JP2014503650A - 再生ナノ構造体及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

本発明は、摩擦アセンブリのトリートメント処理と、また機械及び機械パーツの摩擦面を回復処理のための潤滑組成物に利用し得る物質の製造に関する。組成物は、３００℃〜１２００℃の範囲の、固有の水分除去温度及び脱水物安定化温度で、天然の水和物、及び／又は合成された水和物、及び／又はこれらの混合物の脱水物から製造される。組成物は、ＭｇＯ、及び／又は、ＳｉＯ_２、及び／又はＡｌ_２Ｏ_３、及び／又はＣａＯ、及び／又はＦｅ_２Ｏ_３、及び／又はＫ_２Ｏ、及び／又はＮａ_２Ｏの中の酸化物を含み、ナノ粒子と結合相とからなる組織を有さないグレネード形状の集成体である。集成体のサイズは１００〜１００，０００ｎｍの範囲にあり、ナノ粒子のサイズが２〜２，０００ｎｍの範囲にある。本方法は、９００〜１２００℃の温度で、１〜３時間、脱水物を安定化する工程を含み、安定した集成体の構造体を形成することを可能にする。
【選択図】図１

Description

本発明は、ナノテクノロジーの技術分野、並びに、摩擦ユニットのトリートメント処理と、機械及び自動車部品の表面摩擦力の回復処理とのための潤滑化合物に適用し得るナノ物質の製造方法に関する。

活性剤のナノ構造体は技術的進歩における新規な手段である。このような現象は、物質の一般的寸法の縮小、及び、ナノ物質のレベルへの物質の転換に関する。このような物質の特性は、実質的な変化に依存し得る。個々のナノ対象物、及び、ナノ対象物の組織的形成は、異なる技術分野における技術的利用に必須である新規な特性を必要とする。

出願人は、オリジナル技術用語の短縮として、特定の技術を介して得られ、「再生」プロセスのためにデザインされた、「摩擦ユニットの回復のための潤滑組成物」を意味する用語「再生物（revitalizant）」を使用し、そして、それが、その技術的本質において、初期の技術的パラメータ、あるいは摩擦面又は摩擦ユニットの特性の活性化又は回復を意味する。出願人及びＸＡＤＯ社（ウクライナ、ハルキウ）は、１９９８年から、オリジナル技術用語「再生物」及び「再生」を使用していた。

例えば、技術的解決法（特許文献１）が存在し、これに従えば、ナノ構造体は、多量の接触する２つの不混和流体から構成される２相反応系における錯化合物（polycomplex）として組み入れられる。錯化合物は、２又はそれ以上のアミノ基を含む有機分子と、貴金属の粒子とから構成される。

提案された技術的解決法は、３００℃〜１２００℃の範囲の、含有水分除去の温度及び脱水物安定化の温度で、天然の水和物、及び／又は合成された水和物、及び／又は混合物の脱水物から、再生ナノ構造体を抽出することを目的とする。安定状態では、このような再生ナノ構造体は、ＭｇＯ、及び／又は、ＳｉＯ_２、及び／又はＡｌ_２Ｏ_３、及び／又はＣａＯ、及び／又はＦｅ_２Ｏ_３、及び／又はＫ_２Ｏ、及び／又はＮａ_２Ｏの酸化物を含み、ナノ粒子（nanograin）と結合相（binding phase）とから構成される。提案された発明によれば、ナノ構造体は、アモルファスなザクロ状の構造を有し、その寸法は１００〜１００，０００ｎｍの間で変動する一方、粒子の寸法は２〜２，０００ｎｍの範囲である。提案された発明によれば、結合水は３００〜１，０００℃の温度で除去され、製造物の安定化が７００〜１，２００℃の温度で起きる。再生ナノ構造体のアモルファスなザクロ状の構造は、天然の水和物及び／又は合成された水和物の脱水物の混合により製造される。また、アモルファスなザクロ状の構造の結合相は、ＭｇＯ、及び／又は、ＳｉＯ_２、及び／又はＡｌ_２Ｏ_３、及び／又はＣａＯ、及び／又はＦｅ_２Ｏ_３、及び／又はＫ_２Ｏ、及び／又はＮａ_２Ｏの幾つかの酸化物の均質な混合物から構成されている。アモルファスなザクロ状の構造のナノ粒子は、ＭｇＯ、及び／又は、ＳｉＯ_２、及び／又はＡｌ_２Ｏ_３、及び／又はＣａＯ、及び／又はＦｅ_２Ｏ_３、及び／又はＫ_２Ｏ、及び／又はＮａ_２Ｏの一又は幾つかの酸化物から構成されている。ナノ粒子の硬度は、モース硬度で約７〜１０である。

提案された技術的解決法の技術的本質の説明は、技術的解決法が新規であり、潤滑性組成物を形成して用いながら実行され得、再生ナノ構造体中の粒子の初期サイズは表面欠陥（粒状性、マイクロラフネス）の寸法に対応するということを証明している。摩擦面への再生（潤滑性組成物）ナノ構造体の影響は、金属のナノスケールの塑性変形と、摩擦による表面層のナノ構造体活性状態への転換とを引き起こす。これはまた、金属粒子の徹底的な粉砕をもたらし、それらの界面の濃度を増加させ、表面（垂直的に）及び粒子（水平的に）への炭素拡散の状態を改善する。

