マイクロおよびナノスケールでのトライボロジーの測定は、専用のインスツルメンテーションの不足によって制限されています。走査型力顕微鏡（SFM）は、このような小さなスケールでの摩擦、摩耗、潤滑を調査するための選択の楽器をされています。しかし、SFMはしばしば先端の小さな寸法にギガパスカルの範囲等によりにおける接触圧力を生成します。からナノ摩擦計CSM Instrumentsは接触条件にはるかに大きな変化を可能にするため、非常に低い負荷での潤滑剤の研究に、より適していると言えます。 異なる潤滑レジーム 最近の研究では、負荷荷重が潤滑接触に変化させる点で異なる潤滑体制を通じて転移を示すことができた。 潤滑剤 調査潤滑剤は、2つの異なるタイプのものであった。第一は、40センチストークス、96 cStの、200 cStのの粘度で、3％の芳香族化合物、31％のナフテン及び66％のパラフィンから成る鉱物油（MO）であった。第二は、2つの添加物が追加されたため、6 CSTのベースの粘度とpolyalphaolefine（PAO）で構成される合成油だった："Irgalube 63'添加剤は、ジチオホスフェートを含み、工業用潤滑油の極圧、耐摩耗添加剤として使用されていますとグリース。 "Irgalube211"添加剤は、アルキル化トリフェニルホスが含まれており、金属作動流体と自動車用エンジン油の摩耗防止添加剤として使用されます。 定義 完全に2つの表面の相互作用と正常とスライドの両方の力を受ける中間潤滑剤層を記述するためには、一つだけでなく、幾何学的および流体力学的パラメータだけでなく、相互作用のゾーンの周りに発生する弾性変形を記述する定義を調べる必要があります。プレートでの球とFLとの間の弾性流体潤滑（EHL）は、接触点における最小潤滑膜厚（hmin）にさまざまなパラメータを関連付けるべき乗則によって記述することができます。  Rは球面パートナーの半径である、Uはすべり速度であり、Wは、通常の負荷であり、αとη0は、増大する圧力の下で粘度の変化を関連する潤滑油のプロパティです。 Eは、ヘルツ理論によって説明されるように表面の削減弾性率である。 ナノ摩擦計の試験 ナノ摩擦計のテストは、試験油をマイクロピペットを用いて適用される可能性が先の板としてTiNコーティング鋼のディスクを持つ球状のパートナーとして直径2mmの100Cr6鋼球を用いて行った。各テストは、石油やプレートの正確に30μlので行ったの接触点で4.2 MMS -1 の効果的な線速度を与えて20rpmの速度で回転させた。七絶えず適用250μNの荷重、500μN、1mN、2mN、4mN、10mNと25分は、（それぞれ約110MPa、140MPa、180MPa、225MPa、280MPa、385MPaおよび520MPaのヘルツ接触圧を表す）は、各テストサイクルのために使用されていました。摩擦力（F）は200以上の板の回転数、したがって、摩擦係数（μ）はに示すようにガラスのばねカンチレバーのアセンブリ（で適用されるWは、通常の負荷を表すと、μ= F / Wとして計算することが測定された図1）。  図120μN 範囲でロード可能にするナノ摩擦計のガラスのバネの力センサのクローズアップ- 。1N。 試験油（200cSt）のいずれかの測定された摩擦係数のデータの完全なセットを図に示します。負荷範囲の250μNのための2から25表面張力。それを見ることができるよう、負荷が増加すると、3つの異なる体制間のボール、試料表面と潤滑油の落下の相互作用。 250μNと500μNの負荷のために潤滑剤は、より高い摩擦抵抗につながる表面上のボールの滑り運動を阻害する。 1mNで、摩擦係数は依然として高いですが、カーブは徐々に"ランニングイン"表面のの特性、試験の期間の経過に従って短くなります。  。25 MN - 図2： 実験範囲250μNの作用荷重に対して、200 cStの高純度鉱物油のための回転周の関数として摩擦係数を測定した。 2mNより大きな負荷の場合、曲線は、運転の期間摩擦係数が一定値に安定する場所定常状態に到達するまでのを持っているように思われる。 最小潤滑膜厚 最小潤滑剤の膜厚は、図に示すように、さまざまなオイルの粘度のために電源の法則から計算することができます。 3。方程式は、すべり速度と球の半径は負荷荷重に比べ膜厚ではるかに重要な影響力を持っていることを示しているがここでの結果は、通常の負荷の関数として示されています。  図3 計算 された油膜は、4種類のオイルの粘度（1mmの球体の半径）のための通常の負荷の関数として厚さ。 電力法の方程式 パワー則の方程式は、任意のボールオンフラットシステムのため、通常の負荷や潤滑剤の膜厚が増加する速度のリードを滑らせるの増加で減少することを示しています。ある時点での膜厚は、完全に二つの相反面の表面の凹凸を分離するように素晴らしいものだ。相手材の表面間の相互作用がなくなったため、そのような条件は、完全なフィルムまたは流体潤滑と呼ばされ、潤滑膜厚は粘度、速度と通常の負荷によって支配さになります。 摩擦係数の増加 摩擦係数の急激な増加は、図に示されています。膜厚が増加するにつれて、図4（a）。この動作は、プロットされたすべての4つの粘度のために明白である。ヘルツ接触圧力が110MPa程度まで低下、低負荷の場合、摩擦が最大になります。その後、負荷が増加するにつれて、摩擦は（それぞれの曲線の初期の減少として表示されます）減少する。 40cStと96cStの粘度のケースでは、それは最小の摩擦係数を引き起こす最適な膜厚/通常の負荷があることがはっきりと見える。 流体力学的推移の弾性流体 摩擦係数はストライベック番号、L、L =ηU/ Wの関数としてプロットされている場合、異なる潤滑レジーム間の遷移を見ることができます。同じ4つの粘度の結果を図に示す。図4（b）弾性流体から流体力学的な体制への移行がはっきりと見ることができる場所。境界潤滑の領域を調査するために、はるかに低摺動速度は、接触時に必要になります。このような低速度では、潤滑油のビルドアップはプレッシャーがないため、負荷が完全に接触面積のアスペリティによって運ばれます。 図4。TiN コーティング鋼の試料と接触する半径1 mmの100Cr6ボールの摩擦係数のcientの実験結果。すべり速度は4.2 MMS - 1、4つの異なるオイルの粘度が示されていた。ストライベック表現が（b）で与えられるのに対し、膜厚は、（）にプロットされます。 ナノ、ミクロとマクロスケール ナノ摩擦計が理想的にマイクロおよびナノスケールにおける潤滑特性の特性評価に適していますが、それはまた別の楽器にマクロスケールで行われた測定結果とそのような結果を相関させる興味があることができる。つの異なる楽器を使用して、それは200cStの鉱油の三潤滑体制をマッピングすることが可能となった。標準のピンオンディスクのマシンは約0.3（0.15 Lの値について- 1）で最初に安定してμを持つ境界条件から摩擦係数を測定するために使用されたそれは0.11の最小値μ（L ATへ降下した後= 20）。ナノ摩擦計は、最大5000まで約10のLの値からμを測定するために使用されます。これは、混合から流体力学レジーム（接触条件が1mmの半径とすべり速度4.2mms -1 である）への移行をカバーしています。 高摺動速度 高摺動速度は、ナノスクラッチテスターは、20μmの接触半径と1cms -1 のすべり速度で使用されます 。これは、μが7万前後のLの値まで測定することができます。これは3つの楽器の測定機能がダウンしてミクロスケールにマクロから摩擦の情報を提供するために組み合わせることができる方法の良い例です。 |