研究課題
省エネルギーに対する要請から、自動車を始めとする機械産業において超低摩擦技術の実現が急務である。「なじみと焼付き」の制御が超低摩擦の実現に必須であると広く認識されているが、これまでのシミュレーション技術では、このような現象を扱うことは不可能であった。これに対し本研究では、「なじみと焼付き」の理論基盤を構築し、超低摩擦技術の設計を目的とした。昨年度までは、第一原理分子動力学法とTight-Binding量子分子動力学法に基づくトライボ化学反応シミュレータを活用して、窒化ケイ素膜、炭化ケイ素膜の水による「なじみ過程」において、Si-O-Si結合が生成され、SiO2膜が形成されることを明らかにした。そこで本年度は、第一原理分子動力学シミュレータを活用し、このSiO2膜と水とのトライボ化学反応について検討した。その結果、高荷重下において水とSiO2膜のトライボ化学反応によって、上下のSiO2基板間をまたぐSi-O-Si結合が生成する「焼付き現象」を明らかにした。さらにトライボ化学反応が進むと、このSiO2基板間をまたぐSi-O-Si結合と水の化学反応によりSiO2膜の摩耗が起こる現象を明らかにした。摩耗の発生は実験的にも確認された。さらに大規模計算を実現するためにReax FF分子動力学法に基づくトライボ化学反応シミュレータを開発し、大規模モデルにおいてもトライボ化学反応によるSiO2膜の「焼付き・摩耗現象」を明らかにした。これら成果により、適度な荷重は窒化ケイ素膜、炭化ケイ素膜と水とのトライボ化学反応を促進し、表面のOH終端による低摩擦化、いわゆる「なじみ効果」が期待できるが、過剰な荷重は「焼付き現象」さらには「摩耗」を導くことを明らかにし、適度な荷重の存在とそのメカニズムを解明した。さらに油潤滑に関しても、なじみ・焼付き過程のメカニズム解明を実現し低摩擦条件の設計に成功した。
28年度が最終年度であるため、記入しない。
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