有機系潤滑添加剤の分子膜が石鹸膜へと変化する過程における温度と摩擦の影響評価

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有機系の潤滑添加剤は，金属表面に「吸着分子膜」を形成して摩擦を抑制する．この分子膜は，連続的な摩擦やそれに伴う発熱の影響で低せん断特性を持つ「金属石鹸膜」へと変化するが，詳細な現象解明には至っていない．本研究では，吸着分子膜が金属石鹸膜へと変化する過程での摩擦や温度の影響を調査し，それぞれの膜状態とトライボロジー特性を関連づけることを目指す．この実現のため，2022年度は，脂肪酸が金属石鹸へと変化する時間変化に着目した研究を主に実施した．中性子反射率測定を利用した実験では，金属表面の腐食をサブナノメートルレベルで測定することによって，時間に応じて金属石鹸膜が生じる際の金属最表面と吸着分子膜の状態変化を詳細に分析した．その結果，銅薄膜の腐食は潤滑油に浸漬直後に生じ，その後常温静置した場合には腐食が進行しないことがわかった．一方で，周波数変調型の原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）を使用した脂肪酸由来の吸着分子膜または金属石鹸膜の膜厚測定では，20nm程度の層が形成されていることを確認した．また，ステンレス微粒子を接着したＡＦＭカンチレバーを基油中で基板へ押し付けた後に引き離す動作を与えたときに，押し付けた時間が長いほど引き離す際に大きな力が必要となる傾向がみられた．本研究で得られる成果は，高温環境においても低摩擦を発揮できる高性能な添加剤や，摺動部での腐食摩耗の影響が少ない添加剤を設計するための指針となり，機械や金属加工における摩擦ロスの抑制につながることが期待される．