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初始点接触下氮化硅陶瓷表面织构的减磨效率

表面织构可以改变摩擦副的摩擦磨损性能。在共形平面接触条件下，表面织构在降低摩擦系数和磨损方面表现出突出的性能。然而，在初始工况为点接触的球盘测试中，绝大多数研究发现表面织构虽然能够降低摩擦系数，但是会增大磨损。由于前述结论为金属材料在油润滑测试条件下获得，对于陶瓷材料在水润滑条件下的研究有待深入。本文通过球-盘滑动试验研究了表面织构对水润滑下自配副氮化硅滑动磨损的影响，讨论了不同织构参数（深度、直径和面积比）对摩擦磨损特性的影响。结果表明，大部分表面织构都能有效降低氮化硅的磨损。特别是双尺度混合织构（大尺寸织构：11 μm深度，22 μm直径，2%面积比，和小尺寸织构：5 μm深度，15 μm直径，1%面积比），能够使氮化硅磨损下降93%，承载能力提升244%。进而通过油润滑和水润滑的磨合过程对比试验，讨论了氮化硅磨合过程中表面织构的减磨机理，发现磨合过程中存在应力集中和流体动压效应两种竞争机制。此研究为优化水润滑下陶瓷材料的织构设计和减少磨损提供了参考。（此工作于2021年6月1日《Wear》在线出版，详见https://doi.org/10.1016/j.wear.2021.203957）