2021 Fiscal Year Annual Research Report
Elucidation of the growth process of layer structure caused by molecular films adsorbed on the solid-liquid interface and its contribution to lubrication
| Project/Area Number |
18K05058
|
|---|
| Research Institution | University of Fukui |
|---|
Principal Investigator |
久田 研次 福井大学, 学術研究院工学系部門, 教授 (60283165)
|
|---|
| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
平田 豊章 福井大学, 学術研究院工学系部門, 講師 (30800461)
|
|---|
| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2022-03-31
|
| Keywords | 流体－金属界面 / 吸着分子層 / 界面すべり / レゾネータ測定 / 局所粘度 / 金属石鹼グリース / 不均一核生成 / HSAB則 |
|---|
| Outline of Annual Research Achievements |
各種脂肪酸を添加したヘキサデカン溶液に浸漬した水晶振動子のレゾネータ測定から金属表面近傍（数百nmから数μm）に存在する流体の局所粘度の時間発展を測定した。各種電極素材（Fe，Al，Cu，Agおよびシリカ）を比較すると，銅電極上では顕著に局所粘度が増加した。疎水鎖が直鎖で炭素数が16もしくは18と長いときには，1週間以上かけて局所粘度が二桁増大した。
顕著な増粘が観測された金属表面を原子間力顕微鏡観察したところ，針状結晶様の構造体が銅表面上に形成されていた。この構造体は，脂肪酸銅(II)の融点付近で融解した。付着物の質量分析も，この構造体が添加剤である脂肪酸もしくはその塩に由来することを示した。以上の結果をもとに，銅界面で観測された高粘度層は，金属石鹸グリースとして知られる脂肪酸塩の針状結晶とヘキサデカンの混合物であると推測した。この吸着層は，高圧下における潤滑性や金属表面の耐摩耗性を向上させると期待される。
潤滑油によるトライボ特性においては，流体粘度が性能評価の指標として用いられる。脂肪酸のような両親媒性の添加剤は，固液界面に吸着して固液間の「滑り」に影響し，実効的な流体粘度を調整していると考えられる。そこで，金属に接した流体分子の運動性を不均一核生成による凍結現象により評価した。液体から結晶への相転移する際には，分子の再配向・再配列が必要であるため，凍結開始時に放出される熱量から金属表面による流体分子の束縛エネルギーを見積もった。FeやAlとの界面において，脂肪酸添加により束縛エネルギーがほぼゼロとなり，金属表面への脂肪酸吸着により，流体分子の界面における易動度が高くなるように改質されていることが示された。
以上の結果は，金属表面の酸化層と脂肪酸の極性末端基の錯形成反応を古典的なHSAB則に従って分類することによって整理できることを示した。
|
Research Products
(5 results)
