複合添加剤によるナノテクスチャ構造の自律形成手法の開発

機械システムの可動部では摩擦損失を低減させるために潤滑油が用いられている。潤滑油は、主成分である基油と極微少量（0.1%程度）の添加剤から成る。潤滑油が摩擦損失を低減させるのは、摩擦面に潤滑膜を形成させて金属同士の接触を妨げるためである。潤滑膜には、基油が流体力学的に作用して形成させる流体膜と、添加剤が金属表面に優先的に吸着して自発的に形成させる自己組織化膜がある。また、自己組織化膜には、添加剤分子がそのまま吸着して形成される吸着膜と、添加剤分子が化学反応して形成される反応膜とがある。本研究では、異なる2種類の添加剤を用いることで反応膜と吸着膜からなる複合ナノテクスチャを自律的に形成させ、低速度・高荷重下においても低摩擦性を維持可能な潤滑システムの創成を目的としている。研究２年目である本年度では、初年度に構築した高温（100 ℃）下において摩擦係数および膜厚分布を計測可能な摩擦試験環境を用いて、反応膜の形成プロセスを調査し、反応膜の形成を促進させる条件を見出した。吸着膜を形成させるモデル添加剤には脂肪酸、反応膜を形成させるモデル添加剤にはZnDTP（ジアルキルジチオリン酸亜鉛）を用いた。同じ炭素数の脂肪酸でも、脂肪酸分子の化学構造の違いにより、吸着膜の形成膜厚やその温度依存性には差があることがわかった。また、ZnDTPを用いた場合では、すべり摩擦下においてナノメートルスケールの凹凸状に反応膜（ナノテクスチャ）を形成させることがわかった。反応膜の平均膜厚はすべり摩擦の速度条件に対して極大を示し、膜形成に適した条件があることを見出した。また、反応膜の膜形成は、環境温度にも影響を受け、形成された反応膜が表面から脱離し難い温度条件を見出すことができた。

機械システムの可動部では摩擦損失を低減させるために潤滑油が用いられている。潤滑油は、主成分である基油と極微少量（0.1%程度）の添加剤から成る。潤滑油が摩擦損失を低減させるのは、摩擦面に潤滑膜を形成させて金属同士の接触を妨げるためである。潤滑膜には、基油が流体力学的に作用して形成させる流体膜と、添加剤が金属表面に優先的に吸着して自発的に形成させる自己組織化膜がある。また、自己組織化膜には、添加剤分子がそのまま吸着して形成される吸着膜と、添加剤分子が化学反応して形成される反応膜とがある。本研究では、異なる2種類の添加剤を用いることで反応膜と吸着膜からなる複合ナノテクスチャを自律的に形成させ、低速度・高荷重下においても低摩擦性を維持可能な潤滑システムの創成を目的としている。研究２年目である本年度では、初年度に構築した高温（100 ℃）下において摩擦係数および膜厚分布を計測可能な摩擦試験環境を用いて、反応膜の形成プロセスを調査し、反応膜の形成を促進させる条件を見出した。吸着膜を形成させるモデル添加剤には脂肪酸、反応膜を形成させるモデル添加剤にはZnDTP（ジアルキルジチオリン酸亜鉛）を用いた。同じ炭素数の脂肪酸でも、脂肪酸分子の化学構造の違いにより、吸着膜の形成膜厚やその温度依存性には差があることがわかった。また、ZnDTPを用いた場合では、すべり摩擦下においてナノメートルスケールの凹凸状に反応膜（ナノテクスチャ）を形成させることがわかった。反応膜の平均膜厚はすべり摩擦の速度条件に対して極大を示し、膜形成に適した条件があることを見出した。また、反応膜の膜形成は、環境温度にも影響を受け、形成された反応膜が表面から脱離し難い温度条件を見出すことができた。