CSM の器械からの Nano Tribometer を使用して超低い接触圧力の給油の政体そして摩擦調査

カバーされるトピック

背景

異なった給油の政体

潤滑油

定義

Tribometer Nano テスト

最小の潤滑油のフィルム厚さ

力法律の同等化

摩擦係数で増加して下さい

流体力学の転移に流体弾性力学的

Nano、マイクロおよびマクロスケール

より高い滑走速度

背景

マイクロおよび nano スケールのトライボロジーの測定は専用器械使用の欠乏によって限定されました。 スキャン力の顕微鏡は (SFM)ずっとそのような小規模の調査の摩擦、摩耗および給油のための選択の器械です。 ただし、 SFM は頻繁に先端の小さい次元のために gigapascal 範囲の接触圧力を作り出します。 CSM の器械からの Nano Tribometer は接触の状態の大いにより大きい変化を可能にし、従って非常に低いロードの潤滑油の調査にもっと適します。

異なった給油の政体

最近の調査は応用ロードが油を差された接触で変わるので相違の給油の政体によって転移を示せました。

潤滑油

調査された潤滑油は 2 つのタイプでした。 第 1 は 3% の香料、 (MO) 31% のナフテンから鉱油に成っていることであり、 66% は 40 cSt の粘着性と、 96 cSt および 200 cSt パラフィンで処理します。 第 2 は 2 つの添加物が追加された 6 (PAO) cSt の基礎粘着性の polyalphaolefine で構成された総合的なオイルでした: ` Irgalube 63' は添加物 dithiophosphate を含み、極度な圧力、反摩耗の添加物およびグリースとして産業潤滑油のために使用されます。 ` Irgalube211 の」添加物はアルキル基を導入された triphenyl phosphorothionate を含み、反摩耗の添加物として金属加工の液体および自動車のエンジンオイルで使用されます。

定義

十分に 2 つの表面の相互作用をおよび正常および滑らせることに力を服従する中間の潤滑油の層記述するために 1 つは幾何学的な、流体力学パラメータだけ相互作用のゾーンのまわりで行われるまた伸縮性がある変形を記述するが、定義を見なければなりません。 版の球と fl 間の流体弾性力学的な給油 (EHL) は最小の潤滑油のフィルム厚さ (hmin) に接点でさまざまなパラメータを関連付ける力法律によって記述することができます:

R が球形パートナーの半径である一方、 U は滑走の速度です、 W は正常なロードであり、αおよびη0 は増加する圧力の下で粘着性の変更を関連付ける潤滑油の特性です。 E はヘルツ理論によって記述されているように表面の減らされた弾性率です。

Tribometer Nano テスト

Tribometer Nano テストはテストオイルが micropipette を使用して応用であることができる版として錫上塗を施してある鋼鉄ディスクを持つ球形パートナーとして直径 2mm の 100Cr6 鋼球を使用して遂行されました。 各テストはオイルの 30μl と丁度行われ、版は接触の時点で 4.2 mms の有効な線形速度を与える 20 の rpm のレートで-1回りました。 (それぞれおよそ 110MPa、 140MPa、 180MPa、 225MPa、 280MPa、 385MPa および 520MPa のヘルツ接触圧力を表す) の 7 つの絶えず加えられたロードは 250μN、 500μN、 1mN、 2mN、 4mN、 10mN および 25mN 各テストサイクルのために使用されました。 摩擦力 (f) は版の 200 回転に測定され、従って摩擦 (μ) の係数はμ = できます (図 1) で示されているガラスばね片持梁アセンブリによって適用されるように正常なロードを表していて W が F/W として、計算。

AZoNano - A からナノテクノロジーの Z - 範囲 20μN - 1N を通ってロードすることを割り当てる Nano Tribometer のガラスばね力センサーのクローズアップの眺め。

図 1. 範囲 20μN - 1N を通ってロードすることを割り当てる Nano Tribometer のガラスばね力センサーのクローズアップの眺め。

テストオイル (200cSt) の 1 の測定された摩擦係数データの完全セットはロード範囲 250μN - 25 mN のための図 2 で示されています。 それはロードは高められると同時に、球の相互作用、 3 つの個別の政体間のサンプル表面および潤滑油の落下こと見ることができます。 250μN および 500μN のロードのために潤滑油はより高い摩擦抵抗の原因となる表面の球の滑走動きを禁じます。 1mN で、摩擦係数はまだ高いですが、カーブは表面のに 「実行の」独特テストの持続期間に次第に減ります。

AZoNano - A からナノテクノロジーの Z - 範囲 250 のμN - 25 mN の応用ロードのために、鉱油 200 cSt 高い純度のための回転ラップの機能として実験的に測定された摩擦係数。

