МОДЕЛЬ КОНТАКТА И ОЦЕНКА МОЛЕКУЛЯРНОЙ CОСТАВЛЯЮЩЕЙ СИЛЫ ТРЕНИЯ

В зависимости от уровня масштаба измерения сила трения меняет свою природу и определяется разными зависимо-стями. В работе рассмотрена процедура определения молекулярной составляющей силы трения на основе оценки удельного сопротивления срезу молекулярных связей при упругом взаимодействии иглы кантилевера из нитрида кремния со стальным образцом при сканировании участка поверхности образца в нанометровом диапазоне на атом-но-силовом микроскопе AFM «FemtoScan» при малых нагрузках. Зонд атомного силового микроскопа действует как силовой датчик для измерения, в частности, нормальной нагрузки, и изменение силы, прикладываемой к кантилеверу при известной жесткости и величины деформации стержня кантилевера, изменяет нагрузку и на зонд (для оценки молекулярной составляющей силы трения выбиралась трасса самой «гладкой» поверхности). Также в работе дана аналитическая оценка параметров контактного взаимодействия иглы кантилевера в нано-масштабе, представлен-ного в виде сферического индентора, с упругим полупространством, представляющим собой исследуемую поверх-ность, на основе теории Герца. Анализ данных расчёта и эксперимента по измерению силы сопротивления перемеще-нию индентора при сканировании исследуемой поверхности показал хорошую сходимость результатов с отклонени-ем расчётных значений от данных эксперимента не более 7,5 %. Расчёты по установленным формулам показали, что с ростом нагрузки на контакт на наноуровне коэффициент трения снижается из-за более быстрого роста пятен контакта в упругом состоянии (при условии, что наклон неровностей, относящихся к субшероховатости, остается постоянным), что также было подтверждено в процессе эксперимента.