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2017 Fiscal Year Annual Research Report

Elucidation of metallurgical factors for controlling friction coefficient through nanocrystallization in metals

Research Project

Project/Area Number 15H04155
Research InstitutionToyohashi University of Technology

Principal Investigator

戸高 義一  豊橋技術科学大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (50345956)

Project Period (FY) 2015-04-01 – 2018-03-31
Keywordsトライボロジー / 構造・機能材料 / 組織制御 / 格子欠陥 / 巨大ひずみ加工
Outline of Annual Research Achievements

ナノ組織化による摩擦係数μ制御(低μ化, 高μ化)は、高密度に格子欠陥(結晶粒界, 転位 等)を導入することにより、結合フリーな原子(電子の偏り)が試料表面で増加することに起因して可能となると考えられる。この点に着目して、格子欠陥種・密度の異なる鉄鋼材料について調査し、μ制御のための組織因子を明らかにすることで、金属の組織制御に基づいた新たなμ制御の指導原理を提案することを目的とする。
【a】 原子-分子間相互作用(物理吸着, 化学吸着)の活用による低μ化
構成分子が極性をもつエステル系潤滑油中のボールオンディスク(BonD)試験において、巨大ひずみ加工にてナノ組織化することにより低μ化が生じる。これは、FM-AFM, FT-IR 等の調査から、ナノ組織化により物理吸着膜の厚さや表面原子と潤滑油分子との結合の程度が増加することに起因することが分かった。その起源は、XPSの結果から、ナノ組織化による電子的な構造変化であると考えられる。また、巨大ひずみ加工と異なる手法である物理的気相成長法(PVD)により作製したナノ組織化膜においても、ナノ組織化により低μ化することが明らかとなった。PVD法は既に工業的に広く用いられているプロセスであり、成膜条件を最適化して組織制御することで、低μ化できることは意義深い。これらのことから、原子-分子間相互作用の活用による低μ化は、組織微細化に伴う普遍的な現象であることが分かった。
【b】 反応性(化学反応)の活用による高μ化
極圧添加剤(リン酸トリクレジル, TCP)を配合したポリ‐α‐オレフィン(PAO)系潤滑油中のBonD試験において、リン酸Fe膜(化学反応膜)が形成する。ナノ組織化により、その形成形態および摩擦・摩耗挙動が変化することで高μ化が顕在化することが分かった。

Research Progress Status

29年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

29年度が最終年度であるため、記入しない。

  • Research Products

    (25 results)

All 2018 2017 Other

All Journal Article (1 results) (of which Peer Reviewed: 1 results) Presentation (22 results) (of which Int'l Joint Research: 5 results,  Invited: 7 results) Remarks (2 results)

  • [Journal Article] Effect of grain size on friction coefficient under oil lubrication in nanostructured Fe fabricated by PVD and SPD methods2018

    • Author(s)
      Naoya Hyodo, Nozomu Adachi, Masahiro Hino, Yoshikazu Todaka, Yojiro Oba
    • Journal Title

      Procedia Manufacturing

      Volume: 印刷中 Pages: 印刷中

    • Peer Reviewed
  • [Presentation] X線・中性子反射率法による潤滑界面の平均構造評価の試み2018

    • Author(s)
      日野正裕, 足立望, 戸高義一, 大場洋次郎, 平山朋子
    • Organizer
      京都大学 原子炉実験所 第52回学術講演会, 京都大学 原子炉実験所
  • [Presentation] 表層強ひずみ摩擦加工と高周波焼入れにより作製した表層ナノ組織化鉄鋼材料における転がり疲労特性2018

    • Author(s)
      戸髙義一, 足立望, 三阪佳孝
    • Organizer
      日本鉄鋼協会 第175回 春季講演大会, 千葉工業大学 新習志野キャンパス
  • [Presentation] 強ひずみ加工により作製した表層ナノ組織化炭素鋼の転がり疲労特性2017

    • Author(s)
      戸髙義一, 足立望, 椎原良典, 梅野宜崇, 日野正裕, 大場洋次郎, 光原昌寿, 西田稔
    • Organizer
      日本トライボロジー学会 トライボロジー会議2017 春 東京, 国立オリンピック記念青少年総合センター
  • [Presentation] 鉄鋼材料の強ひずみ加工によるナノ組織化に基づく摩擦係数制御2017

    • Author(s)
      戸髙義一
    • Organizer
      日本塑性加工学会 プロセス・トライボロジー分科会 第150回研究会, 東京理科大学 葛飾キャンパス
    • Invited
  • [Presentation] 強加工による組織変化2017

    • Author(s)
      戸髙義一, 足立望
    • Organizer
      日本熱処理技術協会, 東京工業大学 大岡山キャンパス
    • Invited
  • [Presentation] HPT加工した純鉄の摩擦特性と微細組織2017

    • Author(s)
      岩﨑眞澄, 山﨑重人, 光原昌寿, 中島英治, 西田稔, 堀井基弘, 戸髙義一
    • Organizer
      日本鉄鋼協会・日本金属学会・軽金属学会 九州支部 平成29年度合同学術講演会, 熊本大学
  • [Presentation] Tribological behavior under lubricant in heavy plastic deformed steels with high-density of lattice defects2017

    • Author(s)
      Yoshikazu Todaka, Motohiro Horii, Shion Tachibana, Nozomu Adachi, Masatoshi Mitsuhara, Minoru Nishida
    • Organizer
      Frontiers in Materials Processing, Applications, Research and Technology, (FiMPART’2017), Bordeaux, FRANCE
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] Small-angle neutron scattering of anomalous magnetic microstructure in pure Fe induced by high-pressure torsion straining2017

