ジチオリン酸亜鉛の耐摩耗膜形成を刺激するカーボンナノチューブの間接的なトライボロジー的役割

The Indirect Tribological Role of Carbon Nanotubes Stimulating Zinc Dithiophosphate Anti-Wear Film Formation.

• Jarosław Kałużny
• Andrzej Kulczycki
• Wojciech Dzięgielewski
• Adam Piasecki
• Bartosz Gapiński
• Michał Mendak
• Tomasz Runka
• Damian Łukawski
• Oleksandr Stepanenko
• Jerzy Merkisz
• Krzysztof Kempa

抄録

ジアルキルジチオリン酸亜鉛(ZDDPs)と多壁カーボンナノチューブ(MWCNTs)をポリα-オレフィン基油に同時に添加すると、摩耗を強力に低減することが実験的に明らかになった。この論文では、MWCNTが金属表面上の耐摩耗層（AW）の形成を促進することが示されており、それはZDDPが単独の添加剤として作成できるものよりもはるかに厚い。つまり、MWCNTは機械的にも構造的にもAW膜を強化しない。この効果の新しいメカニズムも提案されており、詳細なトライボメーターの結果、摩擦トラック3Dトポグラフィー測定、電子回折分光法(EDS)、ラマン分光法によって支持されている。このメカニズムでは、MWCNTは摩擦過程で金属表面に放出される熱エネルギーと電気エネルギーの両方の伝達を媒介する。その結果、このエネルギーはオイルの内部により深くまで浸透し、ZDDPを含むトライボケミカル反応の空間的範囲を拡大します。

Experimental studies reveal that the simultaneous addition of zinc dialkyl dithiophosphates (ZDDPs) and multi-wall carbon nanotubes (MWCNTs) to a poly-alpha-olefin base oil strongly reduces wear. In this paper, it is shown that MWCNTs promote the formation of an anti-wear (AW) layer on the metal surface that is much thicker than what ZDDPs can create as a sole additive. More importantly, the nanotubes' action is indirect, i.e., MWCNTs neither mechanically nor structurally strengthen the AW film. A new mechanism for this effect is also proposed, which is supported by detailed tribometer results, friction track 3D-topography measurements, electron diffraction spectroscopy (EDS), and Raman spectroscopy. In this mechanism, MWCNTs mediate the transfer of both thermal and electric energy released on the metal surface in the friction process. As a result, this energy penetrates more deeply into the oil volume, thus extending the spatial range of tribochemical reactions involving ZDDPs.