• 研究課題をさがす
  • 研究者をさがす
  • KAKENの使い方
  1. 課題ページに戻る

2017 年度 実績報告書

潤滑下におけるDLCの超低摩擦発現メカニズム解明のためのその場複合解析装置の開発

研究課題

研究課題/領域番号 16J09043
研究機関東京理科大学

研究代表者

大久保 光  東京理科大学, 工学研究科, 特別研究員(DC1)

研究期間 (年度) 2016-04-22 – 2019-03-31
キーワードDLC / 超低摩擦 / 潤滑油添加剤 / AFM / Raman / その場観察 / In-situ / トライボロジー
研究実績の概要

DLC膜の油中超低摩擦発現メカニズム解明のために,前年度作製したIn-situ Raman摩擦試験機にSpace Layer Imaging法(SLIM)を導入することでさらなる改良を施し,in-situ Raman-SLIM摩擦試験機を開発した.これを導入することで,DLC膜の構造変化層,反応生成物の化学情報及び構造変化-反応生成物膜厚さの解析を可能とする.すなわち,本試験機一つで,摩擦・摩耗・潤滑油由来生成物・材料構造変化・摺動界面生成物の層厚さという5つのパラメータを同時取得可能となった.
また,前年に引き続きMoDTC油中DLC膜の異常摩耗現象の解明に取り組んだ.本年度はIn-situ Raman摩擦試験機に加えて,Raman分析結果の補完する他分析装置を併用することで現象解明を行った.成果から,MoDTC油中におけるDLC膜の異常な構造変化はモリブデンカーバイドの生成時のトライボケミカル反応により誘起されていることが示唆され,硬質なモリブデンカーバイドがDLC相手材料のSteel側に形成されることアブレイシブ摩耗を引き起こしていることが確認された.したがって,MoDTCの異常摩耗現象はDLC由来炭素とMoDTCのトライボケミカル反応により生成された硬質Mo-Cによる機械的摩耗が主要因であることを突き止めた.この成果により,異常摩耗を発生しないDLC組成や添加剤処方を提案した.
新たな取り組みとして, 周波数変調AFM(FM-AFM)を用いた油中における超低摩擦DLC界面のその場AFM観察を行った.FM-AFMは従来のAFMの力感度を遥かにしのぐ評価手法であり,トライボロジ現象解明のための界面構造解析に非常に有用である.この解析結果から,DLCの超低摩擦界面の吸着膜は,摩擦エネルギ―により膜厚方向に吸着膜分子密度が増加しており,この特異な界面構造がDLC膜の超低摩擦を発現しているものと推察される.

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

1: 当初の計画以上に進展している

理由

本年度開発したin-situ Raman-SLIM分析装置は反応膜厚さ・化学組成・摩擦係数・摩耗状態を一度に把握できる複合型その場摩擦試験機であり,今後の研究を大きく後押しするものである.
また,本年度の主な成果である「その場複合観察装置を用いたエンジン油中のDLC膜の異常摩耗メカニズムの解明」は,本研究の目的の一つでもあるDLC膜の超低摩擦を安定的に発現するための技術の根幹をなす成果であると考えられる.
加えて,FM-AFMを用いたDLC膜の超低摩擦界面のその場観察の成果は,本研究が目的とする超低摩擦現象のメカニズム解明に大きく寄与するものである.

今後の研究の推進方策

その場複合観察装置およびFM-AFMを用いることで,超低摩擦界面観察と超低摩擦・異常摩耗現象のさらなる解明を行う.さらに,昨年度までの成果を基にDLC膜の超低摩擦現象・またそれに伴う摩耗現象についてまとめ,超低摩擦を安定的に発現する新規DLC設計や新規添加剤設計を試みる.これまでの知見から,従来使用されている重金属添加剤(ZDDP,MoDTC)では,DLCの低摩擦化を狙った際に構造変化を起因とした摩耗が大きな問題点となることが確認されている.したがって,そのような重金属によるDLC膜の構造変化を抑制するようなDLC膜構造の提案を行う.加えて,近年の環境問題を背景として,重金属添加剤の代替添加剤が求められていることから,C,O,H,Nといった元素構成からなるDLC膜用の環境対応添加剤の創生を試みる.

