Research on the lubrication mechanism of ionic liquids as lubricant additives using in-situ observation

原位观察研究离子液体作为润滑添加剂的润滑机理

• 批准号: 21J13315
• 负责人: 佐藤 魁星
• 金额: $ 0.51万
• 依托单位: Tokyo University of Science
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2021
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2021-04-28 至 2022-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21J13315/
• 关键词: トライボロジー; イオン液体; 潤滑油添加剤; ナノトライボロジー; 原子間力顕微鏡; ジアルキルジチオリン酸亜鉛

分子構造の選択肢は広いというイオン液体の特徴を最大限に利用し，選択的なトライボロジー特性付与の実現には，潤滑油添加剤としての利用を加速させる必要がある．実際の潤滑油添加剤としての利用には，イオン液体と既存の潤滑油添加剤との併用効果に関して詳細な調査が求められる．さらに，摺動面は常に表面状態が変化し続けるため，動的な界面のその場観察が必須であり，申請者は，各種その場観察手法を用いて，その潤滑メカニズムを調査した．潤滑油添加剤の併用効果に関しては，代表的なジアルキルジチオリン酸亜鉛(ZDDP)との併用効果に着目し，イオン液体と併用することで，摩擦・摩耗特性の向上効果が確認された．その相乗効果発現は，イオン液体の吸着膜層の効果だけではなく，ZDDP反応膜による低摩擦効果の複合効果であることを突き止めた．そのため，ZDDP反応膜の生成を阻害しないようなイオン液体の潤滑設計が重要であるという新たな知見を得ることができた．このことから，潤滑油添加剤が複合された系におけるZＤＤＰ反応膜の生成過程に及ぼす因子を特定するため，原子間力顕微鏡(AFM)を用いて，摺動面におけるZDDP反応膜の生成過程のその場観察を，ZDDPと有機系摩擦調整剤に対して行った．その結果，他添加剤とZDDPの競争吸着が，ZDDP反応膜の生成量に影響を及ぼすことを明らかにした．その内容を踏まえ，吸着特性が異なる三種のイオン液体に対してと，ZDDPとの併用効果を調査し，イオン液体の吸着特性によって，ZDDPとイオン液体が発現する摩擦・摩耗特性が変化することが分かった．また，上記の内容に加え，ZDDP単独油添加油中での反応機構に対して，粗さが影響を及ぼすことをナノスケール界面におけるその場観察より明らかにしている．上記の内容を昨年度の研究成果とする．

为了充分利用离子液体具有多种分子结构选择的特性，并赋予其选择性的摩擦学性能，有必要加速其作为润滑油添加剂的应用。对于作为润滑油添加剂的实际使用，需要详细研究离子液体与现有润滑油添加剂的综合效果。此外，由于滑动表面的表面条件不断变化，因此动态界面的原位观察至关重要，申请人使用了各种原位观察技术来研究润滑机制。关于润滑油添加剂组合使用的效果，我们重点研究了它们与典型的二烷基二硫代磷酸锌（ZDDP）组合使用的效果，发现与离子液体组合使用可改善摩擦和磨损性能。研究发现，这种协同效应不仅是离子液体吸附膜层的作用，而且是ZDDP反应膜的低摩擦效应的综合作用。因此，我们获得了新的认识，即设计离子液体润滑使其不抑制ZDDP反应膜的形成非常重要。基于此，为了找出影响含润滑油添加剂体系中ZDDP反应膜形成过程的因素，我们利用原子力显微镜（AFM）对滑动表面ZDDP反应膜的形成过程进行了原位观察。对 ZDDP 和有机摩擦改进剂进行了测试。结果表明，其他添加剂与ZDDP之间的竞争吸附影响了ZDDP反应膜的生成量。基于该内容，我们研究了三种具有不同吸附特性的离子液体与ZDDP结合的效果，发现ZDDP和离子液体所表现出的摩擦和磨损特性根据离子液体的吸附特性而变化。 。除此之外，纳米级界面的原位观察表明，粗糙度会影响仅含有 ZDDP 的油中的反应机制。以上内容是去年的研究成果。

项目成果

Friction Reduction Effect by Boron-Containing Ionic Liquids

含硼离子液体的减摩效果

• DOI: 10.18914/tribologist.21-00014
• 发表时间: 2022
• 期刊: JOURNAL OF JAPANESE SOCIETY OF TRIBOLOGISTS
• 作者: 渡邉 保奈美;小野寺 康;佐藤 魁星;川田 将平;佐々木 信也
• 通讯作者: 佐々木 信也

その場高温AFM観察下におけるZDDP反応膜の生成に及ぼす表面粗さ変化の影響

原位高温AFM观察表面粗糙度变化对ZDDP反应膜形成的影响

• 发表时间: 2021
• 作者: 佐藤 魁星

真実接触部の温度上昇がZDDPトライボフィルムの生成過程に及ぼす影響

实际接触区温升对ZDDP摩擦膜形成过程的影响

• 发表时间: 2022
• 作者: Sato Kaisei;Okubo Hikaru;Kawada Shouhei;Watanabe Seiya;Sasaki Shinya;土取俊輝;積田卓也;白鳥弘英，轟章;佐藤 魁星
• 通讯作者: 佐藤 魁星

表面粗さ変化に伴う真実接触部の接触応力増加がZDDP反応膜の生成過程に及ぼす影響

表面粗糙度变化导致实际接触区域接触应力增加对ZDDP反应膜形成过程的影响

• 发表时间: 2021
• 作者: Maestre-Reyna M;Yang CH;Nango E;Huang WC;Putu EPGN;Wu WJ;Wang PH;Franz-Badur S;Saft M;Emmerich HJ;WHY;LCC;HKF;CYK;LJH;WJH;GW;CCW;PAH;SM;OS;HY;JY;YA;TR;TT;LF;TK;HKC;KS;Schapiro I;Spadaccini R;Royant A;Yamamoto J;Iwata S;E;佐藤 魁星
• 通讯作者: 佐藤 魁星

その場観察 AFM法を用いたナノスケール表面粗さによる ZDDPトライボフィルムの成長促進過程の可視化

使用 AFM 方法通过纳米级表面粗糙度对 ZDDP 摩擦膜的生长促进过程进行原位观察可视化

• 发表时间: 2021
• 作者: H. Shiratori;A. Todoroki;M. Ueda;R. Matsuzaki;Y. Hirano;佐藤 魁星
• 通讯作者: 佐藤 魁星