摩擦誘導超低摩擦ナノ構造層によるスマートトライボシステムの開発

2017 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 25220902
• 研究機関: 名古屋大学
• 研究代表者: 梅原 徳次 名古屋大学, 工学研究科, 教授 (70203586)
• 研究分担者: 後藤 実 宇部工業高等専門学校, 機械工学科, 教授 (00435455) ; 月山 陽介 新潟大学, 自然科学系, 助教 (00533639) ; 野老山 貴行 名古屋大学, 工学研究科, 助教 (20432247) ; 吉野 雅彦 東京工業大学, 工学院, 教授 (40201032) ; 川口 雅弘 地方独立行政法人東京都立産業技術研究センター, 開発本部開発第二部表面・化学技術グループ, 主任研究員 (40463054) ; 上坂 裕之 岐阜大学, 工学部, 教授 (90362318) ; 村島 基之 名古屋大学, 工学研究科, 助教 (70779389)
• 研究期間 (年度): 2013-05-31 – 2018-03-31
• キーワード: 超低摩擦 / ナノ構造層 / その場計測 / カーボン系硬質膜

研究実績の概要

「超低摩擦発現ナノ構造変化層の摩擦時その場計測装置」と「超低摩擦摩擦面の表面エネルギーのESEM内その場評価装置」による摩擦誘導ナノ構造層による超低摩擦発現メカニズムの検討を行い、材料と摩擦条件の設計指針を提案した。 具体的に得られた研究成果を以下に示す。
１．「超低摩擦発現ナノ構造変化層の摩擦時その場計測装置」による種々のスマートトライボ膜の評価　　窒化炭素膜(CNx膜)に加えて、ホウ素含有DLC膜 (B-DLC膜)のベース油中でのナノ構造変化層の摩擦時その場計測装置を行い、構造変化層、油膜の特性と超低摩擦の関係を明らかにした。その結果、両材料ともに、表面粗さの低減による流体潤滑の寄与の増加もあるが、それだけでは説明できず、摩擦面の分極率が増加し、境界潤滑部の摩擦係数が減少し，低摩擦を発現したと示唆された。
２．「超低摩擦摩擦面の表面エネルギーのESEM内その場評価装置」による種々のスマートトライボ膜の評価 　　表面エネルギーのESEM内その場評価装置を用いてCNx膜において雰囲気ガスを変化させた場合のCNx摩擦面表面エネルギーと摩擦係数の関係を明らかにした。その結果、　酸素雰囲気において酸素圧力の増加とともに表面エネルギー及び摩擦係数がともに増加し、窒素雰囲気において窒素分圧の増加とともに表面エネルギー及び摩擦係数は減少することが明らかになった．以上の結果より、雰囲気ガスにより摩耗痕の表面エネルギーが著しく変化し、摩擦係数に影響を及ぼすことが明らかになった。
３．「自己潤滑スマートトライボシステム」の超低摩擦モデルの提案　　本研究で開発された2つのその場評価装置により、カーボン系硬質膜の無潤滑時の超低摩擦は「薄膜固体潤滑理論」が、潤滑油中では「表面分極率の向上による吸着潤滑膜による潤滑理論」を超低摩擦モデルとして提案した。さらに、摩耗痕の表面エネルギーの重要性を定量的に提案した。

現在までの達成度 (段落)

29年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

29年度が最終年度であるため、記入しない。

研究成果

• [雑誌論文] Clarification of effect of transformed layer and oil film on low friction coefficient of CNx coating in PAO oil lubrication by in-situ observation of friction area with reflectance spectroscopy (2017)
  • 著者名/発表者名: H. Nishimura, N. Umehara, H. Kousaka, M. Murashima
  • 雑誌名: Tribology International 巻: 113 ページ: 383-388
  • DOI: http://dx.doi.org/10.1016/j.triboint.2016.10.029
  • 査読あり
• [雑誌論文] Tribological properties of ta-CNx coatings with different nitrogen content under oil lubrication conditions (2017)
  • 著者名/発表者名: X. Deng, T. Hattori, N. Umehara, H. Kousaka, K. Manabe, K. Hayashi
  • 雑誌名: Thin Solid Films 巻: 621 ページ: 12-18
  • DOI: http://dx.doi.org/10.1016/j.tsf.2016.11.025
  • 査読あり
• [雑誌論文] Microscopic origin of ultra-low friction coefficient between the wear track formed on carbon nitride coating and transfer layer on sliding ball in friction tests under dry N2 (2017)
  • 著者名/発表者名: H. Inoue, S. Muto, S. Arai, H. Wasada, and N. Umehara
  • 雑誌名: Surface Coatings & Technology 巻: 313 ページ: 31-39
  • DOI: http://dx.doi.org/10.1016/j.surfcoat.2017.01.048
  • 査読あり
• [雑誌論文] Effect of oil temperature and counterpart material on the wear mechanism of ta-CNx coating under base oil lubrication (2017)
  • 著者名/発表者名: X. Liu, R. Yamaguchi, N. Umehara, M. Murashima, T. Tokoroyama
  • 雑誌名: Wear 巻: 390-391 ページ: 312-321
  • DOI: http://dx.doi.org/10.1016/j.wear.2017.08.012
  • 査読あり
• [雑誌論文] Clarification of high wear resistance mechanism of ta-CNx coating in poly alpha-olefin (PAO) lubrication (2017)
  • 著者名/発表者名: X. Liu, R. Yamaguchi, N. Umehara, H.Kousaka, M.Murashima
  • 雑誌名: Tribology International 巻: 105 ページ: 193-200
  • DOI: http://dx.doi.org/10.1016/j.triboint.2016.10.016
  • 査読あり
• [学会発表] In-situ observation of sliding surface of carbonaceous hard coatings with reflectance spectroscopy (2017)
  • 著者名/発表者名: Noritsugu Umehara, Hidenori Nishimura
  • 学会等名: ITS-IFToMM-2017 & K-TIS 2017
  • 国際学会
• [学会発表] Wear behavior of tetrahedral amorphous carbon nitride under poly alpha-olefin (PAO) lubrication (2017)
  • 著者名/発表者名: X. Liu, R. Yamaguchi, N. Umehara, M. Murashima
  • 学会等名: International Conference on Manufacturing, Machine Design and Tribology, ICMDT2017
  • 国際学会
• [学会発表] Wear behavior of tetrahedral amorphous carbon nitride sliding against steel and sapphire disks under PAO oil lubrication (2017)
  • 著者名/発表者名: X. Liu, N. Umehara, T. Tokoroyama, M. Murashima
  • 学会等名: World Tribology Congress 2017
  • 国際学会