纳米晶材料滑动接触过程中近表面结构演变机制

在恒定法向载荷下，采用分子动力学模拟了纳米晶Cu的磨损驱动结构演变，并进行了定量分析。虽然远离滑动接触处的微观结构保持不变，但在接触表面附近观察到伴随部分位错和孪晶形成的晶粒长大，且较高的外加法向载荷促进了更快速的粗化。结构演变随滑动循环次数增加而持续，最终饱和形成一层稳定的独特粗化晶粒层，该层通过晶粒尺寸的陡峭梯度与较细基体分开。当法向载荷足够高时，粗化过程与材料去除速率相平衡。观察到的结构演变导致硬度增加和摩擦系数降低，这在若干滑动循环后也达到饱和。本工作为纳米晶磨损提供了重要的机理认识，同时引入了恒定外加法向载荷下循环磨损损伤的原子模拟方法。