Skip to main content
Erschienen in: Tribology Letters 1/2013

01.04.2013 | Original Paper

Contact Mechanics of Laser-Textured Surfaces

Correlating Contact Area and Friction

verfasst von: Nikolay Prodanov, Carsten Gachot, Andreas Rosenkranz, Frank Mücklich, Martin H. Müser

Erschienen in: Tribology Letters | Ausgabe 1/2013

Einloggen

Aktivieren Sie unsere intelligente Suche, um passende Fachinhalte oder Patente zu finden.

search-config
loading …

Abstract

We study numerically the contact mechanics of a flat and a curved solid. Each solid bears laser-induced, periodic grooves on its rubbing surface. Our surface topographies produce a similar load and resolution dependence of the true contact area as nominally flat, but randomly rough, self-affine surfaces. However, the contact area of laser-textured solids depends on their relative orientation. The estimated true contact areas correlate with kinetic friction measurements.

Sie haben noch keine Lizenz? Dann Informieren Sie sich jetzt über unsere Produkte:

Springer Professional "Wirtschaft+Technik"

Online-Abonnement

Mit Springer Professional "Wirtschaft+Technik" erhalten Sie Zugriff auf:

  • über 102.000 Bücher
  • über 537 Zeitschriften

aus folgenden Fachgebieten:

  • Automobil + Motoren
  • Bauwesen + Immobilien
  • Business IT + Informatik
  • Elektrotechnik + Elektronik
  • Energie + Nachhaltigkeit
  • Finance + Banking
  • Management + Führung
  • Marketing + Vertrieb
  • Maschinenbau + Werkstoffe
  • Versicherung + Risiko

Jetzt Wissensvorsprung sichern!

Springer Professional "Technik"

Online-Abonnement

Mit Springer Professional "Technik" erhalten Sie Zugriff auf:

  • über 67.000 Bücher
  • über 390 Zeitschriften

aus folgenden Fachgebieten:

  • Automobil + Motoren
  • Bauwesen + Immobilien
  • Business IT + Informatik
  • Elektrotechnik + Elektronik
  • Energie + Nachhaltigkeit
  • Maschinenbau + Werkstoffe




 

Jetzt Wissensvorsprung sichern!

