XADOの技術 • リバイタリゼーション
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XADO技術メカニズム / 01…04
リバイタリゼーション・仕組み

部品の摩擦面の再生

01通常運転

ステップ別のメカニズム

2つの金属部品とその間の摩擦領域の3次元断面.

  1. 通常運転

    表面は油膜の上を滑っています。リバイタリザントは、結合相中の硬いナノ粒子からなる100~500 nmの複合粒子として潤滑油中にあります。油膜が表面を隔てている間、潤滑油は複合粒子を運ぶだけです。

    1. 「ザクロ」型複合粒子

      100~500 nmのリバイタリザント粒子では、2~20 nmの硬いナノ粒子「粒」が、より軟らかい結合相によって隔てられています。この粒子を潤滑油が運びます。

  2. 油膜切れ

    負荷が通常より高く、油膜が切れて表面同士が接触します。複合粒子は微小突起の間に挟まれ、圧力と温度が結合相を破壊し、ナノ粒子が金属に局所的に圧力をかけます。

    1. 当たり面:圧力と温度

      油膜が切れ、粒子は微小突起の頂部の間に挟まれています。当たり面の高い圧力と温度が、結合相を破壊します。

    2. 「粒」までの細分化

      複合粒子は次第に小さな粒子へと分かれ、最終的には個々のナノ粒子にまで至ります。大きさは表面粗さに合わせて変わります。元の粒子Dは凹凸hより大きく、細分化後はd ≈ hとなります。

    3. 圧力集中源としての「粒」

      粒子は表面欠陥(粒状性と微小凹凸)と同程度の大きさで、その「粒」は金属を点で押し、圧力は大きさの2乗に反比例して高まります。金属のナノ体積内には、特殊な圧力と温度が生じます。

  3. 皮膜形成

    改質層が成長します。当たり面では温度と圧力が上昇し、炭素が金属中に拡散して、炭化物形成と表面強化が進みます。摩耗粒子は取り込まれ、表面に固着します。

    1. 層のナノ構造化

      金属はナノ体積内で塑性変形します。結晶粒は激しく細分化され、粒界の密度が高まり、表面層は活性なナノ構造化状態へと移行します。

    2. 炭素の拡散

      多数の新たな粒界を通じて、炭素は表面から深部へ(垂直方向)、また結晶粒の内部へ(水平方向)と移動します。

    3. 低温での炭化物形成

      鉄中の炭素固溶体から、炭化物が容易に形成されます。金属セラミック皮膜が成長し、表面に近いほど炭素は多く、鉄は少なくなります。

    4. 表面強化と平滑化

      粒子は研磨作用のない「ナノショット」として働きます。凹凸は塑性的に平滑化され、層にはその深さ全体にわたって同一符号の圧縮応力が生じます。

    5. 皮膜に取り込まれる摩耗粉

      リバイタリザント粒子は「ナノミル」のように、摩耗粒子をナノサイズまで粉砕します。それらは当たり面で融着して皮膜に取り込まれ、潤滑油中の金属は少なくなります。

  4. 安定化

    結果として、表面は再生され、表面粗さは平衡状態となって、粒子はその表面粗さに見合った大きさになり、滑りは転がりに変わります。

    1. 最終段階:すべりに代わる転がり

      表面粗さは平衡粗さに達し、粒子もそれに見合った大きさになります。粒子は平滑化された表面の間を転がり、すべり摩擦は転がり摩擦へと移行します。

立体断面
微小硬さ、HV
430HV
算術平均粗さRa、µm
1.20µm
摩擦、μ
0.020
表面強化の深さ(µm)¹
0µm

プロセスモデル · 01 / 04

通常運転

表面は油膜の上を滑っています。リバイタリザントは、結合相中の硬質ナノ粒子からなる100~500 nmの複合粒子として潤滑油中に存在します。油膜が表面どうしを隔てている間、潤滑油は複合粒子を運ぶだけです。

シーン生成中
0 %
微小硬さ、HV
算術平均粗さRa、µm
摩擦、μ
表面強化の深さ(µm)¹

出典と制約

  • モデルと縮尺 3Dシーンは、提案されているメカニズムを図示したものです。縮尺は、測定された硬さ上昇の深さ(20~30 µm)に合わせています。表示しているのは摩擦対の約0.7 × 0.27 mmの部分で、各部品の高さは約0.1 mmです。シーン内のスケールバーは、回転や拡大に応じて再計算されます。リバイタリザントの粒子(100~500 nm)、表面の凹凸、改質層(2~10 µm)は拡大して表示しています。負荷、温度、プロセスの進行速度は仮の設定で(1×ではシナリオは54 s続きます)、シーンは実際の摩擦部位の特性を計算するものではありません。
  • 微小硬さと層 シーン内の数値は、測定事例のうち最も良好なものから取っています。使用後のねずみ鋳鉄製ディーゼルエンジンのシリンダライナ(2002年)で、母材は430 HV、摩擦面は平均1.185 HVです。硬さの上昇は深さ20~30 µm¹まで保たれ、断面研磨試料での改質層は2~10 µm¹です。摩擦試験機による実験室試験(1998年、リバイタリザント未処理の対照あり)では、増加率はより控えめで、40Kh鋼では12%(約583 → 655 HV)、鋳鉄では1.7~2.4倍(約310 → 520~740 HV)でした。結果は材料の組み合わせ、摩擦部位、運転条件によって異なります。
  • 摩擦と表面粗さ シーン内の値は、摩擦試験機による試験(2002年)から取っています。Raは測定範囲の中間値に相当し、接触前の初期μ = 0.020は図示のための仮定です。
  • 寸法 歯厚は上の測定の項に示しています。測定された改質層(数 µm)では、0.1 mmオーダーの増加量は説明できません。寸法変化のメカニズムは、これらの測定では調べていません。
  • ¹ 厚さと拡散深さ 皮膜の厚さと濃度勾配拡散の深さは、個々の部位の構造とその運転条件、摩擦ペアの材料(鋼、鋳鉄、アルミニウム合金など)、初期段階の摩耗度、処理中および処理後の使用条件、リバイタリザントの投入量、再処理の回数によって異なります。

試験記録および研究記録は、お問い合わせに応じて提供しています。