提案された技術的解決法の進歩性は、次の事項からなる。

摩擦ペアの処理のための既存の潤滑性組成物は、金属と、ナノ金属酸化物とを含み、４００〜９００℃の範囲の、含有水分除去及び結晶格子破壊の温度で脱水水和物の生成物を酸化物として含有する。安定フェーズにおいて、このような潤滑性組成物は、ＭｇＯ、ＳｉＯ_２、Ａｌ_２Ｏ_３、ＣａＯ、Ｆｅ_２Ｏ_３、Ｋ_２Ｏ、Ｎａ_２Ｏの中の酸化物を含有する。上述の温度範囲（４００〜９００℃）内において、吸湿水分と結晶格子内で緩く結合した水分との除去と、結晶格子内の化学的に結合した水分の除去が起きる。

提案された技術的解決法によれば、１００〜１００，０００ｎｍの範囲のサイズを有するアモルファスなザクロ状の構造の再生ナノ構造体、及び２〜２，０００ｎｍのサイズのナノ粒子は、３００〜１０００℃の温度で、結合水を除去することにより得られる。さらに、提案された発明の技術的解決法はまた、７００〜１２００℃の温度で脱水物の安定化プロセスを含む。従って、再生ナノ構造体のアモルファスなザクロ状の構造は、天然の水和物及び／又は合成された水和物の脱水物の混合物から構成され、アモルファスなザクロ状の構造の結合相は、ＭｇＯ、及び／又はＳｉＯ_２、及び／又はＡｌ_２Ｏ_３、及び／又はＣａＯ、及び／又はＦｅ_２Ｏ_３、及び／又はＫ_２Ｏ、及び／又はＮａ_２Ｏの中の幾つかの酸化物の均質な混合物から構成され、アモルファスなザクロ状の構造のナノ粒子は、ＭｇＯ、及び／又はＳｉＯ_２、及び／又はＡｌ_２Ｏ_３、及び／又はＣａＯ、及び／又はＦｅ_２Ｏ_３、及び／又はＫ_２Ｏ、及び／又はＮａ_２Ｏの中の一又は幾つかの酸化物から構成される。上述したように、モース硬度で約７〜１０の硬度を有する再生粒子を得ることができる。

安定した構造の再生ナノ構造体を得る方法に関する公知技術は、安定した構造のナノ粒子を得る方法が、ナノ粒子の安定化プロセスと、再生物のナノ粒子が摩擦領域に到達した後、ナノ粒子間及び摩擦面間の相互作用とに密接に関連するという事実を基礎とする。

「ナノ粒子の製造方法（“Method for producing nanoparticles”）（特許文献２）」と呼ばれる技術的解決法が存在する。特許文献２は、ナノ粒子が、化学的影響又は物理化学的影響、あるいは、流体相の表面上の単分子層中におけるそれらの影響の組合せの下、製造されることを特徴とするナノ粒子の合成を取扱う。

さらに、タイトルが「貴金属のナノ粒子を含有する有機及び無機のナノ構造体並びに材料、及びその製造方法」である他の技術的解決法がある。これは、プリカーサ及びリガント（ligands）の金属分子を含有する反応系と、還元剤の導入と、ナノ粒子の合成とを扱う。この技術的解決法は、２つの接触する多量な不混和流体−疎水相及び水相−から構成される２相反応系を得ることができる。このプロセスの間、２以上のアミノ基を含む有機分子は、リガントとして作用する。プリカーサの金属分子は、疎水相に溶解し、そしてリガントは還元剤が導入された水相に溶解する。

公知技術の「再生ナノ構造体の安定した構造を得る方法」を調査すると同時に、再生ナノ構造体の派生構造（derived formation）が、潤滑媒体と、天然鉱物の水和物、天然鉱物の混合物、又は合成水和物の脱水物とから構成される潤滑組成物の製造に使用され得るということを見出した。脱水物は、９００℃未満の温度で、水分の除去及び結晶格子の破壊の後に得られる、ＭｇＯ、及び／又はＳｉＯ_２、及び／又はＡｌ_２Ｏ_３、及び／又はＣａＯ、及び／又はＦｅ_２Ｏ_３、及び／又はＫ_２Ｏ、及び／又はＮａ_２Ｏの酸化物を含有する。脱水物の安定した相は、天然鉱物の分解又は天然鉱物の混合、あるいは、９００〜１２００℃の範囲内の温度の影響に曝されることに起因して合成水和物の分解により達成される。これにより、１００〜１００，０００ｎｍのサイズを有する分解生成物を得ることができる。

提案された潤滑組成物は、摩擦ユニットの初期処理の場合と、さらに機械及び自動車の操作期間とにおいて、定期的な検査に拡大適用するために、又は修理と修復の間、機械製造工業及び異なるエンジニアリング分野で使用され得る。金属粒子を含有する材料の物理化学的特性は、金属の性質と、粒子の構造及びサイズと、粒子の配向性と、材料の構造体の量と分布に大きく依存する。金属ナノ粒子の特性、特に金属ナノ粒子の構造、結晶構造、結晶化度、そして、光学的特性、電気的特性、触媒物性は特に、金属ナノ粒子のサイズによって決まる。

近年、化学技術文献において、多量の一相流体反応系における貴金属のコロイド粒子の様々な合成方法を含む、貴金属粒子の異なる合成方法を取り上げる非常に多くの記述が存在する。このような合成は、安定化したリガントの存在下で、金属イオンの塩又は錯体に基づいている。

