2021 Fiscal Year Annual Research Report
Analysis of tribological mechanisms of graphene oxide and MoDTC by the SEM friction interface observation method
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20H02057
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| Research Institution | University of Hyogo |
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Principal Investigator |
木之下 博 兵庫県立大学, 工学研究科, 教授 (50362760)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
松本 直浩 兵庫県立大学, 工学研究科, 助教 (80843987)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | 摩擦界面観察 / 走査電子顕微鏡 / 潤滑油 / 酸化グラフェン / 添加剤 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
2019年春に申請者らは電子透過膜とマイクロ摩擦試験機を用い，走査電子顕微鏡（SEM）で摩擦界面を観察する装置を世界に先駆けて実現した．本研究では開発した装置の改良，酸化グラフェン分散潤滑油，さらにモリブデンジチオカーバメート（MoDTC）分散油の境界潤滑での摩擦界面をその場観察し，ブラックボックスと言えるこれらの潤滑メカニズムの解明を目指す．
本年度は，酸化グラフェンについては酸化グラフェン分散水を電子透過膜に直接吸着させたものを摩擦面として摩擦実験を行った。
ます電子透過膜に吸着させた厚さ1nmと思われる酸化グラフェンを観察することができた。またボールが接触すると、金属で構成されたボールの方が二次電子生成確率が高く、ボールの方が明るく、酸化グラフェンは暗く結像されることが分かった。直径1mmのSUJ2ボールで摩擦させると、電子透過膜が非常に弾性変形し、接触面積が大きくなり、面圧が1MPa以下になることがわかった。摩擦させると、少しの酸化グラフェンあるいはボールの変質で摩擦係数が大幅に変わることが分かった。
MoDTCの潤滑油中でのトライボフィルム形成についてはまずは大気中でトライボフィルムが形成される条件を見出してから、SEM中で摩擦を進める方針である。摩擦接触面積が大きいと面圧が下がって十分な温度にならず、また荷重を上げすぎると電子透過膜が破壊される。トライボフィルムを形成するのに加熱が必要か、必要面圧はどの程度必要か調べた。その結果、先端曲率半径が数10μmのピンで摩擦させると相手がガラス面であっても、室温でトライボフィルムが形成できることがわかった。ただ荷重は100mNであり、まだまだ電子透過膜を破壊しないためには荷重を下げる必要があることがわかった。
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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
装置の問題点も見出されて対策を施してきた。酸化グラフェンの摩擦、トライボフィルムの形成についても順調に進んでいる。
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| Strategy for Future Research Activity |
電子透過膜について、非常に薄く、数mNの荷重でもヘルツ接触理論から推定される接触面積の100倍以上になることが、実験から明らかになった。すなわち必要な面圧を付与できない。そのため有限要素解析でも計算を行ったところ同様な傾向があることがわかった。それを回避するには直径1mmのボールではなく、先端曲率半径が数十μmのピンで摩擦する必要が有限要素解析から明らかとなり、実験で確認する。
潤滑油中の酸化グラフェンのコントラストが非常に付けにくい。酸化グラフェンを金属などで修飾する必要があり、実験を行う。
トライボフィルム形成に関しては、やはりピンを用いることで十分な面圧を付与でき形成できる可能性が大気中の実験で示唆されたので、今後は真空中でも可能か実験を行う。
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