フレッティングテスト
フレッティング運動に伴う表面の損傷や摩耗は、接着摩耗、腐食摩耗、および研磨摩耗が相乗的に作用する領域に存在する。
フレッティング防止潤滑剤と摩擦低減潤滑剤は、金属同士の耐久性と性能において重要な役割を果たします。
メリッサ・マシュラッシュ（デュポン社、モリコート・スペシャリティ・ルブリカンツ）
「フレッティング」には、比喩的な意味と文字通りの意味の両方で、いくつかの定義があります。摩擦学の文脈では、フレッティングは摩耗や腐食として現れ、振動などの反復的な相対表面運動によって負荷がかかった状態で引き起こされる損傷が原因です。フレッティングは本質的に複雑であり、フレッティング運動に伴う表面の損傷と摩耗は、粘着性摩耗、腐食性摩耗、および研磨性摩耗の相乗効果によって生じます。プラントエンジニアは、歯車、ベアリング、アリ溝継手、シール、スピンドル、ボルトなど、振動が発生するあらゆる機械部品で、この兆候を目にするでしょう。フレッティング摩耗または疲労は、相対運動が小さいため、非常に小さな特徴によって特徴付けられます。振動によって金属表面を保護する表面酸化物が除去されるため、これらの特徴で腐食が同時に発生することがよくあります。
フレッティングに関連する標準的な方法はいくつかあり、潤滑グリースの一般的な評価（ASTM D-1470）から、さまざまな用途に対応するより具体的な方法まであります。摩擦計でフレッティング状態をシミュレートするのは困難です。なぜなら、摩擦計は非常に小さな変位（ステップサイズ）と高周波、高荷重を必要とするからです。専用の市販のフレッティング試験機もあり、中には極めて小さな変位と高周波を備えたものもありますが、新しい（そして高価な）専用試験機を追加することは選択肢にならない場合もあります。試験パラメータにどの程度の変動があっても、フレッティング摩耗をシミュレートできるのでしょうか？
フレッティング試験における重要な条件は変位量です。振動運動の「固着」成分と「滑り」成分を受ける接触面は重なり合っていなければなりません。つまり、ヘルツ接触半径は滑り振幅以上でなければなりません。これは、フレッティングが固着と滑りの両方が起こる箇所で発生するためです。多くの摩擦試験機は、この条件を満たすのに十分な小さな変位量を備えています。
標準的な方法における周波数は30～50Hzで、これは多くの摩擦試験機にとって妥当な範囲であり、負荷は高くする必要があるが、どの程度高くすればよいのだろうか？負荷に制限がある場合、フレッティング耐性効果で潤滑剤をランク付けするのに十分な分解能で潤滑剤を区別できるほど負荷が十分かどうかという疑問が生じる。
フレッティングテスト
本研究で使用した試験システムは、ブロック・オン・リングモジュールを備えたBruker UMT（ユニバーサル機械試験機）です。振動の最小弧長は9度で、周波数は30Hzと50Hzであり、参照規格ASTM D1470の要件を満たすか、それを上回ります。荷重は100N（153MPa）に制限しました。この装置には温度調節機能はありません。試験時間は2時間に制限しました。
入手可能な多くの潤滑剤製品の中で、ペースト状の潤滑剤はフレッティング摩耗から最も優れた保護効果を発揮する傾向があります。摩擦低減コーティングなどの他の潤滑剤は、通常、そのような効果は得られません。フレッティング法とその再現性を評価するために、両方のタイプの潤滑剤をテストし、幅広い性能を調べました。当初、テスト部品の重量を測定して材料の損失量（質量）を計測しましたが、これらのテストではいずれも、4桁の天秤で正確に測定できるほどの材料の損失はありませんでした。
より簡単な方法は、一定時間経過後の摩耗痕の大きさを測定することです。原則として、摩耗痕が大きいほど潤滑剤の効果は低くなります。接触点でフレッティング摩耗が発生している場合、接触面積は試験時間とともに大きくなります。したがって、フレッティング摩耗に対する保護性能が低い潤滑剤は、保護性能が高い潤滑剤よりも大きな摩耗痕を残すことになります。
試験には、標準的なLFW-1鋼製試験ブロックとラップリングを使用し、リングに潤滑剤を塗布した。潤滑剤を使用せずに試験を行った場合、試験が途中で失敗することがある。つまり、力が急激に増加して摩擦係数が0.5を超えると、装置が試験を停止する。2時間フルに試験を行った場合、リングの摩耗痕は通常6mm以上であった（マイクロメーターで簡単に測定）。
4種類の市販の摩擦低減コーティングを、100 Nの荷重、50 Hz、9度の全角振動で試験したところ、得られた摩耗痕はすべて幅5.2～5.5 mmと大きく、潤滑剤を使用しない場合の6 mm以上と比較して大きな差が見られました。当然のことながら、これらのコーティングは潤滑剤を使用しない場合と比べて摩耗痕の大幅な減少は見られず、また早期に破損するケースも頻繁に発生しました。このような一貫性のない挙動は、摩擦係数が高くなるにつれてより一般的になるものであり、驚くべきことではありません。
性能範囲のもう一方の端を確認するために、フレッティング用途に推奨されている市販のペーストをテストしました。MOLYKOTEペースト1を同じ条件（50Hz、100N、全振動9度、2時間）で10回テストしたところ、非常に良好な再現性を示しました。10回の繰り返しテストのそれぞれで、ブロックの摩耗痕を上部、中央、下部で測定しました。これら3つの測定値の平均は1.32mmから1.77mmの間で変動し、標準偏差は0.14mmでした。リングの摩耗痕も同様の方法で評価しました。平均測定値は3.81から5.96の間で変動し、標準偏差は0.66でした。
比較のため、2つ目のペーストについても10回の繰り返し試験を行った。ペースト2は、ペースト1ほどフレッティング摩耗保護効果が高くなかった。この場合、コーティングの場合と同様に、早期の破損が多く、摩耗痕の幅にもばらつきが見られた。また、予想通り、ブロック摩耗痕とリング摩耗痕は、ペースト2の方がペースト1よりも平均的に幅が広かったが、コーティングよりは狭かった。これらのデータから、この試験は、特殊な摩擦試験機を用いないフレッティング性能評価として妥当であると考えられる。
今後の研究では、様々なペーストを測定し（さらに顕微鏡を用いて摩耗痕をより正確に測定する）、フレッティング摩耗に対する各種潤滑剤の有効性をどの程度の解像度で区別できるかを明らかにする予定である。EP
メリッサ・マシュラッシュ博士は、デュポン社（ミシガン州ミッドランド、 dupont.com ）のMOLYKOTE Specialty Lubricants部門の化学者です。彼女は、コーティング剤やペースト剤の摩擦・摩耗性能を向上させるための、摩擦低減コーティング用の新素材の研究に携わっています。専門分野は、真空技術、薄膜成膜、フィルムおよびデバイスの特性評価、プロセスデータ管理、統計および誤差解析、加速試験法など多岐にわたります。彼女は、米国摩擦・潤滑技術者協会（Society of Tribologists and Lubrication Engineers）の会員です。
出典：Efficient Plant Magazine
ウェブサイト： https://www.efficientplantmag.com/2024/07/test-for-fretting/
購入先 必要なMOLYKOTE®製品の販売元をお探しください。お問い合わせ お探しの製品が見つからない場合は、お気軽にお問い合わせください。