2020 Fiscal Year Research-status Report
超低摩擦現象の実用化に向けたトライボフィルムの形成メカニズムの解明
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19K14879
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| Research Institution | Tokyo Metropolitan Industrial Technology Research Institute |
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Principal Investigator |
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, 主任研究員 (30633515)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | DLC膜 / 超低摩擦化現象 / 触媒作用 / オイルレス技術 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
二年時の研究において、触媒作用を有するジルコニア(ZrO2)とダイヤモンドライクカーボン(Diamond-like carbon; DLC)膜を、エタノール蒸気を添加した窒素雰囲気中で摩擦することで生成される摩擦反応膜(トライボフィルム)の形成メカニズムの調査を行った。実験内容としては、ZrO2の摩擦相手材をDLC膜以外の材料（セラミックスやカーボン系材料、合金材料など）とし、従来の超低摩擦化現象が発現するかどうかを検証することで、トライボフィルムの形成メカニズムを検討する方法とした。実験結果より、エタノール添加窒素雰囲気中でZrO2球とZrO2プレートを摩擦したところ、超低摩擦化現象は発生しなかったものの、摺動界面にポリエチレンが形成されていることが判明した。したがって、エタノール蒸気を原料とし、無定形炭素のトライボフィルムが摩擦により摺動界面に形成されるにあたって、その経路にポリエチレンが形成されるフェーズが存在していることを示唆するものと考えられる。上記の結果よりトライボフィルムの形成メカニズムを考察すると、エタノールに対するZrO2の脱水反応によりエチレンが形成され、エチレンに対する脱水素反応および重合反応によりポリエチレンが形成されたものと推察される。そして、ポリエチレンの構造変化が進むことで、最終的に超低摩擦化現象を発現する無定形炭素のトライボフィルムが形成されるものと推察される。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
エタノール添加窒素雰囲気下におけるZrO2同士での摩擦試験の結果より、摺動界面にポリエチレンが形成されていることが判明した。この結果はトライボフィルムの形成メカニズムの解明に資するデータであり、順調に研究が進んでいると考える。
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| Strategy for Future Research Activity |
来年度以降は主に、「①トライボフィルムの形成メカニズムの更なる解明」および「②摩擦試験時の試験条件による影響の可視化」を目標として研究を推進する。トライボフィルムの形成メカニズムの更なる解明においては、透明材料（石英あるいはサファイア）に半透明なDLC膜を形成し、背面からカメラ観察を行うことで、ZrO2球との摩擦界面をその場観察可能なIn-situ試験を実施する。これにより、トライボフィルムの形成過程の可視化を達成する。同時に、摩擦界面に対しラマン分光分析を行うことで、トライボフィルムの経時的な形成プロセスを可視化する。これらのIn-situ観察と併せて摩擦係数の変動を解析することで、現象発生のメカニズムを調査する。摩擦試験時の試験条件の影響の可視化については、超低摩擦化現象発生における荷重条件等の影響を調査するとともに、In-situ解析結果と照らし合わせることで、摩擦界面における摺動環境の可視化を行う。以上の取り組みにより、トライボフィルムの形成プロセスを明確化するとともに、当該技術の実用化を目指して研究を推進する。
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| Causes of Carryover |
二年時の研究結果より、エタノール添加窒素雰囲気中におけるZrO2同士の摩擦試験においてトライボフィルムの形成メカニズムの検討に資するデータを得ることができた。一方で、形成過程の可視化が必要と考え、In-situでのその場観察用の備品が必要となった。また、2020年度はコロナウィルスの影響で国内外での学会発表予定に変更が生じ、2021年度に発表する予定に切り替える必要が生じた。以上の影響により、資金計画の変更が必要となり、次年度使用額が生じた。
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