    • Author(s)
      Yojiro Oba, Nozomu Adachi, Yoshikazu Todaka, Masaaki Sugiyama
    • Organizer
      Frontiers in Materials Processing, Applications, Research and Technology, (FiMPART’2017), Bordeaux, FRANCE
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] 鉄鋼材料のナノ組織化に基づく転動疲労高特性化のための低摩擦係数化2017

    • Author(s)
      戸髙義一
    • Organizer
      日本金属学会・日本鉄鋼協会 東海支部 第72回 若手材料研究会, 名古屋工業大学
  • [Presentation] Effect of lattice defects on tribological behavior under lubricants in nanostructured steels produced by heavy plastic deformation processes2017

    • Author(s)
      Yoshikazu Todaka, Nozomu Adachi, Yoshinori Shiihara, Yoshitaka Umeno, Masahiro Hino, Yojiro Oba, Masatoshi Mitsuhara, Minoru Nishida
    • Organizer
      International Conference on Advanced Materials, (IUMRS-ICAM 2017), Kyoto, JAPAN
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] ナノ組織化した極低炭素鋼におけるオレイルアミン配合ポリ-α-オレフィン系潤滑油中の摩擦・摩耗特性に及ぼす摺動条件の影響2017

    • Author(s)
      戸髙義一, 足立望, 殿塚一希, 兵頭直弥, 橘士遠
    • Organizer
      日本鉄鋼協会 第174回 秋季講演大会, 北海道大学 札幌キャンパス
  • [Presentation] イオンビームスパッタにより作製した超微細粒純鉄の潤滑油下における摩擦摩耗特性2017

    • Author(s)
      足立望, 戸髙義一, 兵頭直弥, 日野正裕
    • Organizer
      日本金属学会 第161回 秋期講演大会, 北海道大学 札幌キャンパス
  • [Presentation] 強ひずみ加工によりナノ組織化した鉄鋼材料の潤滑油中における摩擦・摩耗特性2017

    • Author(s)
      戸髙義一
    • Organizer
      日本物理学会 格子欠陥フォーラム, 東京大学 生産技術研究所
    • Invited
  • [Presentation] イオンビームスパッタにより作製した鉄膜の摩擦摩耗特性2017

    • Author(s)
      足立望
    • Organizer
      日本物理学会 格子欠陥フォーラム, 東京大学 生産技術研究所
    • Invited
  • [Presentation] Influence of high-density lattice defects on physisorbed film formation2017

    • Author(s)
      Kazuki Tonotsuka, Yoshikazu Todaka, Nozomu Adachi, Masanobu Izaki, Masatoshi Mitsuhara, Minoru Nishida, Seiji Watase, Masashi Nakamura
    • Organizer
      NIMS WEEK 2017, Academic Symposium “Structural Materials for Sustainable, Safe and Smart Society -Design vs Performance-”, Tsukuba, JAPAN
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Tribological property of ion beam sputtered coatings with different coating thickness2017

    • Author(s)
      Naoya Hyodo, Yoshikazu Todaka, Nozomu Adachi, Masahiro Hino, Yojiro Oba, Masatoshi Mitsuhara, Minoru Nishida
    • Organizer
      NIMS WEEK 2017, Academic Symposium “Structural Materials for Sustainable, Safe and Smart Society -Design vs Performance-”, Tsukuba, JAPAN
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 純Feにおける物理吸着膜の形成に及ぼす格子欠陥の影響2017

    • Author(s)
      伊藤駿, 戸髙義一, 足立望
    • Organizer
      日本鉄鋼協会・日本金属学会 東海支部 第27回学生による材料フォーラム, 名古屋工業大学
  • [Presentation] 純Feにおける摺動条件の変化による摩擦係数への影響2017

    • Author(s)
      纐纈友規, 戸髙義一, 足立望
    • Organizer
      日本鉄鋼協会・日本金属学会 東海支部 第27回学生による材料フォーラム, 名古屋工業大学
  • [Presentation] PVD法により作製したFe膜における摩擦係数に及ぼす結晶粒径の影響2017

    • Author(s)
      兵頭直弥, 戸髙義一, 足立望
    • Organizer
      日本鉄鋼協会・日本金属学会 東海支部 第27回学生による材料フォーラム, 名古屋工業大学
  • [Presentation] ナノ組織化した合金工具鋼SKD11の潤滑油中における摩擦・摩耗特性2017

    • Author(s)
      橘士遠, 戸髙義一, 足立望
    • Organizer
      日本鉄鋼協会・日本金属学会 東海支部 第27回学生による材料フォーラム, 名古屋工業大学
  • [Presentation] 表層ナノ組織化摩擦加工による高硬度層の形成2017

    • Author(s)
      硲力哉, 戸髙義一, 足立望
    • Organizer
      日本鉄鋼協会・日本金属学会 東海支部 第27回学生による材料フォーラム, 名古屋工業大学
  • [Presentation] HPT加工した純鉄における特異な磁気ナノ構造2017

    • Author(s)
      大場洋次郎, 足立望, 戸高義一, 間宮広明
    • Organizer
      日本中性子科学会 第17回年会, 福岡大学
  • [Remarks] 豊橋技術科学大学 機械工学系 材料機能制御研究室

    • URL

      http://martens.me.tut.ac.jp

  • [Remarks] 豊橋技術科学大学 教員紹介

    • URL

      https://www.tut.ac.jp/university/faculty/me/72.html

URL: 

Published: 2018-12-17  

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