Literatur
1.
Zurück zum Zitat Shinjo, K., Hirano, M.: Dynamics of friction: superlubric state. Surf. Sci. 283, 473–478 (1993)CrossRef Shinjo, K., Hirano, M.: Dynamics of friction: superlubric state. Surf. Sci. 283, 473–478 (1993)CrossRef
2.
Zurück zum Zitat Müser, M.H., Wenning, L., Robbins, M.O.: Simple microscopic theory of Amontons’ laws for static friction. Phys. Rev. Lett. 86, 1295–1298 (2001)CrossRef Müser, M.H., Wenning, L., Robbins, M.O.: Simple microscopic theory of Amontons’ laws for static friction. Phys. Rev. Lett. 86, 1295–1298 (2001)CrossRef
3.
Zurück zum Zitat Dienwiebel, M., Verhoeven, G.S., Pradeep, N., Frenken, J.W.M., Heimberg, J.A., Zandbergen, H.W.: Superlubricity of graphite. Phys. Rev. Lett. 92, Article No. 126101 (2004) Dienwiebel, M., Verhoeven, G.S., Pradeep, N., Frenken, J.W.M., Heimberg, J.A., Zandbergen, H.W.: Superlubricity of graphite. Phys. Rev. Lett. 92, Article No. 126101 (2004)
4.
Zurück zum Zitat Müser, M.H., Urbakh, M., Robbins, M.O.: Statistical mechanics of static and low-velocity kinetic friction. Adv. Chem. Phys. 126, 187–272 (2003)CrossRef Müser, M.H., Urbakh, M., Robbins, M.O.: Statistical mechanics of static and low-velocity kinetic friction. Adv. Chem. Phys. 126, 187–272 (2003)CrossRef
5.
Zurück zum Zitat Etsion, I.: State of the art in laser surface texturing. J. Tribol. 127, 248–253 (2005)CrossRef Etsion, I.: State of the art in laser surface texturing. J. Tribol. 127, 248–253 (2005)CrossRef
6.
Zurück zum Zitat Pettersson, U., Jacobson, S.: Influence of surface texture on boundary lubricated sliding contacts. Tribol. Int. 36, 857–864 (2003)CrossRef Pettersson, U., Jacobson, S.: Influence of surface texture on boundary lubricated sliding contacts. Tribol. Int. 36, 857–864 (2003)CrossRef
7.
Zurück zum Zitat Rapoport, L., Moshkovich, A., Perfilyev, V., Lapsker, I., Halperin, G., Itovich, Y., Etsion, I.: Friction and wear of MoS(2) films on laser textured steel surfaces. Surf. Coat. Technol. 202, 3332–3340 (2008)CrossRef Rapoport, L., Moshkovich, A., Perfilyev, V., Lapsker, I., Halperin, G., Itovich, Y., Etsion, I.: Friction and wear of MoS(2) films on laser textured steel surfaces. Surf. Coat. Technol. 202, 3332–3340 (2008)CrossRef
8.
Zurück zum Zitat Sung, I.H., Lee, H.S., Kim, D.E.: Effect of surface topography on the frictional behavior at the micro/nano-scale. Wear 254, 1019–1031 (2003)CrossRef Sung, I.H., Lee, H.S., Kim, D.E.: Effect of surface topography on the frictional behavior at the micro/nano-scale. Wear 254, 1019–1031 (2003)CrossRef
9.
Zurück zum Zitat Bowden, F.P., Tabor, D.: Friction and lubrication. Wiley, New York (1956) Bowden, F.P., Tabor, D.: Friction and lubrication. Wiley, New York (1956)
10.
Zurück zum Zitat Berman, A., Drummond, C., Israelachvili, J.N.: Amontons’ law at the molecular level. Tribol. Lett. 4, 95–101 (1998)CrossRef Berman, A., Drummond, C., Israelachvili, J.N.: Amontons’ law at the molecular level. Tribol. Lett. 4, 95–101 (1998)CrossRef
11.
Zurück zum Zitat He, G., Müser, M.H., Robbins, M.O.: Adsorbed layers and the origin of static friction. Science 284, 1650–1652 (1999)CrossRef He, G., Müser, M.H., Robbins, M.O.: Adsorbed layers and the origin of static friction. Science 284, 1650–1652 (1999)CrossRef
12.
Zurück zum Zitat Archard, J.F.: Contact and rubbing of flat surfaces. J. Appl. Phys. 24, 981–988 (1953)CrossRef Archard, J.F.: Contact and rubbing of flat surfaces. J. Appl. Phys. 24, 981–988 (1953)CrossRef
13.
Zurück zum Zitat Persson, B.N.J.: Theory of rubber friction and contact mechanics. J. Chem. Phys. 115, 3840–3861 (2001)CrossRef Persson, B.N.J.: Theory of rubber friction and contact mechanics. J. Chem. Phys. 115, 3840–3861 (2001)CrossRef
14.
Zurück zum Zitat Luan, B.Q., Robbins, M.O.: The breakdown of continuum models for mechanical contacts. Nature 435, 929–932 (2005)CrossRef Luan, B.Q., Robbins, M.O.: The breakdown of continuum models for mechanical contacts. Nature 435, 929–932 (2005)CrossRef
15.
Zurück zum Zitat Mo, Y.F., Turner, K.T., Szlufarska, I.: Friction laws at the nanoscale. Nature 457, 1116–1119 (2009)CrossRef Mo, Y.F., Turner, K.T., Szlufarska, I.: Friction laws at the nanoscale. Nature 457, 1116–1119 (2009)CrossRef
16.
Zurück zum Zitat Shengfeng, C., Robbins, M.O.: Defining contact at the atomic scale. Tribol. Lett. 39, 329–348 (2010)CrossRef Shengfeng, C., Robbins, M.O.: Defining contact at the atomic scale. Tribol. Lett. 39, 329–348 (2010)CrossRef
17.
Zurück zum Zitat Eder, S., Vernes, A., Vorlaufer, G., Betz, G.: Molecular dynamics simulations of mixed lubrication with smooth particle post-processing. J. Phys. Condens. Matter 23, Article No. 175004 (2011) Eder, S., Vernes, A., Vorlaufer, G., Betz, G.: Molecular dynamics simulations of mixed lubrication with smooth particle post-processing. J. Phys. Condens. Matter 23, Article No. 175004 (2011)
18.
