559 / 2023-03-30 20:25:44

基于原子力显微镜的纳米摩擦学—非晶合金表面氧化研究

非晶合金,表面氧化,原子力显微镜,纳米摩擦学,磨损机制

本研究工作基于原子力显微镜技术模拟摩擦过程中的单粗糙峰接触行为，定量剖析表面氧化和结构弛豫对非晶合金摩擦学性能的作用机制。通过在不同气氛下（氧气和氩气）的DSC退火获得表面氧化和结构弛豫的Zr基非晶合金，选用惰性金刚石探针（针尖半径~10 nm），利用原子力显微镜开展纳米尺度的摩擦学测试。结果表明，结构弛豫使得合金的粘附系数显著增加，犁沟略有减少；而氧化处理使得合金表面的粘附和犁沟系数均显著降低。分子动力学和第一性原理模拟结果表明，氧的引入阻碍了金属原子与金刚石C原子发生键合，显著降低了C原子与钝化非晶表面之间的粘附。此外，氧化诱导的高硬度和高弹性回复降低了犁沟系数并提高了耐磨性。这一发现阐明了摩擦过程非晶合金表面化学氧化优于结构修饰的减摩特性，为设计开发耐磨非晶合金材料提供了重要途径。