| 研究課題/領域番号 |
22H00188
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| 研究種目 |
基盤研究(A)
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| 配分区分 | 補助金 |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 審査区分 |
中区分18:材料力学、生産工学、設計工学およびその関連分野
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| 研究機関 | 九州大学 |
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研究代表者 |
八木 和行 九州大学, 工学研究院, 教授 (50349841)
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| 研究分担者 |
平山 朋子 京都大学, 工学研究科, 教授 (00340505)
鷲津 仁志 兵庫県立大学, 情報科学研究科, 教授 (00394883)
杉村 奈都子 鹿児島工業高等専門学校, 機械工学科, 准教授 (00563959)
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| 研究期間 (年度) |
2022-04-01 – 2026-03-31
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| 研究課題ステータス |
交付 (2025年度)
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| 配分額 *注記 |
42,770千円 (直接経費: 32,900千円、間接経費: 9,870千円)
2025年度: 7,410千円 (直接経費: 5,700千円、間接経費: 1,710千円)
2024年度: 8,580千円 (直接経費: 6,600千円、間接経費: 1,980千円)
2023年度: 8,450千円 (直接経費: 6,500千円、間接経費: 1,950千円)
2022年度: 18,330千円 (直接経費: 14,100千円、間接経費: 4,230千円)
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| キーワード | トライボロジー / 境界潤滑 / 結晶構造 / X線回折法 / 放射光 / 添加剤 / 酸化膜 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
本研究では、潤滑面の摩擦特性や耐摩耗性を向上させるために必要不可欠な境界潤滑膜を研究対象とする。境界潤滑膜は表面と潤滑油中の添加剤との化学反応によって生み出されるが、本研究では、境界潤滑膜生成および破壊機構を表面層および境界潤滑膜の結晶構造の変化を調べることにより解明する。大形放射光施設を用いたその場X線回折法による多層膜結晶構造測定、AFMによる表面超微細結晶の境界膜生成能分析、分子動力学シミュレーションによる境界膜生成モデリングといった多角的な取り組みにより研究を推進する。
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| 研究実績の概要 |
2024年度にはSPring-8にて硫黄系極圧添加剤を潤滑油として用いた際の摩擦実験を行い、Ｘ線回折スペクトルの分析を行った。摩擦実験ではすべり速度は荷重を変化させ、摩擦面材料には炭素鋼のS45Cとオーステナイト系ステンレスのSUS304を用い、両者の比較を行った。S45Cの場合には硫化鉄であるFeSやFeS2が摩擦中に検出されたが、摩擦条件が厳しくなり焼付きに至る際には硫化鉄の量が減少していった。一方、焼付きに至り摩擦係数が上昇して摩擦面温度上昇が進行した結果、酸化鉄の量が増えていったがFe3O4が減少したのに対し、FeOとFe2O3の量が増加していった。SUS304の場合にはFeSやFeS2の検出量が炭素鋼よりも明らかに少なくなっていた。酸化鉄については実験の進行にともなってFe2O3の量は徐々に上昇していったが、途中でFeOの量が増え、最終的に摩擦係数が上昇する場面ではすべての酸化鉄の検出量が落ち込んでいった。以上のようにその場XRD分析により鋼種により添加剤由来の反応膜や酸化膜の挙動に大きな違いがあることが明らかとなった。
京都大学平山教授の研究グループでは、雰囲気制御型原子間力顕微鏡を用いて各種油性剤の反応性を確認した結果、添加剤の反応には雰囲気の差異が大きく影響していることを明らかにした。特に酸素の存在が添加剤の反応性に重要な役割を果たしていた。これは焼付き時のような酸素の供給が追い付かなくなるような局面での添加剤の反応性の違いを表しているものと考えられた。
兵庫県立大学鷲津教授および鹿児島高専杉村准教授のグループでは、反応分子動力学を用いた基油および添加剤の両者を含む系の吸着構造の安定性について引き続き解析を進めた。その結果、添加剤のチェーンマッチング現象や表面突起接触時におけるフラッシュ温度の解析を進めることができた。
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| 現在までの達成度 |
現在までの達成度
2: おおむね順調に進展している
理由
2024年度の目標であった硫黄系極圧添加剤由来の化学反応膜の成長および破壊過程のその場分析を成功することができた。さらに炭素鋼とオーステナイト系ステンレス鋼の反応性の違いを定量的に明らかにすること、およぼそれぞれの表面材料の焼付き時の境界膜の破壊過程を明らかにすることができた。また、共同研究者の各目標も無事達成でき、連携も取れているため研究は順調に進展していると判断した。
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| 今後の研究の推進方策 |
SPring-8の利用申請は引き続き行う予定である。次回実験時には各種添加剤が混入されているエンジンオイルを用いて実験を行う予定である。また、大学でも摩擦実験や境界膜の表面分析を行い、その場観察に向けた基礎データを蓄積していく。京都大学平山教授グループ、兵庫県立大学鷲津教授、鹿児島高専杉村准教授グループとの連携については、定期的に会議を行い、進捗状況を確認して研究を進めていく。
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