範囲 250 のμN - 25 mN の応用ロードのために、鉱油 200 cSt 高い純度のための回転ラップの機能として図 2. 実験的に測定された摩擦係数。

2mN より大きいロードのためにカーブはピリオド実行の a があるようですそのあとで摩擦の係数が一定した値に安定するところで定常は達されます。

最小の潤滑油のフィルム厚さ

最小の潤滑油のフィルム厚さは図 3. に示すようにさまざまな異なったオイルの粘着性のための力法律から、計算することができます。 ここの結果は正常なロードの機能として滑走の速度におよび球の半径に応用ロードよりフィルム厚さのはるかに重要な影響があることを同等化が示すが、示されています。

AZoNano - A からナノテクノロジーの Z - 4 オイルの粘着性 (1 つの mm の球の半径) のための正常なロードの機能として計算されたオイルのフィルム厚さ。

図 3. は 4 オイルの粘着性 (1 つの mm の球の半径) のための正常なロードの機能としてオイルのフィルム厚さを計算しました。

力法律の同等化

力法律の同等化は正常なロードである特定の球平らなシステムのためのそれを、減ります示しますまたは滑走速度の増加は潤滑油のフィルム厚さの増加の原因となります。 ある時点でフィルム厚さは完全に別に関してとても大きいです 2 つの反対の表面の表面のざらざら。 もはや物質的な表面を合わせること間に相互作用がないのでそのような条件は完全なフィルムと言われますまたは流体力学の給油および、潤滑油のフィルム厚さは粘着性、速度および正常なロードによって支配されるようになります。

摩擦係数で増加して下さい

摩擦係数の急激な増加は図 4 (a) でフィルム厚さが増加すると同時に示されています。 この動作は計画されるすべての 4 粘着性のために明白です。 ヘルツ接触圧力が 110MPa のまわりでに落ちる低いロードのために、摩擦は最大値にあります。 ロードが続いて高められると同時に、摩擦は減ります (見られるように各カーブの最初の減少)。 40cSt および 96cSt 粘着性の場合、それは最小の摩擦係数を引き起こす最適フィルム厚さ/正常なロードがあることはっきり目に見えます。

流体力学の転移に流体弾性力学的

異なる給油の政体の間の転移は見ることができます摩擦の係数が Stribeck 番号、 L の機能として、 L = ηU/W. 計画される。 同じ 4 粘着性のための結果は流体弾性力学的からの流体力学の政体への転移がはっきり見ることができる図 4 (b) で示されています。 境界給油の政体を調査するためには、大いにより低い滑走速度は接触で必要となります。 そのような低い速度で、潤滑油に圧力集結がないし、従ってロードは接触域のざらざらによって全く運ばれます。

錫上塗を施してある鋼鉄サンプルと接触して半径の 100Cr6 球の 1 つの mm cient 摩擦 coeffi のための図 4. 実験結果。 速度を滑らせることは 4.2 mms1 であり、 4 オイルの粘着性は示されています。 フィルム厚さは Stribeck の表示が (b) で与えられる一方で (a) 計画されます。

Nano、マイクロおよびマクロスケール

Nano Tribometer はマイクロおよび nano スケールの潤滑油の特性の性格描写に理想的に適するが、また興味別の器械でマクロスケールでなされる測定にそのような結果を関連させるである場合もあります。 3 つの器械の使用によって鉱油ずっと 200cSt の 3 つの給油の政体をマップすることは可能です。 標準ピンディスク機械が 0.3 頃最初に安定しているμとの境界条件からの摩擦係数を測定するのに使用されました (0.15 の L 値のために - 1) そのあとで 0.11 の最小のμに落ちます (で L = 20)。 Nano Tribometer がそれから約 10 5000 までの L 値からのμを測定するのに使用されています。 これは混合されたからの流体力学の政体への転移をカバーします (接触の状態は 1mm の半径および速度 4.2mms を滑らせることです-1)。

より高い滑走速度

より高い滑走速度のために、 Nano スクラッチテスターは 20 μm の接触の半径および 1cms の滑走の速度と使用されます-1。 これはμがおよそ 70000 の L 値に見合われるようにします。 これはマイクロスケールにマクロからの摩擦情報を与えるために 3 つの器械の測定の機能がどのようにの結合することができるかよい例です。

ソース: CSM の器械

このソースのより多くの情報のために CSM の器械を訪問して下さい

Date Added: Dec 6, 2006 | Updated: Dec 2, 2014

Last Update: 9. December 2014 19:50

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