成果報告書詳細
管理番号20110000001307
タイトル*平成22年度中間年報 ナノテク・先端部材実用化研究開発/カーボンオニオンの高面圧下超低摩擦の発現を応用した難加工における塩素フリー化(3)
公開日2011/8/30
報告書年度2010 - 2010
委託先名パレス化学株式会社
プロジェクト番号P05023
部署名電子・材料・ナノテクノロジー部
和文要約和文要約等以下本編抜粋:1.研究開発の内容及び成果等
難加工における塩素フリー化を実現するため、カーボンオニオン添加潤滑油の開発を目指し、下記の内容について実施した。
1.1.カーボンオニオン分散技術の確立
カーボンブラック(CB)、フラーレン(C60)、カーボンナノチューブ(CNT)のような代表的なナノカーボンを用いて有効な分散条件・方法を把握した後に、カーボンオニオン(OLC)の分散について検討した。本検討では、ビーズミル分散とゼータ電位・粒径測定システムによる粒子径測定を実施し、室温だけでなく高温条件下における分散安定性を考慮した基油と分散剤の選定を行った。
本開発で得られた有効なOLC分散方法を表1.1-1に示す。予め分散剤を添加したOLCおよびC60添加油をビーズミルおよび超音波処理することで粒子の分散が進むことが判明した。また、CBの場合は、有効な分散剤を必要量添加していればビーズミルのみで分散した。図1.1-1の顕微鏡観察写真に示すように、分散工程を経て、OLC粒子が分散していく様子が認められる。
さらに分散剤の検討では、ポリエステル系分散剤がOLCとその他ナノカーボンの分散に有効であることが判明した。しかし、同分散剤はPAOへの溶解性が悪いので、本検討においては鉱油を使用した場合に限定され、高温時の分散安定性が悪いことがわかっている(図1.1-2(A))。熱安定性を考慮すると分散性は少なからず劣るというデメリットがあるが、アミン系が妥当であることが判明した(図1.1-2(B))。さらに、PAOを使用する場合には、可溶なアミン系を使用することが妥当である。このような状態は、図1.1-2に示すような加熱試験片に塗布した状態で観察することができ、同図(B)(C)に示すように、PAOに熱安定性の高いアミン系分散剤を添加すると、分散した粒子がほとんど凝集していないことが分かる。
分散液の粒子径を表1.1-2に示す。現段階ではOLCの一次粒子が十数個集合しているレベルまで分散することができた。
英文要約In order to develop the effective chlorine-free metalworking fluids with an addition of the onion like carbon (OLC) for difficult cold workings, it is important to establish the dispersion technique of OLC in metalworking fluids. In the present term, we worked on the following objectives; (1) investigation on the dispersion techniques of OLC in metalworking fluids, (2) development of the high-performance base oil for metalworking fluids, (3) development of the chlorine-free metalworking fluids with the addition of OLC.
We made lubrication tests with OLC and other nanocarbons; fullerene (C60), carbon nanotube (CNT), carbon black (CB) and so on.
1. Investigation on the dispersion techniques of OLC in metalworking fluids
We adopted the suitable procedure to disperse OLC into base oils: polyalphaolefin (PAO) and mineral oil, by using the bead mill and heat-stable dispersants.
In order to disperse OLC into base oils, these base oils were processed with the ultrasonic bath by using a dispersant after dispersion treatments with the bead mill. Furthermore, we adopted a suitable heat-stable dispersant which enables dispersion of certain size of particle not only at room temperature but also at the high temperature: 200 °C. In the same way, C60 could be dispersed. But CB could be dispersed with only the bead mill and dispersion, and the dispersion of CNT was difficult because of its agglomeration.
Investigation is in progress to find out more suitable dispersion procedures and heat-stable dispersants on which particle size of OLC become smaller.
2. Development of high lubrication performance base oil for metalworking fluids
We conducted the friction tests with Soda`s pendulum friction tester and adopted the base oil with addition of oiliness agents or extreme-pressure agents which had a good lubrication performance at room temperature (RT) and the high temperature: 200 °C. As the results of friction tests, we comprehended the suitable composition for preparation of the fluids added with OLC. That is, the compositions are a mineral oil added with fat and organometal compounds. But, it is necessary to comprehend the effect of oiliness agents and extreme-pressure agents on the dispersion of OLC into base oils.
3. Development of the chlorine-free metalworking fluids with the addition of OLC
We conducted the pin-on-disk friction tests with a reciprocating sliding friction by using fluids added with OLC, C60, and CB, and evaluated the lubrication performance of these fluids by using friction coefficient and the depth of wear track. As the results, the friction coefficient and depth of wear track with OLC were lower than those with C60 and CB. In addition, the friction coefficient and depth of wear track resulted from PAO with OLC were lower than those obtained by using a mineral oil with OLC. This indicates clearly that the PAO with OLC has better lubricating property and abrasion resistance.
ダウンロード成果報告書データベース(ユーザ登録必須)から、ダウンロードしてください。

▲トップに戻る