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Archard磨损定律在微凸体尺度的适用性

20世纪50年代基于宏观磨损实验提出的经验磨损关系表明磨损体积线性正比于载荷和滑动距离。近期的微凸体尺度磨损实验和模拟报道了该定律在纳米尺度并不成立，从而提出了一个基础问题，即能否在微凸体尺度重现宏观磨损关系？基于大规模粗粒化分子动力学模拟，我们发现线性黏着磨损定律在单个微凸体尺度成立的前提条件是塑性变形主导磨损过程中的材料去除，进一步验证了Archard的理论假设。相应的，当解理断裂或者热激发原子脱离主导材料去除，则该线性定律在微凸体尺度失效。以单晶Fe作为模型材料，我们进一步发现界面黏着力控制磨损行为从离散到连续的转变，即在较低黏着力作用下，切向力做功主要通过接触界面处失配位错的形成来耗散，磨损则由摩擦过程中的热激活原子团簇脱离导致；而在较高黏着力作用下，微凸体尖端发生塑性变形并导致材料去除，此时切向力做功和磨损体积间存在线性关系。