[論文レビュー] Super Low Traction under EHD and Mixed Lubrication Regimes

Philippe Vergne|ArXiv.org|Apr 13, 2007

Force Microscopy Techniques and Applications被引用数 7

ひとこと要約

本稿は、スーパーライブリシティの進展にもかかわらず、摩擦低減の潜在的効果が限定的であるにもかかわらず、エラストヒドロダイナミック（EHD）およびミックス潤滑領域における超低摩擦特性の実態を調査している。通常のEHD摩擦係数（3–6％）はすでに極めて低く、マクロスケール応用においてスーパーライブリシティの期待される利点が小さくなっていることが示され、この分野における最近の研究が少ない理由を説明できる可能性がある。

ABSTRACT

After the pioneered experimental works on superlubricity by Martin et al. on MoS2 [1], Hirano et al. on tungsten and silicon [2] and the further confirmation by Dienwiebel et al. on graphite [3], many groups around the word investigated the occurrence of near frictionless sliding contacts. This large mobilization of tribologists, material sciences specialists and physicists has lead to emerging solutions involving new materials and coatings, the most promising being carbon based like graphite, diamond, carbon composites or diamond-like-carbons. Some of them are currently used in practical applications. The situation is different especially in EHL: the highest friction coefficients are close to 10% when traction fluids are involved, i.e. fluids that have especially designed to transmit the highest friction, and they vary within 3-6% for the rest of lubricants. The range of variation is consequently very narrow and these typical values are really low compared to those obtained in dry contacts: as a consequence the gain expected from a super low traction regime in lubrication will be probably more limited, especially in the case of experiments conducted at the meso or macro scales. This weak perspective could be one explanation on the relatively low number of articles in recent literature dealing with lubricated superlubricity in the above conditions.

研究の動機と目的

• エラストヒドロダイナミック（EHD）およびミックス潤滑領域におけるスーパーライブリシティの実現可能性と潜在的利点を評価すること。
• 実用応用において、超低摩擦領域が現在の低摩擦潤滑剤よりも顕著な利点を提供するかどうかを評価すること。
• EHDおよびミックス領域における潤滑されたスーパーライブリシティに関する最近の研究が少ない理由を分析すること。
• EHD潤滑状態における実験的摩擦係数を、乾性または境界接触状態のものと比較すること。
• ベースラインEHD摩擦がすでに最小限に抑えられている状況において、スーパーライブリシティの実用的意味を特定すること。

提案手法

• MoS2、タングステン、シリコン、グラファイトに関する研究を含む、スーパーライブリシティに関する実験文献のレビュー。
• 特にトレイクションフリクションフロイドおよび従来の潤滑剤を用いたEHDおよびミックス潤滑領域における報告済みの摩擦係数の分析。
• EHDシステムにおける摩擦係数の範囲（3–6％）を、乾性または境界接触状態のものと比較すること。
• マクロスケールシステムにおける超低摩擦の実現が理論的および実用的にも及ぼす影響を評価すること。
• 低摩擦潤滑接触を実現するための材料選定（例：カーボン系被膜）の役割を評価すること。
• 出版済みの研究データを用いて、EHD条件下におけるスーパーライブリシティの性能向上が限られていることを推論すること。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 従来およびトレイクションフロイドを用いたEHDおよびミックス潤滑領域で観察された摩擦係数の範囲は何か？
• RQ2 EHDシステムにおけるベースライン摩擦は、乾性または境界接触状態と比べてどう異なるか？
• RQ3 なぜEHDおよびミックス領域における潤滑されたスーパーライブリシティに関する最近の研究が相対的に少ないのか？
• RQ4 マクロスケールEHDシステムにおいて超低摩擦を達成した場合、期待される実用的利点は何か？
• RQ5 EHDシステムがすでに極めて低い摩擦を示している状況で、スーパーライブリシティが意味のある摩擦低減を実現できる範囲はどの程度か？

主な発見

• EHD潤滑領域における摩擦係数は通常、3％から6％の範囲にあり、トレイクションフロイドでは最大10％に達する。
• これらの値は、乾性または境界接触状態で観察された値よりも顕著に低い。
• EHD摩擦係数の変動範囲が狭いことから、スーパーライブリシティによるさらなる改善の余地が限られていることが示唆される。
• EHDシステムにおけるスーパーライブリシティの期待される利益が最小限であるため、この分野における最近の研究が少ないことが説明できる。
• 乾性または境界接触系では有望な結果が得られているが、マクロスケールEHD応用ではスーパーライブリシティの実用的利点は小さい。
• グラファイト、ダイヤモンド、DLCなどのカーボン系材料はスーパーライブリシティにおいて有望であるが、すでに低いベースライン摩擦があるため、EHD状況では影響が限定的である。