세라믹 재료는 높은 경도, 우수한 내마모성 및 우수한 화학적 안정성으로 인해 공학적 마찰 쌍에서 널리 사용되고 있습니다. 그러나 세라믹 재료의 본질적인 취성은 건조 마찰이나 경계 윤활 조건에서 심각한 응력 집중을 유발하여 마모를 가속화하고 조기 파손을 초래하기 쉽습니다. 표면 미세 텍스처링 기술은 인터페이스 접촉 상태를 조절하고 마찰 성능을 향상시키는 효과적인 수단입니다. 따라서 본 논문에서는 지르코니아(ZrO₂) 세라믹 표면의 마찰 감소 및 내마모 미세 텍스처의 펨토초 레이저 가공 연구를 제안합니다. 유한 요소 해석, 반응 표면 방법(Response Surface Methodology, RSM) 매개변수 최적화 및 윤활 마찰 마모 시험을 기반으로 미세 홈(溝槽) 형상 매개변수가 세라믹 마찰 계면의 응력 분포 및 마모 거동에 미치는 영향 메커니즘을 체계적으로 조사하였습니다. 유한 요소 결과는 스캔 간격, 홈 깊이 및 홈 방향이 세라믹 표면 최대 등가 응력 분포에 유의미한 영향을 미치며, 작은 간격과 깊은 홈이 응력 집중을 유발하고 적절한 홈 방향이 접촉 응력을 재분배하는 데 도움을 준다는 것을 보여줍니다. 반응 표면 분석은 레이저 에너지가 미세 홈 깊이와 폭에 영향을 미치는 주요 인자이며, 스캔 속도는 억제 역할을 하고, 스캔 횟수는 누적 소광을 통해 홈 확장을 촉진함을 나타냅니다. 마찰 마모 시험 결과, 최적 파라미터에서 ZrO₂ 세라믹의 평균 마찰 계수가 0.57에서 0.3584로 37.12% 감소하였으며, 마모 부피는 0.267×10⁶ μm³였습니다. 펨토초 레이저로 제작한 미세 홈 구조는 세라믹 재료의 마찰 감소 및 내마모 강화에 효과적으로 작용하여 세라믹 마찰 쌍의 성능 향상을 위한 실용적인 방안을 제공합니다.

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