自己修復するトライボ膜の制御に向けた反応分子動力学法の開発と低摩擦界面の学理構築

反应分子动力学方法的发展和控制自修复摩擦膜的低摩擦界面理论的建立

基本信息

批准号：
22KJ0268
负责人：
川浦正之
金额：
$ 1.09万
依托单位：
Tohoku University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2023
资助国家：
日本
起止时间：
2023-03-08 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

これまでに開発してきた化学反応を扱う摺動シミュレーションの手法を活用し、炭化ケイ素の摩擦界面における自己修復メカニズムの解析を行った。炭化ケイ素は水環境中において潤滑油なしで摩擦係数0.01以下の超低摩擦状態を継続的に発現することから、潤滑油フリーの摺動材料として注目されている。摩擦時に水分子と炭化ケイ素が化学反応を起こすことによって生じるトライボ膜が低摩擦をもたらす要因であると考えられているが、実験によって摩擦中の界面を原子レベルで観測することは困難であった。そこで本研究では、化学反応を扱う分子動力学シミュレータを用いて、炭化ケイ素の水環境中の摩擦によって生じる化学反応のシミュレーションを行った。その結果、摩擦界面において継続的にケイ素由来の潤滑膜が生成されるのと同時に、炭素由来の硬質膜が摩擦界面に生成されるメカニズムを明らかにした。これは潤滑油フリーの摺動部材の開発に向けた重要な知見となると考えられる。また、従来の摺動シミュレーションを発展させ、金属材料による摩擦をターゲットとした研究を実施した。レーザーテクスチャリングによる表面加工がなされたアルミニウム基板は摺動中に表面の結晶構造が変化し、潤滑油中の添加剤との化学反応を促進することで低摩擦化・長寿命化につながると考えられている。この結晶構造変化のメカニズムの解明のため本研究では、約100万原子を扱った大規模な摺動シミュレーションを実施した。その結果、表面のテクスチャにはアルミニウム基板中の転位密度を増加させることによって、基板の硬度を上昇させる作用があることがわかった。また、局所圧力の上昇をもたらすことによって結晶粒成長を促進することが明らかとなった。今後この成果は、自動車等の摺動部材の開発に活かされることが期待される。

利用滑动模拟方法处理到迄今为止发展的化学反应的方法，我们分析了碳化硅摩擦界面中的自我修复机制。碳化硅在水环境中引起人们的注意，因为水环境中的无润滑滑动材料继续表达0.01或更少的超低摩擦状态，而无需润滑油。据认为，由水分分子和碳化硅引起的分子膜在摩擦过程中引起了化学反应，但是很难通过实验观察到原子水平的摩擦界面。因此，在这项研究中，使用涉及化学反应的分子动力学模拟器，对硅水环境中摩擦引起的化学反应进行了模拟。结果，在摩擦表面上产生了碳衍生的硬膜的机制，因为衍生自码头的润滑膜是在摩擦界面上连续生产的。人们认为这是开发润滑油滑动成员的重要知识。此外，还对使用金属材料的常规滑动模拟和靶向摩擦的目标进行了一项研究。通过激光纹理处理的铝基材在滑动时会改变表面的晶体结构，从而促进润滑油中添加剂的化学反应，这会导致摩擦力低下。为了阐明这种晶体结构变化的机制，这项研究进行了大规模的滑动模拟，该模拟处理了约100万场。结果，发现表面上的纹理具有增加铝底物的收敛密度来增加板的硬度。还揭示了通过升高局部压力来促进晶粒生长。将来，预计该结果将用于开发诸如汽车之类的滑动成员。

项目成果

期刊论文数量（0）

专著数量（0）

科研奖励数量（0）

会议论文数量（0）

专利数量（0）

Self-repair Mechanism of Tribofilms on SiC with Super-Low Friction in Water: Reactive Molecular Dynamics Simulation Study

水中超低摩擦SiC摩擦膜的自修复机制：反应分子动力学模拟研究

DOI：
发表时间：
2022
期刊：
影响因子：
0
作者：
H. Masuda;Y. Yamane;T. Seki;K. Raab;T. Dohi;R. Modak;K. Uchida;J. Ieda;M. Klaui;K. Takanashi;川浦正之;Masayuki KAWAURA
通讯作者：
Masayuki KAWAURA

Continuous Tribofilm Formation During SiC Friction: Reactive Force Field Molecular Dynamics Simulation

SiC 摩擦过程中连续摩擦膜的形成：反作用力场分子动力学模拟

DOI：
发表时间：
2022
期刊：
影响因子：
0
作者：
Chuang Chien-Wen;Souma Seigo;Moriya Ayumi;（省略）;Kumigashira Hiroshi;Takahashi Takashi;Yonezawa Shingo;Paglione Johnpierre;Maeno Yoshiteru;Sato Takafumi;Masayuki Kawaura
通讯作者：
Masayuki Kawaura

多結晶アルミニウム/鉄の摩擦に対する表面テクスチャリングの影響:反応分子動力学シミュレーションによる解析

表面织构对多晶铝/铁摩擦的影响：使用反应分子动力学模拟进行分析

DOI：
发表时间：
2022
期刊：
影响因子：
0
作者：
Iori Fukuda;Kohju Ikago;Takahito Maeda;Atsushi Nishimoto;Yoshikazu Araki;C. W. Chuang et al.;C. W. Chuang et al.;川浦正之
通讯作者：
川浦正之

表面テクスチャリングによる Al/Fe 摩擦界面の移着抑制機構の分子動力学シミュレーション

表面织构化 Al/Fe 摩擦界面迁移抑制机制的分子动力学模拟