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．

为了最大化具有广泛分子结构选项并实现选择性摩擦学特性的离子液体的特性，有必要加速其用作润滑油添加剂。为了实际用作润滑油添加剂，需要进行详细的研究，以使用离子液体和现有的润滑油添加剂的效果。此外，由于滑动表面的表面状态不断变化，因此对动态界面的原位观察至关重要，并且申请人使用各种原位观察方法研究了其润滑机制。关于润滑油添加剂的综合作用，我们着重于使用典型的二硫代二磷酸锌（ZDDP）的综合作用，当与离子液体结合使用时，确认了改善摩擦和磨损特性的效果。我们发现，协同作用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复杂作用。因此，我们获得了新的知识，即不会干扰ZDDP反应膜形成的离子液体的润滑设计很重要。因此，为了确定影响ZDDP反应膜在其中组合润滑油添加剂中形成的因素，使用原子力显微镜（AFM）对ZDDP进行了ZDDP表面上的ZDDP反应膜在滑动表面上的形成。结果，发现其他添加剂和ZDDP的竞争吸附会影响ZDDP反应膜产生的ZDDP量。基于内容物，我们使用与具有不同吸附特性的三种离子液体的组合进行了ZDDP的影响，并发现离子液体的吸附特性改变了ZDDP和离子液体出现的摩擦和磨损特性。除上述外，纳米级界面的原位观察表明，粗糙度对仅添加的ZDDP的油中的反应机理有影响。上述内容是去年研究的结果。

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

Increasing the adhesion force with the formation of ZDDP tribofilm using in situ AFM

使用原位 AFM 形成 ZDDP 摩擦膜来提高粘附力

• 发表时间: 2021
• 作者: Takuma Saito;Kou Misaki;Hiroaki Ishizuka;Naoto Nagaosa;Kaisei Sato
• 通讯作者: Kaisei Sato