露国特許第２３６４４７２号明細書 露国特許第２２３３７９１号明細書

提案された技術的解決法は、再生ナノ構造体の安定した構造を得る方法を改良することを目的とする。本方法は、９００℃未満である結合水除去の温度で、天然水和物、及び／又は合成水和物、及び／又はそれらの混合物の脱水を含み、ＭｇＯ、及び／又はＳｉＯ_２、及び／又はＡｌ_２Ｏ_３、及び／又はＣａＯ、及び／又はＦｅ_２Ｏ_３、及び／又はＫ_２Ｏ、及び／又はＮａ_２Ｏの中の酸化物が含有され、摩擦面に又は摩擦領域に得られた生成物が導入されることを特徴とする。提案した発明の方法はまた、脱水プロセスに続く（構造的に不可逆的構造を得る）安定化プロセスを含む。安定化プロセスの間、脱水プロセスから得られる生成物は、７００〜１２００℃の範囲の温度で、１〜３時間内で安定化され、そして、再生ナノ構造体は１００〜１００，０００ｎｍの範囲内で安定化される。再生ナノ構造体の安定した構造の形成は、安定化された脱水物が摩擦面上に又は摩擦領域に導入された後に起き、潤滑間隔（lubrication interval）又は摩擦率（friction rate）により決定される、安定した幾何学的構造（回転構造（form of rolling））を得て完了する。但し、ｈ≦Ｒａ≦“安定化された再生ナノ構造体のサイズ”であり、ｈは潤滑層の厚さ又は２つの摩擦面の間の距離であり、Ｒａは表面粗さである。提案した発明によれば、安定した幾何学的構造（回転構造）は、ｈ≦Ｒａ≦“安定化された再生ナノ構造体のサイズ”である、境界湿潤又は境界摩擦の間で、あるいは、ｈ＝Ｒａ≦“安定化された再生ナノ構造体のサイズ”である、混合湿潤（mixed lubrication）又は混合摩擦の間で、あるいは、ｈが０（零）に近づき、Ｒａ≦“安定化された再生ナノ構造体のサイズ”である、乾燥摩擦の間で得られる。

再生ナノ構造体の安定した構造を得る提案した方法は、３００〜９００℃の温度で金属酸化物及び／又は非金属酸化物の脱水プロセスと、ＭｇＯ、及び／又はＳｉＯ_２、及び／又はＡｌ_２Ｏ_３、及び／又はＣａＯ、及び／又はＦｅ_２Ｏ_３、及び／又はＫ_２Ｏ、及び／又はＮａ_２Ｏの中の酸化物を含有する潤滑媒体と脱水により得られた生成物とを混合するプロセスとを備える、潤滑組成物を製造する方法と技術的に関係している。提案した解決法によれば、脱水プロセスの後に、脱水物の安定化プロセスが続く。安定化プロセスは、７００〜１２００℃の温度の影響下に１〜３時間持続して調整され曝されることにより実行される。

ＭｇＯ、及び／又はＳｉＯ_２、及び／又はＡｌ_２Ｏ_３、及び／又はＣａＯ、及び／又はＦｅ_２Ｏ_３、及び／又はＫ_２Ｏ、及び／又はＮａ_２Ｏの中の水和物からの結合の除去が、複雑な物理化学的プロセスであるだけでなく、不安定かつ不均一な物理化学的プロセスであるということを見出した。本件出願人は、ＭｇＯ、及び／又はＳｉＯ_２、及び／又はＡｌ_２Ｏ_３、及び／又はＣａＯ、及び／又はＦｅ_２Ｏ_３、及び／又はＫ_２Ｏ、及び／又はＮａ_２Ｏの中の水和物に対する、３００〜９００℃の温度での脱水と、７００〜１２００℃の温度での安定化とが、逆効果、すなわち、得られたナノ構造体が不安定であり、その集成体のサイズが１００，０００ｎｍを超え得ることをもたらす、７００〜９００℃の範囲内の過渡状態（期間／状態）、又は部分的に安定化した状態を有するということを見出した。このようなナノ構造体が摩擦領域に到達すると、ナノ構造体は不安定なトリボテクニカル効果（tribotechnical effect）又はいわゆる「一時的な効果（temporal effect）」もたらす。

熱重量測定方法により、ＭｇＯ、及び／又はＳｉＯ_２、及び／又はＡｌ_２Ｏ_３、及び／又はＣａＯ、及び／又はＦｅ_２Ｏ_３、及び／又はＫ_２Ｏ、及び／又はＮａ_２Ｏの中のいくつかの水和物を加熱する間の重量損失が、３００〜７００℃の温度で、約３２−１０ΔＨ，ｍｍであるということが検出される。この重量損失は、７００℃を超える温度でまだ起き、約２−１ΔＨであり、実質的に減少する。ここで、ΔＨはΔ重量に比例し、不変の符号である。

特に利用される場合、ナノ構造体の部分的安定化は、次のようにもたらされる。潤滑組成物が使用されると、すなわち、不安定なナノ構造体が摩擦領域又は摩擦面に到達すると、摩擦係数が減少し、安定な通常のオペレーションモードの状態で一定時間変化しないままでいられる。しかしながら、摩擦面が一時的に行き過ぎた又は一様ではない負荷に曝され、さらに再び通常モードでオペレーションされると、摩擦係数の到達した減少は見られなくなり、摩擦が急激に増加し、逆効果をもたらす。

