| 研究課題/領域番号 |
23K03642
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| 研究種目 |
基盤研究(C)
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| 配分区分 | 基金 |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 審査区分 |
小区分18040:機械要素およびトライボロジー関連
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| 研究機関 | 豊橋技術科学大学 |
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研究代表者 |
竹市 嘉紀 豊橋技術科学大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (40293758)
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| 研究期間 (年度) |
2023-04-01 – 2027-03-31
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| 研究課題ステータス |
交付 (2024年度)
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| 配分額 *注記 |
4,550千円 (直接経費: 3,500千円、間接経費: 1,050千円)
2026年度: 910千円 (直接経費: 700千円、間接経費: 210千円)
2025年度: 910千円 (直接経費: 700千円、間接経費: 210千円)
2024年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円)
2023年度: 1,300千円 (直接経費: 1,000千円、間接経費: 300千円)
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| キーワード | トライボロジー / 固体潤滑 / 高温 / モリブデン酸銀 / 銀 / 高温潤滑 / 還元反応 / 力学的エネルギー / 金属銀生成 / 低摩擦 / 化学反応 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
モリブデン酸銀を固体潤滑剤として用いて室温から高温までの広い温度域での摩擦試験を実施し，摩擦係数，摩耗量を計測することで各温度域での潤滑性能を調査する．試験後の摩擦痕には高温摩擦中に化学反応により生成された様々な物質が残存する．それらの元素分析，定量分析，結晶構造解析などにより，生成された物質を特定するとともに化学反応を明らかにし，固体潤滑剤がどのように摩擦低減に寄与したのかを解明する．
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| 研究実績の概要 |
昨年度までに，モリブデン酸銀が比較的低めの200℃から高温の700℃までの広い温度域全般で良好な潤滑特性を示すことを明らかにし，この結果が先行研究で良好な高温潤滑特性を示したモリブデン酸銅と比較しても優れていることを示した．また，その要因として，モリブデン酸銅と同様の潤滑機構，すなわち，高温環境下でのステンレス基材間のしゅう動面において固体潤滑剤であるモリブデン酸銀から酸化していない銀が還元反応によって生成され，この軟質金属の存在が潤滑特性をさらに向上させるという機構が発現していることを示した．また，比較的低めの200℃の場合には，基剤主成分の鉄が存在しなくても，せん断力の付与によっても酸化していない銀が生成されることを示し，幅広い温度域においてモリブデン酸銅よりも優れた潤滑特性を示す原因として考えられた．この機構には還元反応が関わっていることから，2024年度は反応成分を詳細に調べることにより，しゅう動面で生じているトライボロジーケミカル反応をさらに詳細に調べた．摩擦痕をX線回折法で分析した結果，固体潤滑剤としてモリブデン酸銀のAg2MoO4を塗布した試験片の摩擦痕から，化学量論比の異なるモリブデン酸銀のAg2Mo2O7が生成されていることが明らかとなった．これは当初のモリブデン酸銀から還元によって酸素が奪われるとともに酸化していない銀が生成される過程で生じる物質であると考えられるが，この物質自身の潤滑性が不明であった．そこで，酸化銀と三酸化モリブデンの混合比，加熱温度，加熱時間などを試行錯誤することで，Ag2Mo2O7の合成に成功し，これを用いた摩擦試験を行った．この結果，Ag2Mo2O7もAg2MoO4と同等に200℃から700℃までの広い温度範囲で優れた潤滑特性を示すことが明らかとなった．
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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
200℃から700℃までの広い温度域で良好な潤滑特性を示したモリブデン酸銀Ag2MoO4をステンレス基材のしゅう動面に用いた際，化学量論比の異なるAg2Mo2O7が生成されることを分析により明らかにしたが，この潤滑特性を明らかにしなくては潤滑メカニズムの解明は進まない．2024年度に最も労力を費やしたのは，このAg2Mo2O7の合成である．この材料の高温潤滑特性を明らかにするためには固体潤滑剤として十分な量を入手する必要があり，また，市販されていない材料であるため自身で合成するしか手段がなかった．化学量論比および，三元系相図をもとに，条件の推測と検証試行の試行錯誤により，ある条件で必要量の合成をすることに成功した．これにより，Ag2Mo2O7の高温固体潤滑剤としての潤滑特性を調べることができ，モリブデン酸銀の場合は高温環境下でのトライボロジーケミカル反応により生成される酸化していない銀の存在の他，同時に生成されるAg2Mo2O7にも優れた潤滑特性があることも，トライボロジー特性向上に大きく寄与していることが明らかとなった．なお，2023年度までの成果については2024年開催のトライボロジー会議において発表を行い反響を得た．また，2024年度の成果については2025年4月末に開催の国際会議において発表する．
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| 今後の研究の推進方策 |
2024年度に特に着目したのが，モリブデン酸銀Ag2MoO4の高温しゅう動面から検出されるAg2Mo2O7の潤滑特性であった．結果的には，このモリブデン酸銀も広い温度域で良好な潤滑特性を示し，Ag2MoO4で潤滑された高温しゅう動面でのトライボロジーケミカル反応生成物はいずれも潤滑性に寄与する材料であることが示された．しかしこの化学反応において不明な点がいくつか挙げられ，中でも注目するのは以下の２点である．１つめは２種類のモリブデン酸銀の反応生成物である．実は合成したAg2Mo2O7を固体潤滑剤として摩擦した高温しゅう動面からAg2MoO4が検出されたのである．つまり，Ag2MoO4で潤滑した高温しゅう動面でAg2Mo2O7が生成され，逆に，Ag2Mo2O7で潤滑した高温しゅう動面でAg2MoO4が生成されるという理解しがたい結論が得られている．この反応経路の解明は，モリブデン酸銀の高温潤滑機構を明らかにする上で重要なポイントとなることは間違いなく，2025年度においてはこの解明が第一の課題となる．２つめは，高温での固体潤滑剤の溶融状態である．Ag2MoO4およびAg2Mo2O7の融点は文献情報として把握できているが，これらを潤滑剤として用いたしゅう動面の走査型電子顕微鏡観察の結果，単に高温で軟化して引き延ばされたというよりは，一旦溶融状態にあったかのような部位が観察されているのである．摩擦面に生成物か複数ある状態で高温になると，物質の融点等に変化が起きることもあり，もししゅう動面で溶融状態になっているとすると，さらに潤滑性に影響を及ぼすと推察される．以上２点を主な解決課題として，さらに詳細な検証実験を進めていく．
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