単結晶のナノスラッチにおける摩擦と摩耗：接着と可塑性の効果

摩擦と摩耗は、異なる特性の接触面ではまったく異なる2つの主要なトライボロジー行動です。一般に、従来の研究は特定の材料（銅や鉄など）に焦点を当てており、トライボロジーの結果が他の接触システムに適用できないようにします。この論文では、粗粒の電位を特徴とする仮想材料のグループを使用して、原子滑らかな表面の上に硬い先端を引っ掛けることにより、摩擦と摩耗に対する界面接着と材料の可塑性の効果を研究しました。Nanoscratchプロセスに対する接着と可塑性の複合効果により、次の結果が明らかになりました：（1）界面接着が摩擦、摩擦係数、摩擦係数の両方が臨界値に増加すると摩擦係数と摩耗速度の両方が増加する浅い接触の場合。可塑性が広がる深い接触の場合、摩擦係数と摩耗速度の変動は、接着が変化するにつれて制限されます。（2）弱くて強い界面癒着の場合、摩擦係数はスクラッチの深さに異なる依存性を示しますが、スクラッチの深さが増加するにつれて摩耗速度が高くなります。（3）材料の硬度が増加すると、摩擦係数と摩耗速度の両方が浅い接触と深い接触の減少の両方を減らします。

Friction and wear are two main tribological behaviors that are quite different for contact surfaces of distinct properties. Conventional studies generally focus on a specific material (e.g., copper or iron) such that the tribological result is not applicable to the other contact systems. In this paper, using a group of virtual materials characterized by coarse-grained potentials, we studied the effect of interfacial adhesion and material plasticity on friction and wear by scratching a rigid tip over an atomic smooth surface. Due to the combined effects of adhesion and plasticity on the nanoscratch process, the following findings are revealed: (1) For shallow contact where interfacial adhesion dominates friction, both friction coefficient and wear rate increase as the adhesion increases to a critical value. For deep contact where plasticity prevails, the variation of friction coefficient and wear rate is limited as the adhesion varies. (2) For weak and strong interfacial adhesions, the friction coefficient exhibits different dependence on the scratch depth, whereas the wear rate becomes higher as the scratch depth increases. (3) As the material hardness increases, both the friction coefficient and wear rate decrease in shallow and deep contacts.