フレッティング

フレッティングとは、接触している荷重面が表面の接線方向の小さな振動運動に遭遇したときに生じる摩耗、場合によっては腐食損傷を指します。フレッティングは接触面の凹凸の付着によって発生し、その後小さな動きによって再び破壊されます。この破壊によって摩耗破片が形成されます。

その後、破片や表面が化学反応、つまり主に酸化反応を起こす場合、そのメカニズムはフレッティング腐食と呼ばれます。フレッティングは表面を劣化させ、表面粗さやマイクロピットの増加につながり、部品の疲労強度を低下させます。相対的な滑り運動の振幅は、多くの場合マイクロメートルからミリメートルのオーダーですが、3ナノメートルほど小さくなることもあります。^[1]

通常、フレッティングは、焼きばめ、ベアリングシート、ボルト留め部品、スプライン、およびダブテール接続で発生します。

鋼鉄のフレッティング損傷は、表面に穴があいていることと、ココアパウダーに似た細かい「赤い」酸化鉄の粉塵があることで判別できます。厳密に言えば、この破片は「錆」ではありません。錆の生成には水が必要ないからです。粒子は接触する鋼鉄の表面よりもはるかに硬いため、摩耗は避けられませんが、粒子がなくてもフレッティングは発生します。

アルミニウムのフレッティングにより、微細な酸化物粒子が原因で接触領域に黒い破片が発生します。

フレッティングの例としては、ドライブシャフトのドライブスプライン、ラグボルトインターフェースのホイール、熱膨張係数の差の影響を受けるシリンダーヘッドガスケットの摩耗などが挙げられます。

現在、航空宇宙産業ではフレッティングの研究に重点が置かれています。^[2]ダブテールブレードルート接続部とガスタービン航空エンジンのスプラインカップリングではフレッティングが発生します。^[3]

フレッティング腐食が発生する可能性があるもう一つの例として、現代の風力タービンのピッチベアリングが挙げられます。これは、タービンのパワーと負荷を制御するために振動運動下で動作します。^[4]

フレッティングは人体内部の往復運動する要素の間でも発生することがあります。特に股関節インプラントなどのインプラントはフレッティング効果の影響を受けることが多いです。^{[5] [6]}

出典: ^[7]

フレッティングは、動きの影響を受けるほぼすべての電気コネクタ（例：バックプレーンに差し込まれたプリント基板コネクタ、つまり SOSA/ VPX）でも発生します。一般的に、ほとんどのボード対ボード（B2B）電気コネクタは、嵌合コネクタ間に相対的な動きがある場合に特に脆弱です。B2B の両半分を動かないようにするには、機械的に剛性の高い接続システムが必要です（多くの場合不可能です）。ワイヤ対ボード（W2B）コネクタは、コネクタのワイヤ半分がバネとして機能し、そうでなければ W2B コネクタの接触面に伝わる相対的な動きを吸収するため、フレッティングの影響を受けにくい傾向があります。1) 個々の接点にバネを組み込む、または 2) 中国式フィンガー トラップ設計を使用して接触面積を大幅に増やすことによりフレッティングに対処する特殊な B2B コネクタはほとんどありません。正方形のピンの 1 面または 2 面だけでなく 4 面すべてに接触するコネクタ設計により、避けられないフレッティングをある程度遅らせることができます。接点を清潔に保ち、潤滑しておくことでも、ある程度の寿命が得られます。

振動があると、接触フレッティングにより、B2B コネクタのインピーダンスがわずか数分でミリオームからオームに変化します。ほとんどの高品質電気コネクタに使用されている比較的柔らかく薄い金メッキは、すぐに摩耗して下地の合金金属が露出し、フレッティングの破片によってインピーダンスが急激に増加します。直感に反しますが、嵌合コネクタ ペアへの高い接触力 (インピーダンスを下げて信頼性を高めると考えられている) により、実際にはフレッティングの速度がさらに悪化する可能性があります。

転がり軸受では、軸受が振動運動をしているときにフレッティングが発生することがあります。その用途の例としては、風力タービンのブレード軸受、ヘリコプターのローターピッチ軸受、ロボットの軸受などがあります。軸受の動きが小さな動きに限定されている場合、発生する損傷は、遭遇するメカニズムに応じてフレッティングまたは偽ブリネリングと呼ばれることがあります。 ^{[8] [9]}主な違いは、偽ブリネリングは潤滑下で発生し、フレッティングは乾燥接触条件下で発生することです。偽ブリネリングとフレッティング腐食の間には、時間依存の関係が提案されています。^[10]

フレッティングは、サイクル応力下で動作する材料の疲労強度を低下させます。これによりフレッティング疲労が発生し、フレッティング領域で疲労亀裂が発生する可能性があります。その後、亀裂は材料に伝播します。航空機の機体表面によく見られるラップジョイントは、フレッティング腐食の主な発生場所です。これはフレッテージまたはフレッティング腐食とも呼ばれます。^[11]

フレッティング抵抗は、材料の固有の特性ではなく、材料同士の結合による特性でもありません。接触時のフレッティング挙動に影響を与える要因はいくつかあります。^[12]

• 接触荷重
• スライディング振幅
• サイクル数
• 温度
• 相対湿度
• 材料の不活性
• 腐食とそれに伴う動きによる接触不良

フレッティングを防ぐ基本的な方法は、接触面の相対運動がないように設計することです。フレッティングは通常、合わせ面の凹凸の接触によって発生するため、表面粗さが重要な役割を果たします。潤滑剤は摩擦を減らし、酸化を防ぐため、フレッティングを軽減するためによく使用されます。しかし、摩擦係数が低いと動きが大きくなるため、逆の効果も生じる可能性があります。^[13]したがって、解決策は慎重に検討し、テストする必要があります。航空業界では、表面をより硬くしたり、摩擦係数に影響を与えたりするためにコーティングが施されています。

軟質材料は、同種の硬質材料よりもフレッティングの影響を受けやすい傾向があります。2つの摺動材料の硬度比もフレッティング摩耗に影響します。^{[14]しかし、}ポリマーなどの軟質材料は、硬い破片を捕らえてベアリング表面に埋め込まれると逆の効果を示すことがあります。すると、非常に効果的な研磨剤として作用し、接触している硬い金属を摩耗させます。

• 接触力学 – 互いに接触する固体の変形の研究
• 動きによって引き起こされる接触不足 – 荷重を受けた表面の摩耗または損傷リダイレクト先の簡単な説明を表示するページ
• トライボロジー – 相対運動する表面の相互作用に関する科学と工学
• 摩耗 – 固体表面における材料の損傷、徐々に除去、または変形

ウィキメディア・コモンズには、フレッティング腐食に関連するメディアがあります。

• フレッティングとその潜在的な影響、EPI Inc. 著
• 真空下での衝撃とフレッティングによる分離可能な接触面間の冷間圧接の評価