従って、再生ナノ構造体の安定した構造を得る提案した方法の進歩性は、ＭｇＯ、及び／又はＳｉＯ_２、及び／又はＡｌ_２Ｏ_３、及び／又はＣａＯ、及び／又はＦｅ_２Ｏ_３、及び／又はＫ_２Ｏ、及び／又はＮａ_２Ｏの中のいくつかの酸化物と、ＭｇＯ、及び／又はＳｉＯ_２、及び／又はＡｌ_２Ｏ_３、及び／又はＣａＯ、及び／又はＦｅ_２Ｏ_３、及び／又はＫ_２Ｏ、及び／又はＮａ_２Ｏの中の１又は複数の酸化物からなるナノ粒子とから構成される均質な結合相の形成のために、最適な温度（７００〜１２００℃）及び時間（１〜３時間）により決定される提案された生成物（再生ナノ構造体）の安定化プロセスと；安定化された脱水物が摩擦面又は摩擦領域に導入された後に起き、潤滑間隔又は摩擦率により決定される、安定した幾何学的構造（回転構造）の形成プロセスと；から構成され、ｈ≦Ｒａ≦“安定化された再生ナノ構造体のサイズ”であることを特徴とする。

著者らは、ナノ構造体の安定化プロセスと摩擦領域の安定した回転構造の形成プロセスが、表面層の炭化（carbidization）及びナノ構造体の活性状態（再生化プロセス）への転換のために、摩擦面を元の状態にするだけでなく、摩擦面の全寿命期間（whole service life）、摩擦面層の安定化と摩擦の最小化とに寄与し、さらに再生物のナノ構造体が実際に「回転ナノベアリング（roller nanobearings）」を形成すると考えている。

再生ナノ粒子を概略的に示している図。 同形の炭素の基準面上の再生ナノ構造体の水和物の初期粒子の光場電子顕微鏡写真。 脱水プロセス後の同形の炭素の基準面上の再生ナノ構造体の水和物の一次粒子の光場電子顕微鏡写真。 処理済み表面又は摩擦面の炭化プロセスを示す図。 再生ナノ構造体と摩擦面との間の相互作用の枠組みを示す図。 摩擦損失を低減するプロセスを概略的に示す図。 再生ナノ構造体の粒子サイズの自己組織化を示す図。

図１〜図７は、再生ナノ構造体と、再生ナノ構造体の安定した構造（回転構造）の形成プロセス、及び修正された摩擦面で起きるプロセスとを表している。

図１は、制御可能なサイズが摩擦ユニットに対する初期粗さの異なるレベルで示された、再生ナノ粒子を概略的に示している。便宜上、再生ナノ粒子は、２〜２０００ｎｍのサイズの活性粒子（１）が「粒子（grains）」状に表されている、「ザクロ（pomegranate）」状に表されている。結合相（２）は、粒子が接触できないようにしている。活性再生粒子の硬度は、モース硬度で約８〜９であり、その耐久性は、結合相の耐久性を超える。従って、このような粒子は、最小「グレイン粒子（grain）」に砕かれ得る。

最初の状態の加工されていないナノ粒子である水和物は、再生ナノ構造体を得るために一次材料として使用される。このような材料の脱水、すなわち、結晶格子から結合水の除去の間、の結果として、最初の材料の代わりに２〜２０００ｎｍのサイズを有するナノ粒子から構成される２相の集成体構造が得られる。

上述した事実が、伝導電子顕微鏡的研究（conducted electron-microscopic researches）で確認される（図２，図３）。図２は、同形の炭素の基準面上の再生ナノ構造体の水和物の一次粒子の光場電子顕微鏡写真を示す。この写真は、再生物（約３００ｎｍ）のナノスケールの寸法と、水和物の最初の粒子の完全な状態を示している。図３は、脱水プロセス後の同形の炭素の基準面上の再生ナノ構造体の水和物の一次粒子の光場電子顕微鏡写真を示す。この写真は、水和物の粒子からの結合水の除去が、最初の完全な状態の破壊と、「ザクロ」状の２相の集成体の化学成分をもたらすことを証明する。

図４及び図５は、処理済み表面又は摩擦面の炭化プロセスを示す。

改質されたコーティングの形成の間の、再生物と表面物質との相互作用は、主に金属炭化物から構成されるサーメットコーティングの形成と言われる。このような状態で、再生ナノ粒子のナノスケールの次元性は、金属表面との機械的相互作用の次元効果を保証する。この点は、再生粒子の一次サイズが表面欠陥（粒状性、微小粗さ等）のサイズに相当するという事実からなる。このような相互作用は、金属のナノスケールの塑性変形と、活性ナノ構造の状態への表面層の転換とを引き起こす。このプロセスは、金属粒子の衝撃粉砕（intensive grinding）により達成され、金属粒子の境界の密度を増加させ、（垂直に）表面へ、そして（水平に）粒子の内部での炭素拡散のために環境改善する（図４）。

従って、提案した技術的解決法によれば、再生ナノ粒子は、圧力コンセントレータ（pressure concentrators）として機能を果たす。表面との接触パターンにおける再生粒子の圧力は高く、その値は二次粉末になる粒子サイズ（２〜２０００ｎｍ）と反比例する。すなわち、ナノ構造体の再生物は、表面内部に炭素原子の激しい拡散のために、固有のＰ（圧力）とＴ（温度）の状態を形成する。これらの状態は、鉄中の炭素の溶液から炭化物の形成（低温炭化）を容易化する。このような相互作用は再生物のナノスケールの次元性のために達成される。

