Elucidation of mechanisms of boundary lubricant film formation and breakdown based on analysis of surface multilayer crystal structures

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九州大学八木准教授の研究グループでは放射光XRD分析方法により境界膜の検出が可能かどうか検証を行った。実験装置にはピンオンリング型の摩擦試験機を用いた。実験装置の上部には可視光カメラと近赤外光カメラを設置して実験中の摩擦面のようすを観察できるようにした。X線は実験装置側面より入射させ、反対側にX線検出素子を二次元配列させた検出器を設置して摩擦面から検出されるX線回折光を取得した。使用した潤滑油は硫黄系極圧添加剤である。実験を行った結果、硫黄系極圧添加剤由来の反応膜である硫化鉄が生成されるようすを取得できることが明らかになった。また、酸化膜であるFe3O4も同時に検出されており、鋼、酸化膜、境界潤滑膜がそれぞれ本研究課題で提案した観察システムにより検出可能であることがわかった。京都大学平山教授の研究グループでは、表面上にある酸化膜が添加剤の吸着におよぼす影響を調べるために既存の原子間力顕微鏡に環境制御チャンバーを取り付け、しゅう動中の雰囲気制御を可能にした。その結果、例えば、脂肪酸系油性剤は金属酸化膜表面に吸着して摩擦係数を下げるが、無酸素環境下で金属表面を摩耗させて金属素地面を露出させた後に同じ油性剤を滴下したところ、摩擦係数は低下しなかった。これより、金属素地面に脂肪酸系添加剤は吸着しにくいことが示唆された。兵庫県立大学鷲津教授および鹿児島高専杉村准教授のグループでは、添加剤の金属および金属酸化物表面における吸着特性を調べるため、反応分子動力学計算プログラムを用いた添加剤および基油との相互作用に関する解析手法を提案した。その結果、従来から実験的に知られていたチェーンマッチングを定量化できることを示した。また、SPH法を用いて表面多層の状態と運動を再現するために確率論的な手法を用いた多層間ポテンシャルの粗視化、応力スキームの精査を進めた。