بررسي اثر چسبندگي بين دو سطح بر كار نيروي اصطكاك و سايش در مقياس نانو با استفاده از ديناميك مولكولي

Investigation of the Effect of Adhesion Between Two Surfaces on the Frictional Work and Wear at the Nanoscale Using Molecular Dynamics

در اين پژوهش، با بهره‌گيري از ديناميك مولكولي اثر چسبندگي بر ميزان حذف و جدا شدن مواد در طي فرايند خراش در مقياس نانو و به روش عددي با كمك آزمون نانو خراش موردمطالعه قرارگرفته است. در اين شبيه‌سازي، آزمون خراش با استفاده از يك سري تنظيمات مجازي بر يك زيرلايه صاف با ساختار مكعبي وجوه پر تك‌بلور و يك قلم خراش مخروطي با نوك كروي با عمق‌هاي خراش 0، 3، 7 و 10 آنگستروم انجام‌شده است. از پتانسيل كلاسيك بين‌اتمي لنارد-جونز براي مدل‌سازي و تنظيم چسبندگي بين اتم‌هاي قلم و زيرلايه استفاده‌شده است كه اين چسبندگي‌هاي در نظر گرفته‌شده از 5 تا 70 درصد قدرت چسبندگي بين‌اتمي اتم‌هاي آلومينيوم هست. با اين كار اثر ماده روانكار بدون مدل‌سازي آن موردبررسي قرار مي‌گيرد. باوجوداينكه بررسي تأثير چسبندگي به‌طور مداوم در مطالعات گذشته صرف‌نظر مي‌شده، اما مشاهده‌شده است كه در خراش با عمق‌هاي كمتر، كار چسبان اثر قابل‌توجهي بر كار اصطكاك و سايش خواهد داشت. شايان‌ذكر است كه در اين مطالعه به دليل اينكه اثر شكل‌پذيري اصلي‌ترين مكانيسم سايش بوده است، مطابق با مشاهدات تجربي كار اصطكاك و سايش باهم رابطه‌اي خطي دارند.

In this study, using Molecular Dynamics (MD) simulations, the effect of adhesion on the removal and separation of materials during the nano-scale scratching process has been studied numerically using the nano-scratching test. The virtual setup simulates the scratching of a flat substrate made of a single crystalline aluminum using a rigid conical indenter with a blunted spherical tip (radius of 20 nm) at four different scratching depths (i.e., 0, 3, 7 and 10 A) was studied. The classical Lenard-Jones interatomic potential is used to model and regulate the adhesion between the atoms of the pen and the substrate, which is 5 to 70% of the interatomic adhesion strength of aluminum atoms. This mimics the effect of the lubricant without modeling it. Although the effect of adhesion has been consistently neglected in previous studies, it has been observed that in scratches with shallower depths, the adhesive will have a significant effect on friction and wear. It is worth noting that in this study, because the effect of plasticity was the main mechanism of wear, according to experimental observations, friction and wear have a linear relationship with each other.