図５は、再生ナノ構造体と摩擦面との間の相互作用の枠組み（表面層（１）のメイン金属（５）及び粗さ、又は、表面層の回復（４）及び炭素飽和（６）とそれに続く炭化物の形成（３）を伴う）を示す。また、再生ナノ構造体により表面の硬化が示されている。このようなプロセスは、表面／改質された層（４）の表面硬化（炭化）だけでなく、表面の表面硬化も含む。この硬化は、改質された層（４）の奥行き全体を通して一定の符号の形成圧縮応力に起因して特有である。パーツの古典的な表面の塑性変形は、破砕、ローラバニッシング、スチールボールを用いて、又は他の公知の手法によって行われる。このような機械的硬化は、パーツの表面層における圧縮（正の）残留応力を引き起こし、疲労限界と表面硬さの増加と、（０（零）に近づく）表面粗さ（１）と表面微小欠陥とを減少することをもたらす。

図６は、摩擦損失を低減するプロセスを概略的に示し、１と２はそれぞれ、パーツの不可動面と可動面であり；Ｎ−負荷：Ｖ−相対運動の速度；Ｆ−滑り摩擦力；Ｍ−転がり摩擦のモーメントである。機械的変形と付着のために表面の接触パターンで滑り摩擦力が現れる。再生物と表面との間の相互作用の結果として、表面は滑らかになり（粗さが減少し）、表面自身における摩擦損失を低減する。再生粒子は、回転エレメントであるナノスケールの「回転ベアリング」として機能する。これらは、高摩擦損失を引き起こすパーツの滑り摩擦を、非常に低い摩擦損失を有する転がり摩擦に転換する。

図７は、再生ナノ構造体の粒子サイズの自己組織化（self-organization）を示し、再生ナノ構造体の粒子のサイズの自己組織化のプロセスは、ＰとＴファクタの影響下で表面粗さのサイズに適応する。１−不可動面；２−可動面；Ｎ−負荷；Ｖ−運動速度。

再生ナノ構造体の粒子の一次寸法（Ｄ）は、表面粗さの標準的な寸法（ｈ）を超える。ＰとＴファクタの影響下で、粒子の一次寸法は、粗さの標準的な寸法に相当する最適値に減少する。再生ナノ構造体の粒子の寸法の変化は、表面粗さの同時変化によって達成される。改質された層の安定化の間、表面はいわゆる平衡粗さ（equilibrium roughness）を得る一方、再生ナノ構造体は粗さと負荷状態（Ｎ，Ｖ）に対応する寸法を得る。すなわち、再生ナノ構造体の粒子のサイズは結合動作の状態に適合する。

これが、再生ナノ構造体の粒子のナノスケール寸法であり、形成されるコーティングの新規な特性（高い表面硬さ、低い粗さ、摩耗品のサーメットコーティングへの含有、摩擦面の再生の最終段階で有意な摩擦減少）を決定する。このようなナノスケール寸法は、再生物と処理された表面との間の摩擦防止の相互作用と、同時に、（固体コークス形成の進行なく）プロセスの最終段階の間、再生ナノ構造体の粒子の寸法の自己適応減少とを可能にする。

［提案した技術的解決法の再生ナノ構造体の製造のための一般的な状態］
結合水除去の温度かつ３００〜１２００℃の範囲の脱水物の安定化温度で、天然水和物、及び／又は合成した水和物、及び／又はそれらの混合物の脱水物から抽出された再生ナノ構造体は、安定した状態で、ＭｇＯ、及び／又はＳｉＯ_２、及び／又はＡｌ_２Ｏ_３、及び／又はＣａＯ、及び／又はＦｅ_２Ｏ_３、及び／又はＫ_２Ｏ、及び／又はＮａ_２Ｏの中の酸化物を含み、かつ、接触するが混和しない多量の物質、すなわち、結合相とグレイン粒子（grain）とから構成される、集成体の２相のザクロ状の構造である。

結合相は、ＭｇＯ、及び／又はＳｉＯ_２、及び／又はＡｌ_２Ｏ_３、及び／又はＣａＯ、及び／又はＦｅ_２Ｏ_３、及び／又はＫ_２Ｏ、及び／又はＮａ_２Ｏの中のいくつかの酸化物の均質な混合物からなり、粒子（grain）は、ＭｇＯ、及び／又はＳｉＯ_２、及び／又はＡｌ_２Ｏ_３、及び／又はＣａＯ、及び／又はＦｅ_２Ｏ_３、及び／又はＫ_２Ｏ、及び／又はＮａ_２Ｏの中の１又は複数の酸化物から構成される。

集成体の構造の結合相の体積サイズは、１０〜１００，０００ｎｍで変動し、天然の水和物、及び／又は合成された水和物、及び／又はそれらの混合物の寸法により決定される。

２〜２，０００ｎｍの範囲のグレイン粒子の体積サイズは、天然の水和物、及び／又は合成された水和物、及び／又はそれらの混合物の物質がさらされた影響の温度と時間が条件となる。

結合相の耐久性は粒子の耐久性よりも低い。結合相は粒子同士が互いに接触するのを防止する。

グレイン粒子の隣り合うナノ粒子の間の距離は、天然の水和物、及び／又は合成された水和物、及び／又はそれらの混合物から結合水の分子の除去が起きた温度及び時間の状態により決定される。

［再生ナノ構造体の実施例］
再生ナノ構造体の実施例は、４５０℃の結合水除去温度で、かつ１１００℃である脱水物の安定化温度で、天然の水和物の脱水物から得た再生ナノ構造体であり、そして、安定した状態で、金属酸化物ＭｇＯ、ＳｉＯ_２、及びＡｌ_２Ｏ_３を含有し、かつ、接触して混和しない多量の物質、すなわち、結合相及びグレイン粒子から構成される集成体のザクロ状の２相の構造である（図３）。

