自己修復するトライボ膜の制御に向けた反応分子動力学法の開発と低摩擦界面の学理構築

これまでに開発してきた化学反応を扱う摺動シミュレーションの手法を活用し、炭化ケイ素の摩擦界面における自己修復メカニズムの解析を行った。炭化ケイ素は水環境中において潤滑油なしで摩擦係数0.01以下の超低摩擦状態を継続的に発現することから、潤滑油フリーの摺動材料として注目されている。摩擦時に水分子と炭化ケイ素が化学反応を起こすことによって生じるトライボ膜が低摩擦をもたらす要因であると考えられているが、実験によって摩擦中の界面を原子レベルで観測することは困難であった。そこで本研究では、化学反応を扱う分子動力学シミュレータを用いて、炭化ケイ素の水環境中の摩擦によって生じる化学反応のシミュレーションを行った。その結果、摩擦界面において継続的にケイ素由来の潤滑膜が生成されるのと同時に、炭素由来の硬質膜が摩擦界面に生成されるメカニズムを明らかにした。これは潤滑油フリーの摺動部材の開発に向けた重要な知見となると考えられる。また、従来の摺動シミュレーションを発展させ、金属材料による摩擦をターゲットとした研究を実施した。レーザーテクスチャリングによる表面加工がなされたアルミニウム基板は摺動中に表面の結晶構造が変化し、潤滑油中の添加剤との化学反応を促進することで低摩擦化・長寿命化につながると考えられている。この結晶構造変化のメカニズムの解明のため本研究では、約100万原子を扱った大規模な摺動シミュレーションを実施した。その結果、表面のテクスチャにはアルミニウム基板中の転位密度を増加させることによって、基板の硬度を上昇させる作用があることがわかった。また、局所圧力の上昇をもたらすことによって結晶粒成長を促進することが明らかとなった。今後この成果は、自動車等の摺動部材の開発に活かされることが期待される。

これまでに開発してきた化学反応を扱う摺動シミュレーションの手法を活用し、炭化ケイ素の摩擦界面における自己修復メカニズムの解析を行った。炭化ケイ素は水環境中において潤滑油なしで摩擦係数0.01以下の超低摩擦状態を継続的に発現することから、潤滑油フリーの摺動材料として注目されている。摩擦時に水分子と炭化ケイ素が化学反応を起こすことによって生じるトライボ膜が低摩擦をもたらす要因であると考えられているが、実験によって摩擦中の界面を原子レベルで観測することは困難であった。そこで本研究では、化学反応を扱う分子動力学シミュレータを用いて、炭化ケイ素の水環境中の摩擦によって生じる化学反応のシミュレーションを行った。その結果、摩擦界面において継続的にケイ素由来の潤滑膜が生成されるのと同時に、炭素由来の硬質膜が摩擦界面に生成されるメカニズムを明らかにした。これは潤滑油フリーの摺動部材の開発に向けた重要な知見となると考えられる。また、従来の摺動シミュレーションを発展させ、金属材料による摩擦をターゲットとした研究を実施した。レーザーテクスチャリングによる表面加工がなされたアルミニウム基板は摺動中に表面の結晶構造が変化し、潤滑油中の添加剤との化学反応を促進することで低摩擦化・長寿命化につながると考えられている。この結晶構造変化のメカニズムの解明のため本研究では、約100万原子を扱った大規模な摺動シミュレーションを実施した。その結果、表面のテクスチャにはアルミニウム基板中の転位密度を増加させることによって、基板の硬度を上昇させる作用があることがわかった。また、局所圧力の上昇をもたらすことによって結晶粒成長を促進することが明らかとなった。今後この成果は、自動車等の摺動部材の開発に活かされることが期待される。