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

反应分子动力学方法的发展和控制自修复摩擦膜的低摩擦界面理论的建立

• 批准号: 22KJ0268
• 负责人: 川浦 正之
• 金额: $ 1.09万
• 依托单位: Tohoku University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2023
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2023-03-08 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-22KJ0268/
• 关键词: トライボロジー; 反応分子動力学; シミュレーション; 摩擦化学反応; セラミックス材料; 金属材料

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。

This is the first time that the chemical reaction has been used to analyze the friction interface between the carbon and the silicon. Carbonization of lubricating oil in water environment, friction coefficient of 0.01 or less, ultra-low friction state, such as the occurrence of carbon dioxide, lubricating oil and friction material. When friction occurs, water molecules and carbon atoms are chemically reacted to each other. The main reason for low friction is that it is difficult to measure the interface between atoms and carbon atoms. This paper studies the chemical reaction mechanism and molecular dynamics mechanism in the water environment. As a result, the friction interface is formed from a lubricating film of carbon origin, and the friction interface is formed from a hard film of carbon origin. The development direction of the rotating parts of the lubricating oil is important. The development of friction and friction in metal materials The surface processing of the base plate changes the crystal structure of the surface during the folding process, and the chemical reaction of additives in the lubricating oil promotes the low friction and long life. The crystal structure of the crystal structure As a result, the surface of the substrate is affected by the increase in the density of the substrate. The increase of the pressure of the crystal grain is due to the increase of the temperature of the crystal grain In the future, the achievements of this project will be expected from the development of moving parts such as automobiles.

项目成果

Self-repair Mechanism of Tribofilms on SiC with Super-Low Friction in Water: Reactive Molecular Dynamics Simulation Study

水中超低摩擦SiC摩擦膜的自修复机制：反应分子动力学模拟研究

• 发表时间: 2022
• 作者: H. Masuda;Y. Yamane;T. Seki;K. Raab;T. Dohi;R. Modak;K. Uchida;J. Ieda;M. Klaui;K. Takanashi;川浦正之;Masayuki KAWAURA
• 通讯作者: Masayuki KAWAURA

Continuous Tribofilm Formation During SiC Friction: Reactive Force Field Molecular Dynamics Simulation

SiC 摩擦过程中连续摩擦膜的形成：反作用力场分子动力学模拟

• 发表时间: 2022
• 作者: Chuang Chien-Wen;Souma Seigo;Moriya Ayumi;（省略）;Kumigashira Hiroshi;Takahashi Takashi;Yonezawa Shingo;Paglione Johnpierre;Maeno Yoshiteru;Sato Takafumi;Masayuki Kawaura
• 通讯作者: Masayuki Kawaura

表面テクスチャリングによる Al/Fe 摩擦界面の 移着抑制機構の分子動力学シミュレーション

表面织构化 Al/Fe 摩擦界面迁移抑制机制的分子动力学模拟

• 发表时间: 2022
• 作者: H. Masuda;Y. Yamane;T. Seki;K. Raab;T. Dohi;R. Modak;K. Uchida;J. Ieda;M. Klaui;K. Takanashi;川浦正之
• 通讯作者: 川浦正之

多結晶アルミニウム/鉄の摩擦に対する表面テクスチャリングの影響:反応分子動力学シミュレーションによる解析

表面织构对多晶铝/铁摩擦的影响：使用反应分子动力学模拟进行分析

• 发表时间: 2022
• 作者: Iori Fukuda;Kohju Ikago;Takahito Maeda;Atsushi Nishimoto;Yoshikazu Araki;C. W. Chuang et al.;C. W. Chuang et al.;川浦正之
• 通讯作者: 川浦正之