結合相は、酸化物ＭｇＯ及びＳｉＯ_２の均質な混合物から構成され、グレイン粒子は酸化物Ａｌ_２Ｏ_３から構成される。

結合相を含む集成体の構造の平均体積サイズは、３，５００〜４，０００ｎｍの範囲内であり、天然の水和物の一次粒子の寸法と結合水除去の温度により決定される。

約１０ｎｍであるグレイン粒子の平均体積サイズは、天然の水和物、及び／又は合成された水和物、及び／又はそれらの混合物が安定化した温度及び時間により決定される。

結合相の耐久性は、グレイン粒子の耐久性よりも低い。結合相はグレイン粒子同士が接触するのを防止する。

グレイン粒子（Ａｌ_２Ｏ_３）の隣り合うナノ粒子間の距離は、２〜５０ｎｍであり、結合水分子の除去の温度と時間の状態により決定される。

［再生ナノ構造体の実際の適用例］
再生ナノ構造体は、ＳＡＥ Ｊ３００規格のＳＡＥ−１０Ｗ−４０粘度と、ＡＣＥＡ規格のＡＣＥＡ−Ａ３性能特性とを有する潤滑油が利用される、８５ｋＷの能力を有するガソリンエンジンのトリートメント処理に利用される潤滑組成物に含まれる。

潤滑組成物は、鉱油状の潤滑媒体と、天然鉱物又は天然鉱物の混合物の水和物、又は合成された水和物の脱水物から抽出された再生ナノ構造体とから構成され、脱水物は、結合水の除去と７５０℃の温度で結晶格子の破壊とから得られた酸化物ＭｇＯ、ＳｉＯ_２、及びＡｌ_２Ｏ_３を含有することを特徴とする。脱水物の安定相は、寸法が５０，０００〜６０，０００ｎｍの範囲内である分解生成物のグレインを得ることができる、１０００℃の温度で１２０分、曝されることにより達成される。

エンジンは、再生ナノ構造体を含有する潤滑組成物でトリートメント処理される。提案したナノ構造体の有効性は、トリートメント処理前後で、エンジンの動作特性を比較することにより評価された。排ガスの毒性、燃料消費、エンジン出力、及び圧縮のこのような特徴が、比較対象とされた。

排ガス（ＣＯ，ＨＣ，ＮＯｘ，ＣＯ_２）の毒性測定は、指令７０／２２０／ＥＥＵ ｉ．ｄ．Ｆ．２００６／９６／ＥＣＴｙｐｅ Ｉにより実施された。再生ナノ構造体を含有する潤滑組成物の利用は、一酸化炭素、二酸化炭素、及び炭化水素の放出において好ましい変化を引き起こした（表１）。１．２５０ｇ ＣＯ／ｋｍから１．０５１ｇＣＯ／ｋｍへの平均値の変化は、一酸化炭素放出の１５．９２％減少に相当する。１７３．２４７ ｇＣＯ_２／ｋｍ から１６４．３１９ｇＣＯ_２／ｋｍへの平均値の変化は、二酸化炭素放出の５．１６％減少に相当する。０．１１８ ｇＨＣ／ｋｍから０．１０９ ｇＨＣ／ｋｍへの平均値の変化は、炭化水素放出７．６３％減少に相当する。窒素酸化物の減少は実験の範囲内では検出されなかった。

燃料消費の決定は、指令８０／１２６８／ＥＥＵ ｉ．ｄ． Ｆ． ２００４／３／ＥＣにより実施された。比較分析を通して、燃料消費が再生ナノ構造体を含有する潤滑組成物の利用後に減少したことが分かった（表２）。７．３５１ ｌ／１００ｋｍから６．９６２ｌ／１００ｋｍへの平均値の変化は、燃料消費で５．２９％減少に相当する。

エンジン出力の測定は、指令８０／１２６９／ＥＥＵ ｉ．ｄ． Ｆ． １９９９／９９／ＥＣにより実施された。再生ナノ構造体を含有する潤滑組成物の利用はエンジン出力の増加を引き起こしたということが検出された（表３）。８５．６ ｋＷから８７．９ｋＷへのエンジン出力の変化は、２．６８％又は２．３ｋＷの増加に相当する。

圧縮の決定は、圧縮測定用自己記録装置を用いて実施した。再生ナノ構造体を含有する潤滑組成物の利用はエンジン圧縮を増加した（表４）。組成物の利用前に実行された初期段階では一様ではない圧縮力が示された（別々のシリンダにおける偏差が最大２ａｔｍであった）。組成物利用後、圧縮力は等しくなった。別々のシリンダにおける圧縮偏差は有意ではなくなった。さらに、シリンダ２及び３における圧縮力は有意に増加した。

［提案した発明の再生ナノ構造体の安定した構造を得る方法を実施する一般的状態］
再生ナノ構造体の安定した構造を得る方法は、３００〜９００℃の範囲の結合水除去の温度での、天然の水和物、及び／又は合成された水和物、及び／又はそれらの混合物の脱水と、７００〜１２００℃の温度で、１〜３時間、脱水物の安定化と、ＭｇＯ、及び／又はＳｉＯ_２、及び／又はＡｌ_２Ｏ_３、及び／又はＣａＯ、及び／又はＦｅ_２Ｏ_３、及び／又はＫ_２Ｏ、及び／又はＮａ_２Ｏの中の酸化物のグループを含有する潤滑媒体と生成物との混合と、摩擦面又は摩擦領域への混合物の導入とから構成される。１００〜１００，０００ｎｍの範囲の寸法の、再生ナノ構造体の提案した安定した構造は、摩擦面上での特定圧力と摩擦領域での温度とにより決定される回転体の安定した構造に変化するという事実に起因して固有のものである。

