钠钙玻璃基于其优异的光学、机械和化学等性能,已被广泛应用于建筑、太阳能和超精密制造等领域。在钠钙玻璃的精密加工中,典型的精密抛光(如化学机械抛光)过程涉及玻璃表面复杂的机械化学去除问题。此外,风化磨损问题使得钠钙玻璃太阳能基板服役寿命仅为预期的30%,磨损问题使得建筑用钠钙玻璃表面服役寿命也仅为预期的30%。然而,目前国内外关于钠钙玻璃表面磨损机理的研究较为缺乏。因此,为了全面深入理解钠钙玻璃磨损的行为与机理,亟需开展钠钙玻璃表面机械化学磨损规律及机理等方面的研究。相关研究成果不仅有助于理解和调控钠钙玻璃表面在精密抛光过程中的去除行为,改善其在建筑和太阳能等领域服役过程中的抗磨损性能,而且有助于丰富微观摩擦学的基础理论体系。本文主要针对钠钙玻璃表面损伤和材料去除的机械化学磨损问题,首先借助宏观磨损设备,开展了Na+析出及其与H3O+的离子交换作用、对磨副表面活性对钠钙玻璃表面材料去除影响机制的研究。在此基础上,借助原子力显微镜,揭示了钠钙玻璃表面材料在微观条件下的机械化学磨损的行为与机理。最后,基于上述理论研究结果,借助热电场处理对钠钙玻璃表面Na+浓度分布的调控,开展了表面Na+浓度改变对钠钙玻璃摩擦学性能影响规律的研究。本论文通过系统地研究钠钙玻璃表面机械化学磨损的行为与机理,得出的主要结论和创新点如下：(1)阐明了Na+析出及其与H30+的离子交换作用对钠钙玻璃表面材料去除的影响机制。在湿空气中,钠钙玻璃表面的摩擦化学磨损随着湿度的增加而减小。通过对比其他成分玻璃表面的磨损规律发现,无析出性Na+的玻璃(熔融石英玻璃、AF45玻璃和BF33玻璃)基底的摩擦化学磨损随环境湿度的增加而增大。通过钠钙玻璃在不同H30+含量环境中的磨损规律发现,在湿空气中,钠钙玻璃表面的磨损随着湿度的增加而逐渐减小,在液下,钠钙玻璃表面的磨损随着pH值的减小而减小。分析表明,钠钙玻璃表面在高湿度下磨损量的减小,主要归因于表面Na+析出及其与环境中的H30+发生离子交换造成了其表面压应力的提高。(2)揭示了对磨副表面活性对钠钙玻璃表面机械化学磨损的影响规律和作用机制。在干燥环境中,钠钙玻璃界面的磨损以机械磨损为主,并且会对钠钙玻璃基底造成深且粗糙的磨痕。然而,在潮湿空气中,比钠钙玻璃硬度高的对磨副材料出现了磨损行为,而玻璃基底的损伤却比较轻微,表明对磨副材料与钠钙玻璃的磨损以机械化学磨损为主。进一步的研究表明,对磨副表面活性对钠钙玻璃的磨损有很大影响。当对磨副与钠钙玻璃的化学性质接近时,更容易诱发钠钙玻璃表面Na+析出及其与H30+的离子交换反应,从而使得玻璃表面出现较为剧烈的摩擦化学磨损。(3)阐明了钠钙玻璃在微观条件下的机械化学磨损的行为与机理,并建立了钠钙玻璃微观磨损与宏观磨损的内在联系。通过调控环境湿度、载荷和对磨副等实验工况,分别实现了钠钙玻璃在微观条件下的机械磨损、应力腐蚀磨损和摩擦化学磨损。当钠钙玻璃与化学惰性的金刚石探针在惰性气氛(真空)环境下进行微观磨损实验时,钠钙玻璃的磨损以机械磨损为主,钠钙玻璃在低载下的损伤形式为凸起,随着载荷的增加,表面的损伤形式转变为沟槽。当钠钙玻璃与化学惰性的金刚石探针在活性气氛(大气)环境下进行微观磨损实验时,钠钙玻璃的磨损以应力腐蚀为主。当钠钙玻璃与化学活性的二氧化硅探针在大气环境下进行微观磨损实验时,钠钙玻璃的磨损以摩擦化学磨损为主,损伤特征为沟槽的形成。钠钙玻璃微观磨损与宏观磨损结果不同,不仅与宏观磨损中的多点接触模式有关,而且与界面磨屑的作用也密切相关。(4)提出了通过改变钠钙玻璃表层Na+浓度分布来调控其表面摩擦学性能的新方法。经过热电场处理后,钠钙玻璃的阳极和阴极表面分别形成了Na+缺失和Na+梯度增加的表面层。当钠钙玻璃表层Na+的浓度降低时,表面的纳米硬度和弹性模量降低,抗纳米划痕性能也降低,在潮湿空气中的摩擦化学磨损随着湿度的增加而增大。当钠钙玻璃表层Na+的浓度形成梯度增加时,表面的纳米硬度、弹性模量和抗纳米划痕性能有轻微的增加,在潮湿空气下的化学磨损能进一步被抑制。综上所述,本论文系统的开展了钠钙玻璃表面机械化学磨损的行为与机理研究,相关研究成果不仅可为延长钠钙玻璃的服役寿命和可靠性以及揭示材料微观去除机理提供理论依据和科学指导,而且有助于补充和完善纳米摩擦学和微纳制造的基础理论体系。