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本研究では、MnNi酸化物セラミクス(以下、セラミクス)とCoNbZrアモルファス合金(以下、メタル)とからなる複合体製のピンをジルコニア製の回転するディスクに押し付けて摩耗試験を行い、複合体の摩擦摩耗特性を実験的に明らかにした。その結果、複合体の総摩耗量はおおむねinverse ruleで予測可能であることを明らかにした。素材と複合体との摩耗量の関係を表す式であるinverse ruleは複合体の材料設計を行う上で有用である。
複合体が摩耗する場合、その摩耗面には偏摩耗が発生する。本研究では、複合体の偏摩耗発生機構を明らかにすることが複合体の摩耗機構を解明する上で重要であると考え、上述の複合体について偏摩耗に関する実験を行った。摩耗試験は摩耗速度Vと平均面圧Pをパラメータとして行い、その結果、PおよびVに依存して複合体の摩耗面形状が大きく異なることを明らかにした。その主な特徴は、(1)Pが大きくなるほど摩耗段差が大きくなる。(2)PV値が大きくなるほど偏摩耗特有の鋸歯形の摩耗形状が顕著になるということである。複合体の摩耗面形状がPV値に依存して変化するという現象は本研究により初めて明らかとなったものである。さらに、本研究では、弾性論や熱伝導論を用いた理論的解析を行い偏摩耗発生機構について考察した。これにより、セラミクスとメタルとからなる複合体の偏摩耗発生機構には、摩擦発熱によって素材の摩耗形態が塑性変形から脆性破壊へと遷移し同一の素材面であっても当たり圧力が場所により異なることなど、材料の弾性変形と摩耗発熱とが大きく寄与することを見いだした。
以上、本研究で得られた知見は、複合体の最適材料設計を行う上で、そして偏摩耗による摩耗段差を抑制する上で広く用いられるものである。
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