［再生ナノ構造体の安定した構造を得る方法を実施する実施例］
再生ナノ構造体の安定した構造を得る方法を実施する実施例は、接触するが混和しない多量の物質、すなわち、結合相とグレイン粒子とから構成される集成体の２相のザクロ状の構造体の形成からなる。この構造体は、構造体自身を、摩擦エリア又は摩擦ユニットに到達した後、「回転ナノベアリング」状に変質する。このような変質のプロセスは、潤滑間隔又は摩擦率により決定される。

例えば、天然の水和物ＭｇＯ、ＳｉＯ_２、及びＡｌ_２Ｏ_３から構成される物質は、デリバトグラフ（derivatograph）チャンバのサンプルホルダに置かれる。図２に示される天然の水和物の一次粒子の電子写真は、その均一性を示す。結合水は、４５０℃の温度で除去される。そして、生成物が、１１００℃の温度で、１４５分間曝される。水和物の粒子からの結合水の除去、そして続いて温度衝撃に曝すことは、水和物の一次粒子の完全状態の破壊と、結合相とグレイン粒子から形成される、アモルファスなザクロ状のナノ構造体の形成とを引き起こす（図３）。酸化物ＭｇＯ及びＳｉＯ_２の均一な混合物である結合相は、Ａｌ_２Ｏ_３から構成されるグレイン粒子同士が接触するのを防止する。３，５００〜４，０００ｎｍである結合相の平均サイズは、天然の水和物の一次粒子のサイズと、４５０℃で起きる結合水除去の温度とによって決定される。約１０ｎｍと等しい粒子の平均体積サイズは、１１００℃の温度で１４５分内、続いて曝されることにより提供される。粒子（grain）（Ａｌ_２Ｏ_３）の隣り合うナノ粒子間の距離は、２〜５０ｎｍの範囲であり、除去された結合水分子の状態の前記温度と時間と、それに続いて曝されることにより決定される。

安定化プロセスの後、２，５００〜５，０００ｎｍのグレイン粒子のサイズを有する再生ナノ構造体の安定した構造は、潤滑組成物に含まれる。潤滑組成物は、摩擦領域又は摩擦ユニットに導入され、潤滑油で潤滑されるカップリングパーツのトライボロジー的性質（tribological properties）の改善、すなわち、摩擦係数及び摩耗強度（wear intensity）を減少するようにデザインされる。潤滑組成物の作用は、動作期間中の潤滑組成物の存在下で摩擦パーツの表面の物理化学的相互作用に基づく。潤滑組成物の作用は、（組成物の利用前の）初期特性と比較すると、摩擦パーツの表面の特性の変化（改良）をもたらす。

安定化された脱水物が摩擦面又は摩擦領域へ導入された後で発達する、安定した幾何学的構造（回転構造）の誘導は、潤滑間隔又は温度率により決定され、ｈ≦Ｒａ≦“安定化した再生ナノ構造体のサイズ”を特徴とする。ここで、ｈは潤滑層の厚さ又は２つの摩擦面間の距離であり、Ｒａは表面粗さである。

安定化した再生ナノ構造体のサイズは、再生ナノ構造体の安定した構造（回転構造）又は「回転ナノベアリング」を導き出す一般的原理により、２，５００〜５，０００の範囲であり、ｈ≦Ｒａ≦“安定化した再生ナノ構造体のサイズ（１００〜１００，０００ｎｍ）”、又はｈ＝Ｒａ≦“安定化した再生ナノ構造体のサイズ（１００〜１００，０００ｎｍ）”を特徴とする。

表５は、様々な摩擦ユニット及び摩擦面において、再生ナノ構造体の安定した幾何学的構造（回転構造）を得る実施例を示す。

表６は、摩擦領域又は摩擦ユニットに到達した後、構造体自身を「回転ナノベアリング」の形状に、潤滑間隔又は摩擦率で構造化する、再生ナノ構造体の安定した構造を得る方法を実施する実施例を示す。ｈは０（零）に近づき、Ｒａ≦“安定化した再生ナノ構造体のサイズ（１００〜１００，０００ｎｍ）”であることを特徴とする。この表はまた、ライフルアーム（rifled arm）のシリンダ穴の内面に再生ナノ構造体を導入する実施例を含む。

天然の水和物、及び／又は合成された水和物、及び／又はそれらの水和物の脱水物から得られ、ＭｇＯ、及び／又はＳｉＯ_２、及び／又はＡｌ_２Ｏ_３、及び／又はＣａＯ、及び／又はＦｅ_２Ｏ_３、及び／又はＫ_２Ｏ、及び／又はＮａ_２Ｏの中の酸化物を含む上述の再生ナノ構造体は、ＸＡＤＯ社（ハリコフ，ウクライナ；UA）によって「ＸＡＤＯ−テクノロジー」の実行中に利用される。

