分を移着させたアルミニウム基材の摩擦摩耗試験を実施した．鉄成分の移着が潤滑油添加剤（Zn-DTP）の吸着とそれに伴う摩耗の低減に及ぼす影響について詳細に調べた．とくに，凹凸を有する表面において生じた微小な摩耗を定量的に評価する手法を定め，これを用いて鉄移着の有無による摩耗量を比較した．これまでの研究を通し，鉄を移着させたアルミニウム基材をZn-DTP存在下で摺動した場合，低い摩擦と少ない摩耗を示す場合と，対照的に高い摩擦と大きな摩耗量を示す場合とがあった．本年度の研究においてもこの傾向は再現された．摩耗量を定量的に比較したことにより，摩耗が少なくなる場合については鉄を移着させていない表面をZn-DTP存在下で摩耗させた場合よりも摩耗が低減されていることが明らかになった．また，摩耗が多くなるケースでは，相手材にアルミニウム試験片由来の摩耗粉が凝着し，同種材摩擦の様相となっていたことも明らかになり，摩耗現象の一層の理解が得られた．
Current Status of Research Progress	Current Status of Research Progress 3: Progress in research has been slightly delayed. Reason 今年度実施した実験は，コロナ禍以前2019年に着手して以降中断状態であった内容を含み，実験ノウハウの再整備や実験装置の調整上の問題で，当初期待したほどの進捗が得られなかったことからこのように評価した．一方，これまでに得られてきた研究結果を補強する知見も得られており，成果の質的内容は評価できる点があると考えている．
Strategy for Future Research Activity	上述のような事情から期間を再延長するに至った．うね状微細構造のトライボロジー特性については，実験のN数を増やしつつ，2022年度内に十分行えなかったメカニズム面の考察を行う予定である．一方，鉄成分移着が潤滑油添加剤の作用に及ぼす影響に対しては，昨年度までの研究で基本的なメカニズムについての知見が得られたので，現象がより顕著に発現する昇温条件下での実験を行うことにより，本研究で提唱する原理の検証を進める．
Causes of Carryover	2022年度中の実験の進捗が当初見込みよりやや遅れたため，それに要する予定であった経費が未使用となった．これらの予算は，延長により2023年度に持ち越した実験を実施するために必要な資材の購入に充てる計画である．