機械の研究 2025年1月1日発売 第77巻 第1号

説明

巻頭記事
原子間相互作用と摩擦（１）「異種金属間の摩擦係数」

機械を設計する際には、摩擦や摩耗を低減するために、摺動部には潤滑油を用いることを前提とすることが多い。潤滑油の粘度や添加剤を適当に選択することで、摩擦係数を低く抑えることができる。一方、真空中や高温など潤滑油が使えない場合には、固体潤滑剤膜が適用される。しかし、流体動圧によって生じる潤滑油膜、あるいは境界潤滑膜が荷重を保持できないような高い接触応力にさらされる条件や、潤滑剤被膜が剥離したり摩耗したりすると、母材の材料の組み合わせが、摩擦係数に影響を与えることが予想される。また、人の手で動かされるような、摺動される頻度が低い機構では、無潤滑で摩擦されることもある。このようなときにも、摩擦係数は摩擦される材料の組み合わせによって異なる。

したがって、どのような金属を組み合わせれば、低い摩擦係数が得られるのか、あるいは摩擦係数が高くなってしまうのか、その指針があれば摺動部に使用する材料を選定する際に、一助となるだろう。

本稿では、金属同士が無潤滑条件で摩擦されるとき、何が摩擦係数を決定するかについて、著者が中心となっておこなった研究をベースとして解説する。まず、摩擦係数を支配する因子の特定が困難な理由として、金属の表面には酸化膜や吸着した水分子や有機分子があること、また摩擦中により素性変形や摩擦熱が発生することを指摘し、それらの影響を排除するために、真空、低荷重、低速での摩擦試験が必要になることを述べる。そのような試験をおこなうことによって、金属結晶の格子定数、あるいは原子間隔が、摩擦係数を支配する重要な因子であることが明らかになった。

東京農工大学大学院 工学府 機械システム工学専攻 教授
安藤泰久