オペランドのイオン境界層のトライボトロニクス制御が潤滑の限界を拡張

Jul 21, 2023

Scientific Reports volume 12、記事番号: 20479 (2022) この記事を引用

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1 オルトメトリック

メトリクスの詳細

生分解性油の添加剤として使用される非ハロゲン化オルトホウ酸ホスホニウムイオン液体の潤滑に対する電位の影響が研究されました。 社内のトライボトロニック システムは、回転する鋼球と回転するシリカ コーティングされたガラス ディスクの間の潤滑剤膜の厚さを測定するように設計された機器を中心に構築されました。 鋼球とカスタマイズされた対電極のセットの間に電界を印加すると、明らかに潤滑膜の厚さの変化が引き起こされました。負の電位では顕著に減少し、正の電位では増加しました。 相補的な中性子反射率の研究により、吸着質の固有の電気応答性が実証されました。これは、金でコーティングされたシリコンブロック上で実施され、油を重水素化することによって同じ潤滑剤システム内で可能になりました。 この結果は、アニオンが鋼表面の吸着膜のアンカーとして機能し、厚くて丈夫な潤滑イオン境界膜の形成に役立っていることを示しています。 電気化学的窓の外側で高い正の電位を印加すると、膜厚が大幅に増大し、イオン多層の形成が示唆され、沖合の風力や波などのアクセスできない機械の故障した接点を遠隔制御できる可能性が実証されました。電力設備。

摩擦を克服し、機械の摩耗に関連した故障に対処するために消費されるエネルギーは、世界のエネルギー消費に大きく貢献しています (2017 年には 23% と推定)1。 機械部品の摩擦と摩耗を軽減することを目的とした新しい表面、材料、潤滑技術の開発に重点を置いたトライボロジー研究は、エネルギー消費と排出量を削減する大きな可能性があると予測されています1,2。 持続可能な潤滑の観点から、研究のほとんどは、機械の効率と信頼性の向上に役立つ、環境的に許容可能な潤滑剤の開発に向けられています3。 最新の機械はますます小型化（出力密度の向上のため）し、電動化が進むにつれて、潤滑システムに対する機能上の要求も高まっています。 これは、トライボトロニクスなどの新しい代替潤滑コンセプトにつながります。

トライボトロニクスはトライボロジーとエレクトロニクスを融合したもので、摩擦や摩耗などの損失出力をその場で制御することで機械の効率と耐久性を向上させることを目的としています4。 トライボトロニック システムには、トライボロジー接点、センサー (摩擦、振動、温度などを監視)、アクチュエーター、および制御ユニットが含まれます4。 イオン液体 (IL) は、特定の公称温度 (通常 100\(^\circ\)C)5 よりも低い融点を持つ有機塩として定義され、そのイオン性によりトライボトロニック作動システムの有力な候補として浮上しています。 IL はまた、温度、圧力、電場などの外部要因の影響下でイオンのダイナミクスが変化する能力も示します6。

良好な潤滑特性は、純粋な潤滑剤として IL によって実証されており 7、8、9、10、11、12、13、場合によっては完全に配合された潤滑油を上回る性能を発揮します 10、11、14。 潤滑油添加剤としての用途に向けて、油溶性 IL を合成し、摩擦学的に評価する研究努力も行われています 15、16、17、18、19、20、21、22、23、24。 これらの IL の一部は、ZDDP17 に匹敵する耐摩耗性能を示し、一緒に使用すると相乗効果も発揮します25。 帯電した表面に対する IL の表面活性が、秩序ある境界膜の形成をもたらすことが実証されています 6、26、27、28、29、30。 これらの非犠牲膜は、摩擦を軽減し、接触分離を維持するのに役立つことが示されています 31,32。 最も広く入手可能な IL​​ は化学用途を目的としていたため、その構造には加水分解により有毒で腐食性のハロゲン化物を形成する傾向のあるハロゲンが含まれています 33、34、35、36。 この問題に対処するために、ホウ素およびリンベースの非ハロゲン化 IL が潤滑研究用に設計されています 37,38,39,40,41,42,43,44,45,46,47。