Archard’s Wear law at the Macroscale
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Trends in Nanotribology 2017 ¡
Adhesive wear process
- Multi-asperity contact
- Plastic or fracture deformations (governed
by hardness)
- Real contact area is proportional to the
V = k L s L is the normal load s is the sliding distance at - - PowerPoint PPT Presentation
Trends in Archards Wear law at the Macroscale Nanotribology 2017 Adhesive wear process Assumptions - Multi-asperity contact - Plastic or fracture deformations (governed by hardness) - Real contact area is proportional to the normal load
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s l o p e i s t h e volumetric wear rate
ΔVrunning−in = w0τ w 1− exp − t τ w ⎛ ⎝ ⎜ ⎞ ⎠ ⎟ ⎛ ⎝ ⎜ ⎞ ⎠ ⎟
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200 400 600 800 2 4 6 8 10 12 14 16 20 40 60
data Archard fit free exponent fit
tip radius (nm) sliding distance (m) pulloff force (nN)
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Conven&onal)Mode) CM,AFM) Solicita(on*velocity* Low*scanning*or*sliding*velocity** (typically,*ranging*from*1*µm/s*to*100*µm/s)* High*sliding*velocity** (>*6*mm/s)* Advantages*/* Drawbacks) High)scanner)dri1;)Low)wear;) high)shear)force)when)the)scan)changes)its) direc7on) Limi(ng*scanner*driC;* high*wear*in*a*limi(ng* (me;*wellEdefined* wear*track;*isotropic* wear*of*the*probe*if* any;*anisotropic*wear* revealed*if*any;*local* probing***
H.Nasrallah, ¡P-‑E ¡Mazeran, ¡O.Noel. ¡Rev. ¡Sci. ¡Instrum. ¡ 2011, ¡82, ¡113703. ¡ ¡
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Amount of nanoparticles 4.7 wt% and 10% in volume
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like behavior like behavior like behavior like behavior
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30 60 90 120 150 180 210 1 2 3 4 5 6 7
0.23 1.42 3.00 5.77
,
Wear,volume,×,106,,nm3 Normal,load,,nN Tip:,Si3N4 Speed:,0.88,mm/s Distance:,106,mm
!
0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 1.4
0.30 1.11 Wear*volume*×*106,*nm3 Normal*load,*µN Tip:*DLC Speed:*0.88*mm/s Distance:*106*mm
!
Eder ¡et ¡al., ¡PRL, ¡115, ¡025502 ¡(2015) ¡
slope = 4 (106 nm3.nN) slope = 0.04 (106 nm3.nN)
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0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 1.4 1.6 1.8 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
5.84 5.81 6.42 4.72 5.98 3.56 5.96 Wear,rate,×,103,,nm3/mm Sliding,speed,,mm/s Tip:,DLC Load:,1,µN Distance:,317,mm
0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 1.4 1.6 5 10 15 20 25 30 35 40
38.21 11.72 9.28 3.39 3.64 3.24 3.90
,
Wear,rate,×,103,,nm3/mm Sliding,speed,,mm/s Tip:,Si3N4 Load:,100,nN Distance:,106,–,739,mm
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0 ¡ 500 ¡ 1000 ¡ 1500 ¡ 2000 ¡ 2500 ¡ 3000 ¡ 3500 ¡ 4000 ¡ 4500 ¡ 0 ¡ 200 ¡ 400 ¡ 600 ¡ 800 ¡ 1000 ¡ 1200 ¡ 1400 ¡ 1600 ¡ Sliding ¡distance, ¡mm ¡
Wear loss