Zurück zum Zitat Gachot, C., Rosenkranz, A., Reinert, L., Ramos-Moore, E., Souza, N., Müser, M.H., Mücklich, F.: Dry friction between laser-patterned surfaces: role of alignment, structural wavelength and surface chemistry. Tribol. Lett. doi:10.1007/s11249-012-0057-y Gachot, C., Rosenkranz, A., Reinert, L., Ramos-Moore, E., Souza, N., Müser, M.H., Mücklich, F.: Dry friction between laser-patterned surfaces: role of alignment, structural wavelength and surface chemistry. Tribol. Lett. doi:10.​1007/​s11249-012-0057-y
19.
Zurück zum Zitat Yao, Y., Schlesinger, M., Drake, G.W.F.: A multiscale finite-element method for solving rough-surface elasticcontact problems. Can. J. Phys. 82, 679–699 (2004)CrossRef Yao, Y., Schlesinger, M., Drake, G.W.F.: A multiscale finite-element method for solving rough-surface elasticcontact problems. Can. J. Phys. 82, 679–699 (2004)CrossRef
20.
Zurück zum Zitat Persson, B.N.J.: Contact mechanics for randomly rough surfaces. Surf. Sci. Rep. 61, 201–227 (2006)CrossRef Persson, B.N.J.: Contact mechanics for randomly rough surfaces. Surf. Sci. Rep. 61, 201–227 (2006)CrossRef
21.
Zurück zum Zitat Carvill, J.: Mechanical Engineers Data Handbook I. Butterworth-Heinemann, Oxford (1993) Carvill, J.: Mechanical Engineers Data Handbook I. Butterworth-Heinemann, Oxford (1993)
22.
Zurück zum Zitat Gao, F., Leach, R., Petzing, J., Coupland, J.: Surface measurement errors using commercial scanning white light interferometers. Meas. Sci. Technol. 19, Article No. 015303 (2008) Gao, F., Leach, R., Petzing, J., Coupland, J.: Surface measurement errors using commercial scanning white light interferometers. Meas. Sci. Technol. 19, Article No. 015303 (2008)
23.
Zurück zum Zitat Campañá, C., Müser, M.H.: Practical Green’s function approach to the simulation of elastic semi-infinite solids. Phys. Rev. B 74, Article No. 075420 (2006) Campañá, C., Müser, M.H.: Practical Green’s function approach to the simulation of elastic semi-infinite solids. Phys. Rev. B 74, Article No. 075420 (2006)
24.
Zurück zum Zitat Dapp, W.B., Lücke, A., Persson, B.N.J., Müser, M.H.: Self-affine elastic contacts: percolation and leakage. Phys. Rev. Lett. 108, Article No. 244301 (2012) Dapp, W.B., Lücke, A., Persson, B.N.J., Müser, M.H.: Self-affine elastic contacts: percolation and leakage. Phys. Rev. Lett. 108, Article No. 244301 (2012)
25.
Zurück zum Zitat Persson, B.N.J.: Relation between interfacial separation and load: a general theory of contact mechanics. Phys. Rev. Lett. 99, Article No. 125502 (2007) Persson, B.N.J.: Relation between interfacial separation and load: a general theory of contact mechanics. Phys. Rev. Lett. 99, Article No. 125502 (2007)
26.
Zurück zum Zitat Campañá, C., Persson, B.N.J., Müser, M.H.: Transverse and normal interfacial stiffness of solids with randomly rough surfaces. J. Phys. Condens. Matter 23, Article No. 085001 (2011) Campañá, C., Persson, B.N.J., Müser, M.H.: Transverse and normal interfacial stiffness of solids with randomly rough surfaces. J. Phys. Condens. Matter 23, Article No. 085001 (2011)
27.
Zurück zum Zitat Sun, F., Van der Giessen, E., Nicola, L.: Plastic flattening of a sinusoidal metal surface: a discrete dislocation plasticity study. Wear 296, 672–680 (2012)CrossRef Sun, F., Van der Giessen, E., Nicola, L.: Plastic flattening of a sinusoidal metal surface: a discrete dislocation plasticity study. Wear 296, 672–680 (2012)CrossRef
28.
Zurück zum Zitat Hyun, S., Pei, L., Molinari, J.F., Robbins, M.O.: Finite-element analysis of contact between elastic self-affine surfaces. Phys. Rev. E 70, Article No. 026117 (2004) Hyun, S., Pei, L., Molinari, J.F., Robbins, M.O.: Finite-element analysis of contact between elastic self-affine surfaces. Phys. Rev. E 70, Article No. 026117 (2004)
29.
Zurück zum Zitat Campañá, C., Müser, M.H.: Contact mechanics of real vs. randomly rough surfaces: a Green’s function molecular dynamics study. Europhys. Lett. 77, 38005–38007 (2007)CrossRef Campañá, C., Müser, M.H.: Contact mechanics of real vs. randomly rough surfaces: a Green’s function molecular dynamics study. Europhys. Lett. 77, 38005–38007 (2007)CrossRef
30.
Zurück zum Zitat Putignano, C., Afferrante, L., Carbone, G., Demelio, G.: The influence of the statistical properties of self-affine surfaces in elastic contacts: a numerical investigation. J. Mech. Phys. Solids 60, 973–982 (2012)CrossRef Putignano, C., Afferrante, L., Carbone, G., Demelio, G.: The influence of the statistical properties of self-affine surfaces in elastic contacts: a numerical investigation. J. Mech. Phys. Solids 60, 973–982 (2012)CrossRef
Metadaten
Titel
Contact Mechanics of Laser-Textured Surfaces
Correlating Contact Area and Friction
verfasst von
Nikolay Prodanov
Carsten Gachot
Andreas Rosenkranz
Frank Mücklich
Martin H. Müser
Publikationsdatum
01.04.2013
Verlag
Springer US
Erschienen in
Tribology Letters / Ausgabe 1/2013
Print ISSN: 1023-8883
Elektronische ISSN: 1573-2711
DOI
https://doi.org/10.1007/s11249-012-0064-z

Weitere Artikel der Ausgabe 1/2013

Tribology Letters 1/2013 Zur Ausgabe

    Marktübersichten

    Die im Laufe eines Jahres in der „adhäsion“ veröffentlichten Marktübersichten helfen Anwendern verschiedenster Branchen, sich einen gezielten Überblick über Lieferantenangebote zu verschaffen.