提案した「ＸＡＤＯ−テクノロジー」によれば、この状態の摩耗性物質ではない再生ナノ構造体は、変形成分かつ硬化成分として機能する。表面層の有意な圧縮応力の形成は、Ｘ線テンソメトリィー（sin2ψ-method）のデータから実証された。再生物の利用に起因して、表面層の硬化の効果はナノレベルに移行すると言える価値がある。このように、通常破砕と通してのみ得られ得る圧縮応力は、今回の例では、研磨剤ではなく、再生化のプロセス全体を通して潤滑組成物中に含まれる、いわゆる「ナノ研削（nanogrinding）」に起因して起きる。ＰとＴファクタ（高い特定の圧力及び温度）の影響下で再生粒子の相互作用は、パーツの表面を変形し、硬化、平滑化、そして粗さのナノスケールレベルへの低減を導く。

提案した技術的解決法の記載は、再生ナノ構造体、及び再生ナノ構造体の安定した構造を得る方法は、新規性、進歩性、及び産業の利用可能性を有することを明らかにしている。

Claims (11)

1. ３００℃〜１２００℃の範囲の、含有水分除去の温度及び脱水物安定化の温度で、天然の水和物、及び／又は合成された水和物、及び／又はこれらの混合物の脱水物から形成され、
   安定状態で、ＭｇＯ、及び／又は、ＳｉＯ_２、及び／又はＡｌ_２Ｏ_３、及び／又はＣａＯ、及び／又はＦｅ_２Ｏ_３、及び／又はＫ_２Ｏ、及び／又はＮａ_２Ｏの中の酸化物を含み、
   ナノ粒子と結合相とを含む再生ナノ構造体であって、
   組織を有さないグレネード形状を有し、サイズが１００〜１００，０００ｎｍの範囲にあり、
   ナノ粒子のサイズが２〜２，０００ｎｍの範囲にある再生ナノ構造体。
2. 請求項１記載の再生ナノ構造体であって、
   結合水除去の温度（３００℃〜１０００℃）を特徴とする再生ナノ構造体。
3. 請求項１記載の再生ナノ構造体であって、
   脱水物安定化の温度（７００℃〜１２００℃）を特徴とする再生ナノ構造体。
4. 請求項１記載の再生ナノ構造体であって、
   前記再生ナノ構造体の組織を有さないグレネード形状が、天然の水和物及び／又は合成された水和物の混合物から形成されることを特徴とする再生ナノ構造体。
5. 請求項１記載の再生ナノ構造体であって、
   前記組織を有さないグレネード形状の結合相が、ＭｇＯ、及び／又はＳｉＯ_２、及び／又はＡｌ_２Ｏ_３、及び／又はＣａＯ、及び／又はＦｅ_２Ｏ_３、及び／又はＫ_２Ｏ、及び／又はＮａ_２Ｏの中の１又は複数の酸化物により形成されることを特徴とする再生ナノ構造体。
6. 請求項１記載の再生ナノ構造体であって、
   前記組織を有さないグレネード形状のナノ粒子が、ＭｇＯ、及び／又はＳｉＯ_２、及び／又はＡｌ_２Ｏ_３、及び／又はＣａＯ、及び／又はＦｅ_２Ｏ_３、及び／又はＫ_２Ｏ、及び／又はＮａ_２Ｏの中の１又は複数の酸化物により形成されることを特徴とする再生ナノ構造体。
7. 請求項１記載の再生ナノ構造体であって、
   ナノ粒子の硬度が、モース硬度で７〜１０であることを特徴とする再生ナノ構造体。
8. ９００℃以下の結合水除去の温度で、天然の水和物、及び／又は合成された水和物、及び／又はそれらの混合物の脱水工程を含み、
   所定の酸化物がＭｇＯ、及び／又はＳｉＯ_２、及び／又はＡｌ_２Ｏ_３、及び／又はＣａＯ、及び／又はＦｅ_２Ｏ_３、及び／又はＫ_２Ｏ、及び／又はＮａ_２Ｏを含む群から選択され、摩擦面に又は摩擦領域に得られた生成物が導入される再生ナノ構造体の安定した構造を得る方法であって、
   さらに、９００〜１２００℃の温度で、１〜３時間、脱水物を安定化させて、前記再生ナノ構造体が１００〜１００，０００ｎｍの範囲内で安定化される、構造的に不変の構造を得る工程（安定化工程）と、
   安定化した脱水物を、摩擦面又は摩擦領域に適用後、かつ、ｈが潤滑層の厚さ又は摩擦面間の距離を、Ｒａが表面粗さを表し、ｈ≦Ｒａ≦“安定した再生ナノ構造体のサイズ”であるときに潤滑摩擦モードにより決定される、安定した幾何学的構造（回転構造）を得る工程とを含み、
   前記再生ナノ構造体の安定した構造を形成することを特徴とする方法。
9. 請求項８記載の再生ナノ構造体を得る方法であって、
   前記再生ナノ構造体の安定した幾何学的構造（回転構造）を得る工程が、ｈ＜Ｒａ≦“安定した再生ナノ構造体のサイズ”であるとき、限界潤滑摩擦モードで起きることを特徴とする再生ナノ構造体を得る方法。
10. 請求項８記載の再生ナノ構造体を得る方法であって、
    前記再生ナノ構造体の安定した幾何学的構造（回転構造）を得る工程が、ｈ＝Ｒａ≦“安定した再生ナノ構造体のサイズ”であるとき、混合潤滑摩擦モード又は混合摩擦モードで起きることを特徴とする再生ナノ構造体を得る方法。
11. 請求項８記載の再生ナノ構造体を得る方法であって、
    前記再生ナノ構造体の安定した幾何学的構造（回転構造）を得る工程が、ｈが０に近づき、かつＲａ≦“安定した再生ナノ構造体のサイズ”であるとき、乾燥摩擦モードで起きることを特徴とする再生ナノ構造体を得る方法。