第十四届全国表面工程大会

346 / 2022-10-01 16:31:25

基于反应势函数的类金刚石薄膜在氧气环境下的摩擦行为研究

类金刚石；氧气环境；反应势函数；摩擦

摘 要:类金刚石薄膜可以极大地提高机械组件的耐磨性，因此已广泛应用于航空航天、微电子、固体润滑剂、生物医学等领域[1]。然而，氧气是与类金刚石薄膜接触的最常见的反应气体并且可以通过诱导摩擦化学反应高度地影响它们的摩擦学行为。以前的工作主要集中在这些反应通过使用不同的实验方法来研究磨损轨迹及其表面官能团，例如红外光谱、X射线光电子能谱[2]。然而之前工作的结果，类金刚石薄膜在氧气环境中的摩擦机制通常被认为以氧化反应为主的氧气分子的化学吸附。然而，由于观察滑动界面处动力学现象的实验方法的限制，关键的摩擦机制，如测试条件对氧气在机械混合的过程中的活性和扩散影响以及界面区域的微观结构重组仍不清楚。这导致理解类金刚石薄膜在氧气环境中的摩擦机制不足以提供有用结构改进和广泛应用的指导。ReaxFF分子动力学 (MD) 模拟可以连接量子力学和传统分子动力学，并具有评估摩擦过程中复杂的物理和化学行为的能力[3]。在过去的几十年中，实验结果与ReaxFF MD模拟之间的定性比较已经表明其有效性和多功能性。因此，ReaxFF MD模拟已成为描述摩擦化学活动（例如，键的形成和断裂）和复杂的涉及机械混合和元素扩散的界面演化的可靠工具。因此，在这项工作中，采用了ReaxFF MD模拟研究类金刚石薄膜在氧气环境中的摩擦行为，并考虑了不同速度、载荷和粗糙度等因素的影响。希望这项工作有助于改进类金刚石薄膜在氧气环境中的摩擦机理并促进其广泛应用。