  • 研究成果

    (10件)

すべて 2018 2017

すべて 雑誌論文 (3件) (うち査読あり 2件) 学会発表 (6件) (うち国際学会 4件) 図書 (1件)

  • [雑誌論文] DLC膜のトライボロジー特性に及ぼす潤滑油添加剤の影響2018

    • 著者名/発表者名
      大久保光,佐々木信也
    • 雑誌名

      トライボロジスト

      巻: 63 ページ: 11~19

  • [雑誌論文] In Situ Raman Observation of the Graphitization Process of Tetrahedral Amorphous Carbon Diamond-Like Carbon under Boundary Lubrication in Poly-Alpha-Olefin with an Organic Friction Modifier2017

    • 著者名/発表者名
      Okubo Hikaru、Tadokoro Chiharu、Hirata Yuki、Sasaki Shinya
    • 雑誌名

      Tribology Online

      巻: 12 ページ: 229~237

    • DOI

      https://doi.org/10.2474/trol.12.229

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Effects of Molecular Structure of Zinc Dialkyldithiophosphates on Tribological Properties of a Hydrogenated Amorphous Carbon Film under Boundary Lubrication2017

    • 著者名/発表者名
      Okubo Hikaru、Watanabe Seiya、Tadokoro Chiharu、Hirata Yuki、Sasaki Shinya
    • 雑誌名

      Tribology Online

      巻: 12 ページ: 221~228

    • DOI

      https://doi.org/10.2474/trol.12.221

    • 査読あり
  • [学会発表] Superlow friction mechanism of diamond-like carbon lubricated with an environmentally friendly ester based oil2018

    • 著者名/発表者名
      Hikaru Okubo
    • 学会等名
      HYDROGENIUS&I2CNER 合同シンポジウム トライボロジー研究部門
    • 国際学会
  • [学会発表] In-situ Raman 分光分析によるMoDTC 油中におけるDLC 膜の異常摩耗メカニズムの解明2017

    • 著者名/発表者名
      大久保 光
    • 学会等名
      トライボロジー会議2017春 東京
  • [学会発表] MoDTC油中におけるDLC膜の異常摩耗メカニズム2017

    • 著者名/発表者名
      大久保 光
    • 学会等名
      トライボロジー会議2017秋 高松
  • [学会発表] Wear acceleration mechanism of DLC films under boundary lubrication in the presence of molybdenum-containing additives2017

    • 著者名/発表者名
      Hikaru Okubo
    • 学会等名
      Leeds-Lyon Symposium on Tribology 2017
    • 国際学会
  • [学会発表] In situ Raman observation of structural transformation of diamond-like carbon films lubricated with MoDTC solution: mechanism of wear acceleration of DLC films lubricated with MoDTC solution2017

    • 著者名/発表者名
      Hikaru Okubo
    • 学会等名
      The 7th International Conference on Manufacturing, Machine Design and Tribology - ICMDT 2017
    • 国際学会
  • [学会発表] Frequency modulation atomic force microscopy (FM-AFM) observation of adsorbed films on diamond-like carbon (DLC) surfaces2017

    • 著者名/発表者名
      Hikaru Okubo
    • 学会等名
      11th International Symposium on Atomic Level Characterizations for New Materials and Devices ’17
    • 国際学会
  • [図書] 数値解析と表面分析による トライボロジーの解明と制御2018

    • 著者名/発表者名
      佐々木信也,大久保光 他140名
    • 総ページ数
      1192
    • 出版者
      株式会社テクノシステム
    • ISBN
      9784924728806c3050

URL: 

公開日: 2018-12-17  

サービス概要 検索マニュアル よくある質問 お知らせ 利用規程 科研費による研究の帰属

Powered by NII kakenhi