考虑纳米SiO_(2)颗粒作用的Cu-SiO_(2)-Cu接触界面摩擦性能研究OA

目的为揭示空间尘埃环境纳米SiO_(2)颗粒侵入软金属接触界面后的摩擦机理,本文系统研究了颗粒尺寸、形貌等因素对接触界面摩擦行为的影响,为空间机构Cu润滑膜的设计与防护提供理论依据。方法采用分子动力学方法构建Cu-SiO_(2)-Cu三体纳米接触模型,将Cu视为比较厚的软金属润滑膜,引入不同形貌的SiO_(2)颗粒,在不同条件下开展研究。结果颗粒尺度对界面摩擦具有显著的尺寸效应,当颗粒半径为1nm时,强黏附与局部变形导致平均摩擦力最高;随着颗粒半径增大至2nm,滚动作用增强,摩擦力降低;当继续增大颗粒尺寸时,接触面积增大、滚动被抑制,摩擦力开始回升。下压深度增加会导致接触区塑性变形与犁削作用增强,使摩擦力大幅度上升。滑动速度对摩擦力的影响表现出先减小后增大的特征。相较于光滑球形颗粒,具有表面凸起的近球形颗粒在接触表面会产生更强的应力集中与犁沟效应,并伴随温度急剧上升,导致摩擦水平进一步增加。结论SiO_(2)颗粒作为第三体时,对于颗粒适中且表面平滑的情况,体系可形成滚-滑混合运动并表现出“纳米轴承效应”;颗粒过小或形貌尖锐时,黏附与犁沟共同主导摩擦,能量耗散加剧;过大尺寸、过大下压深度以及过高滑动速度则通过几何约束、剪切集中和热效应使摩擦力升高。