高いトライボロジー特性

Aug 10, 2023

Scientific Reports volume 13、記事番号: 13180 (2023) この記事を引用

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メトリクスの詳細

摩擦中に接触する 2 つの表面の潤滑が不十分だと、特に金属の切断において深刻な摩耗が発生する可能性があります。 そこで、テクスチャーと固体潤滑剤の相乗的な減摩効果を持つ表面を提案し、潤滑性を向上させました。 ハイスピード鋼（HSS）表面にレーザーにより濡れ性に優れたメッシュテクスチャーを作製し、静電植毛技術によりそのテクスチャーの溝にナイロン繊維を垂直に植毛しました。 乾式/オイル潤滑下のさまざまな表面(滑らかな表面、テクスチャード加工された表面、フロック加工)の摩擦と摩耗状態を線形往復摩耗試験機で研究しました。 さまざまな作業条件下での摩擦係数 (COF) を使用して減摩特性を分析し、摩耗率を使用して表面の耐摩耗性を評価しました。 結果は、植毛表面のトライボロジー特性が他の 2 つの表面のトライボロジー特性よりも優れていることを示しました。 これは、ナイロン繊維を加えることで、テクスチャの端でのせん断が緩和されるためです。 壊れた繊維は試験片表面に固体潤滑膜を形成し、破片による表面の傷を防ぎます。 さらに、COF は負荷の増加とともに減少することがわかります。 最後に、植毛表面上の油滴の急速な湿潤性は、潤滑と減摩に対する表面の大きな可能性を示しています。

摩擦による摩耗は、機器や部品の故障の主な原因の 1 つです1。 したがって、摩擦低減に関する研究は、主に新しい材料、表面組織、コーティング、潤滑剤などの側面に焦点を当てて、多くの学者の注目を集めています。 金属切削加工の分野では、材料と工具の表面が激しく擦られるため、工具先端に高温高圧の領域が生じ、潤滑剤の侵入が妨げられ、工具の寿命に重大な影響を及ぼします。道具。

テクスチャード加工された表面は、その良好なトライボロジー特性により広く注目されてきましたが、提示された最新技術はかなり短く、不完全です。 Grutzmacher et al.2 によると、テクスチャには破片や潤滑剤を蓄え、実際の接触面積を減らし、流体力学的圧力の増加を助ける機能があります。 Cheng et al.3 は、ハイブリッドエラストマー潤滑モデルを使用して、さまざまなテクスチャーのある表面の摩擦と摩耗を調査し、界面摩擦に対する深さ、粗さ、荷重の影響を調査しました。 Wei ら 4 は、面積密度の異なる 4 種類のテクスチャ表面を用意し、ボールディスクの摩耗テストを実施しました。 結果は、テクスチャーが基材材料の耐摩耗性を大幅に向上させ、テクスチャーによって引き起こされる流体潤滑効果が摩擦低減の主な理由であることを実証しました。 Wan et al.5 は、テクスチャのある表面の COF が最小であり、COF の曲線がテクスチャのない表面の曲線よりも安定していることを発見しました。 Costa et al.6 は、さまざまな用途におけるテクスチャ表面の耐摩擦性を分析し、テクスチャの準備におけるレーザー加工の大きな利点を強調しました。 しかし、Marian et al.7 は、潤滑された摩擦接点の摩擦と摩耗を制御するためのテクスチャーはまだ試行錯誤の段階にあると指摘しました。

テクスチャード加工された表面の潤滑をさらに最適化することで、摩擦と摩耗を軽減し、エネルギー効率と持続可能性を向上させることができます。 固体潤滑剤をテクスチャーに充填することは、その調製の容易さと自己潤滑特性により多くの注目を集めています。 Li et al.8 は、テクスチャーに軟質金属 (銀) を蒸着し、室温では表面が摩擦低減に明らかな効果を示さない一方、200 °C、400 °C、および 300 °C では耐摩擦性が向上することを検証しました。 。 さらに、テクスチャーの潤滑剤の蓄積は、400 °C を超える温度での摩擦の低減により大きな効果をもたらします。 Mi et al.9 は、WC/Cu 固体潤滑剤を充填したテクスチャード加工された表面の摩耗性能を調査しました。 摩耗粉はCu相表面に潤滑膜を形成し、Cu相は硬質WCアイランド上に自己潤滑膜を形成した。 したがって、摩耗面に潤滑膜を形成することによりCOFが低減し、耐摩耗性が向上する。 Huang ら 10 は、化学めっき法を使用して Ag/MoS2 固体潤滑剤をピットに堆積させ、摩耗試験を実施しました。その結果、固体潤滑剤が表面に潤滑膜を形成するため、COF と摩耗が大幅に減少することがわかりました。 さらに、Yin et al.11 は、非金属固体潤滑剤 (グラファイト粒子) を凹凸のある表面にスプレーし、摩耗試験を通じてグラファイトが表面のトライボロジー特性を大幅に改善すると結論付けました。 Meng et al.12 は、組織内のさまざまなタイプの固体潤滑剤 (CaF2、WS2、およびグラファイト) の減摩性を研究しました。 彼らは、WS2 またはグラファイト固体潤滑剤のいずれかを充填した組織は比較的低い COF を示し、摩擦領域に潤滑膜が存在することで試験片がさらなる摩耗損傷から保護されたと結論付けました。 Wang et al.13 は、保持圧着プロセスによって複合固体潤滑剤をテクスチャ内に充填しました。 摩擦試験の結果、テクスチャーが潤滑剤の貯留層として機能し、摺動中に潤滑剤が摺動接触領域に徐々に放出されること、および複合固体潤滑剤中のカーボンナノファイバーが摩擦係数の低減に最も大きく寄与することが実証されました。 Hua ら 14 は、固体潤滑剤としてポリイミドを充填したテクスチャーの摩擦特性を室温から 400 °C の範囲で調査しました。 結果は、柔軟な潤滑剤で満たされたテクスチャード加工された表面の COF が大幅に低く、より安定していることを示しました。 Rosenkranz et al.15 は、テクスチャーと固体潤滑剤の組み合わせが、調整可能な摩擦または摩耗挙動を備えた表面を実現するための有望なアプローチであるとレビューで指摘しました。 しかし、テクスチャーと固体潤滑剤の相乗効果を最大化するために、技術をさらに改善および最適化する機会はまだ多くあります。