圧縮酸化層釉

圧縮酸化物層釉薬は、 2 つの金属(または金属とセラミック) を酸素含有雰囲気中で高温で互いに滑らせたときに形成される、光沢のある摩耗保護用の酸化物層です。この層は接触する表面の一方または両方に形成され、摩耗から保護します。

釉薬の定義としてはあまり使われませんが、これは2 つの金属表面 (または金属表面とセラミック表面の場合もある) が酸化条件下で高温 (通常は数百度) で滑ることで形成される、高度に焼結した圧縮酸化物層です。滑動または摩擦作用により酸化物の破片が生成され、これが 1 つまたは両方の滑動面に圧縮され、荷重、滑動速度、酸化物の化学的性質、および (高い) 温度が適切な条件下で一緒に焼結して「釉薬」層を形成します。このような場合に形成される「釉薬」は実際には結晶酸化物であり、非常に小さな結晶または粒子サイズがナノスケール レベルに近づくことが示されています。このような「釉薬」層は、もともとセラミック釉薬と同じ形の非晶質酸化物であると考えられていたため、「釉薬」という名前が現在でも使用されています。

このような「釉薬」は、生成される高温条件下での摩耗から、その形成される金属表面を保護する能力があるため、あまり注目されていません。この高温摩耗保護により、従来の炭化水素ベース、シリコンベース、さらには二硫化モリブデンなどの固体潤滑剤の範囲を超える温度での使用が可能になります(後者は短期的には最大約 450 °C (842 °F) まで使用できます)。いったん形成されると、滑り条件が劇的に変化しない限り、それ以上の損傷はほとんど発生しません。

このような「釉薬」は、2 つの摺動面が直接接触するのを防ぐ機械的耐性層を提供することで機能します。たとえば、2 つの金属が互いに摺動する場合、表面間に高度な接着力が生じる可能性があります。この接着力は、一方の表面から他方の表面への金属の移動 (またはそのような材料の除去と排出) につながるほど十分に強い場合があります。これは、実質的には粘着摩耗(重度の摩耗とも呼ばれます) です。「釉薬」層が存在すると、このような重度の粘着相互作用は発生せず、摩耗が大幅に軽減されます。結果として生じるより緩やかな摩耗 (軽度の摩耗と呼ばれる) 中に酸化された破片が継続的に生成されると、「釉薬」層が維持され、この低摩耗状態が維持されます。

しかし、これらのコーティングは、保護機能を発揮するはずのまさにその滑り条件下でしかうまく形成されていないため、その潜在的な応用は妨げられてきました。酸化物が生成され、このような「釉薬」層が形成される前に、限られた量の滑り損傷（「慣らし摩耗」と呼ばれる - 実際には短期間の粘着摩耗または激しい摩耗）が発生する必要があります。これらのコーティングの早期形成を促す取り組みは、ほとんど成果を上げていません。また、「慣らし」期間中に生じた損傷は、この技術が実用化されない要因の 1 つです。

生成される酸化物は、実質的には接触している金属（またはセラミック）表面の一方または両方の摩擦化学的劣化の結果であるため、圧縮酸化物層釉薬の研究は、より一般的な高温腐食の分野の一部と呼ばれることもあります。

高温滑り摩耗中に酸化物が生成されても、自動的に圧縮酸化物層「グレーズ」が生成されるわけではありません。特定の条件下（滑り速度、荷重、温度、酸化物の化学的性質/組成が理想的でないことが原因である可能性があります）では、酸化物が焼結せず、代わりに遊離した酸化物の破片が摩耗による材料の除去を補助または促進する場合があります。条件が変化すると、遊離した研磨酸化物の形成から摩耗保護の圧縮酸化物グレーズ層の形成に切り替わる場合もあり、その逆の場合もあり、さらには粘着摩耗や重度の摩耗が再び発生する場合もあります。観察される摩耗の種類を制御する条件の複雑さから、摩耗の種類を滑り条件に基づいてマッピングし、摩耗をよりよく理解して予測できるようにする試みが数多く行われてきました。

従来の潤滑剤が使用できない高温でも摩耗防止の可能性があるため、より高い効率と動作温度に対する需要が高まっている自動車エンジン、発電、さらには航空宇宙などの用途での使用が考えられています。

低温での滑りにより圧縮された酸化物層が形成され、ある程度の摩耗保護を提供しますが、駆動力としての熱がない場合（摩擦熱またはより高い周囲温度による）、それらは一緒に焼結してより保護的な「釉薬」層を形成することができません。

• トライボロジー
• 着る

• IA Inman.超合金の高温滑り摩耗時の摩耗界面における限られた破片保持条件下での圧縮酸化物層の形成、博士論文 (2003)、ノーサンブリア大学、ISBN  1-58112-321-3 (プレビュー)
• SR Rose –超合金の高温摩擦挙動の研究、博士論文、AMRI、ノーサンブリア大学 (2000)
• PD Wood –室温および 750°C における特定の合金の耐摩耗性に対するカウンターフェースの影響、博士論文、SERG、ノーサンブリア大学 (1997)
• JF アーチャードと W. ハースト –潤滑されていない条件下での金属の摩耗、Proc Royal Society London、A 236 (1956) 397-410
• JF アーチャードと W. ハースト –軽度摩耗プロセスの検討Proc. Royal Society London, A 238 (1957) 515-528
• JK ランカスター –軽度から重度の金属摩耗の遷移時における表面膜の形成、Proc. Royal Society London、A 273 (1962) 466-483
• TFJ クイン –酸化摩耗のレビュー。第 1 部: 酸化摩耗の起源Tribo. Int.、16 (1983) 257-270
• IA Inman、PK Datta、HL Du、Q Luo、S. Piergalski –金属異種界面の高温滑り摩耗の研究、Tribology International 38 (2005) 812–823 ( Elsevier / Science Direct )
• FH Stott、DS Lin、GC Wood –高温での摩耗中にニッケル基合金上に生成される「釉薬」酸化物層の構造と形成メカニズム、腐食科学、第13巻（1973年）449-469
• FH Stott、J.Glascott、GC Wood –滑り摩耗時の酸化物生成モデル、Proc Royal Society London A 402 (1985) 167-186
• FH Stott –合金の摩耗における酸化の役割、Tribology International、31 (1998) 61-71
• FH Stott –金属の高温滑り摩耗、Trib. Int.、35 (2002) 489-495
• J. Jiang、FH Stott、MM Stack –高温における金属の滑り摩耗の数学的モデル、Wear 181 (1995) 20-31
• TFJ クイン – 「酸化摩耗」、Wear 18 (1971) 413-419
• SC Lim –摩耗マップの最近の開発、Tribo. Int.、Vol. 31、Nos. 1-3 (1998) 87-97