５．極低温トライボロジー材料
（１）トライボロジーの基礎
表面の接触と摩擦・摩耗
金属表面の状態
μ = 0.7以上
μ = 0.2 - 0.3
摩擦係数
摩擦面の潤滑状態と摩擦係数
摩耗の形態
接触面の変形
（１）材料の降伏
Ｐ ＝ 1.1 Ｙ
Ａ ＝π（ ｋ Ｒ W ) 2/3
（２）完全塑性流動
Ｐ＝3Ｙ
Ａ＝ｋＷ
（Ｙ：引張りにおける弾性限界）
比摩耗率と硬さの関係
摩耗係数
摩擦摩耗に及ぼす金属の組合せ
（２）極低温液体中でのバーンアウト摩耗
バーンアウト摩耗
核沸騰から膜沸騰に移るときの熱伝達の急激
な低下による熱損傷（バーンアウト現象）のため
、摩擦面が溶ける摩耗状態
液体窒素中でのAg-Cu合金ピン／Ti合金摩擦試験
（融点:961℃）
（882℃）
（900℃）
（1083℃）
相手Ｔｉ合金の摩擦面の表面形状
バーンアウト摩耗の防止
液体窒素中でのAgピン／TiNコーテイング摩擦試験
（３）ＰＴＦＥなど樹脂や複合材の摩擦・摩耗
① 極低温気体中でのすべり摩擦試験
液体窒素中でのＰＴＦＥピンの摩擦
ストライベック数 ＝ 粘度 × 速度 / 荷重
境界潤滑 → 混合潤滑 → 流体潤滑
PTFEとPTFE複合材の低温引張り強度
PTFE複合材ピンの摩擦摩耗
ガラス繊維強化PTFEピンの摩耗
(a) 10 wt% ガラス繊維
(b) 24 wt% ガラス繊維
荷重： 265 N 摩擦速度： 10 m/s 液体窒素中
SUS440C 円板 直径3mmピン
ガラス繊維/カーボン繊維の集積層
② 低温ガス中でのすべり摩擦
低温窒素ガス中での摩擦係数の変化
ＰＴＦＥ（テフロン）の構造
ＰＴＦＥのガラス転移温度
温度変化に対
する摩耗特性曲
線の求め方
低温酸素ガス中でのPTFE/SUS440Cの摩擦摩耗
(a) SUS440Cの酸化処理なし
(b) 623Kで酸化処理
低温窒素ガス中でのPTFE/SUS440Cの摩擦摩耗
低温ガス中でのPTFE/Si3N4の摩擦摩耗
(a) ガス窒素
(ｂ) ガス酸素
（４）軸シール材料の摩擦・摩耗
低温GHe中でのカーボンピン／Crメッキの摩擦摩耗
低温酸素ガス中でのカーボンピン/Crめっきの摩擦摩耗
（５）セラミック材の摩擦・摩耗
各種セラミックピン／SUS440Cの摩擦試験
液体酸素
ガス酸素(常温）
各種セラミックピン／SUS440Cの摩擦試験
液体窒素
ガス窒素(常温）
液体酸素/液体窒素中でのセラミックピンの摩耗
Zr2O3ピン摩擦面の移着状態（液体酸素試験）
移着状態の比較