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簡述摩擦試驗機(jī)各種磨損試驗方法
2011-04-09
磨損是致使材料破壞，失效的形式之一。據(jù)有關(guān)文獻(xiàn)報導(dǎo)，對我國冶金礦山，農(nóng)機(jī)、煤炭、電力和建材5個工業(yè)部門的不完全統(tǒng)計，每年由于磨損而需要補(bǔ)充的配件達(dá) 10 6 t ，價值 15 ～20億元。由此可見，各種材料耐磨性的優(yōu)劣對于評價和控制產(chǎn)品質(zhì)量至關(guān)重要，因而在經(jīng)濟(jì)上占有舉足輕重的地位。
迄今，工業(yè)發(fā)達(dá)國家對于不同材料均有相應(yīng)的磨損試驗方法，如日本工業(yè)標(biāo)準(zhǔn) JIS H8503規(guī)定了有關(guān)金屬鍍膜耐磨性試驗方法;JIS H8615 敘述了鉻電鍍層的耐磨性試驗;又如美國材料試驗協(xié)會標(biāo)準(zhǔn) ASTM D 968 —93 和 ASTM D 658 —81(86) 分別規(guī)定用落砂法和噴砂法測定有機(jī)涂層的耐磨性;而在國際標(biāo)準(zhǔn) ISO7784.2 —97中則采用旋轉(zhuǎn)磨擦橡膠輪法測定色漆和清漆的耐磨性;在 IS08251 — 87 和 JISH8682中均規(guī)定用磨擦輪磨耗試驗機(jī)測定鋁和鋁合金表面陽極氧化膜的耐磨系數(shù)。我國已有國家標(biāo)準(zhǔn) GB / T1768 —79(89)《漆膜耐磨性測定法》，近年又在 GB / T5237.5 —2000中規(guī)定用落砂耐磨試驗機(jī)測定鋁合金建筑型材表面氟碳漆膜的耐磨性。綜上所述，不難看出，目前國內(nèi)外涂料鍍層耐磨性試驗，方法多樣，各具特色。盡管對于上述各種試驗方法及其應(yīng)用性能的評價人們在認(rèn)識上不盡相同，但就多項檢測手段的開發(fā)和推廣應(yīng)用來說，仍以采用旋轉(zhuǎn)磨擦橡膠輪法、落砂法和噴砂法較為普遍。本文擬重點探討這些常用試驗方法的技術(shù)特征與相關(guān)測試儀器">測試儀器的開發(fā)應(yīng)用現(xiàn)狀，供業(yè)內(nèi)人士參考。
1 涂層耐磨性的試驗方法
涂層耐磨性系指涂層表面抵抗某種機(jī)械作用的能力，通常采用砂輪研磨或砂粒沖擊的試驗方式來測定，它是使用過程中經(jīng)常受到機(jī)械磨損的涂層的重要特征之一，而且與涂層的硬度、附著力、柔韌性等其它物理性能密切相關(guān)。國內(nèi)外常用的涂層耐磨性試驗方法及其主要技術(shù)特征。?
1.1 旋轉(zhuǎn)磨擦橡膠輪法 (Taber 試驗 )
國際標(biāo)準(zhǔn) ISO 7784 . 2--97 規(guī)定用旋轉(zhuǎn)磨擦橡膠輪法測定涂層的耐磨性，即在旋轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)速為 60r /min、加壓臂承載一定負(fù)荷的規(guī)定試驗條件下，采用嵌有金剛砂磨料的硬質(zhì)橡膠磨擦輪磨耗涂層表面，其耐磨性可分別以經(jīng)規(guī)定研磨轉(zhuǎn)數(shù)研磨后涂層質(zhì)量損耗(失重法 ) 的平均值或以磨損某一厚度涂層所需的平均研磨轉(zhuǎn)數(shù) ( 轉(zhuǎn)數(shù)法)2種方法表示與評價。二者相比較，失重法對試樣的稱重精度要求嚴(yán)格，但它不受涂層厚薄的影響;而轉(zhuǎn)數(shù)法測定時直觀方便，不需稱重，但對涂層研磨厚度的測量要求甚嚴(yán)。國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T1768--79(89)中規(guī)定的方法與測試儀器">測試儀器雖然工作原理與其相同，但未對旋轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)速作明確規(guī)定，而且試驗結(jié)果只以經(jīng)規(guī)定研磨轉(zhuǎn)數(shù)研磨后的涂層質(zhì)量損耗( 失重法)的單一方法表示。旋轉(zhuǎn)磨擦橡膠輪法可廣泛用于涂層、鍍層和金屬、非金屬材料的耐磨性試驗，但是用作研磨的橡膠砂輪需要經(jīng)常修整和適時更新。
1.2 落砂沖刷試驗法
ASTMD 968 —93規(guī)定用落砂耐磨試驗器測定有機(jī)涂層的耐磨性，即采用規(guī)定產(chǎn)地的天然石英砂作磨料，通過試驗器導(dǎo)管從一定高度自由落下，沖刷試樣表面，以磨損規(guī)定面積的單位厚度涂層所消耗磨料的體積(L)，并通過計算耐磨系數(shù)來評價涂層的耐磨性。采用這種試驗方法，天然砂磨料的選擇將對試驗結(jié)果產(chǎn)生直接影響，因此對砂粒的硬度、粒度和幾何形狀要求嚴(yán)格。國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T5237.5 — 2000 規(guī)定采用符合 GB/T 178 — 77標(biāo)準(zhǔn)要求的標(biāo)準(zhǔn)砂作磨料。應(yīng)當(dāng)指出，在采用落砂沖刷試驗法的上述2項標(biāo)準(zhǔn)中，盡管都采取了主要技術(shù)參數(shù)完全相同的耐磨性試驗器，但由于所用天然砂磨料的粒度不同，因而同性流出體積為2L磨料的流速成并不相同，前都規(guī)定為 21 ～ 23.5s ，后者規(guī)定為 16 ～ 18s 。
1.3 噴砂沖擊試驗法
ASTM D 658 -81(86)規(guī)定用鼓風(fēng)磨蝕(噴砂)試驗測定有機(jī)涂層的耐磨性，這種方法是通過調(diào)節(jié)氣泵輸出壓力，使試驗器噴管處的空氣流速為 0.07m 3/min，以保證每分鐘平均噴出( 44 ± 1 ) g 的金剛砂束沖擊涂層，并以磨損規(guī)定面積的單位厚度涂層所消耗磨料的質(zhì)量(g)，通過計算其耐磨系數(shù)來評價涂層的耐磨性。因此必須按標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定選用粒度范圍為 75 ～ 90 μm的碳化硅作磨料，而氣源輸出壓力和磨料的均一噴速成為影響試驗結(jié)果的決定因素。
1.4 往復(fù)運(yùn)運(yùn)磨耗試驗法
ISO 8251 - 87 和 JIS H8682都規(guī)定了用磨擦輪磨耗試驗機(jī)測定鋁和鋁合金陽極氧化膜的耐磨性。這種試驗方法是在規(guī)定的試驗條件下，使涂鍍層與膠接在磨擦輪外緣上的研磨砂紙作平面往復(fù)運(yùn)動，每雙行程后磨擦輪轉(zhuǎn)動一小角度(0.9o )，經(jīng)規(guī)定的若干次研磨后，以涂層厚度(μ m )或涂層質(zhì)量(mg)的減少，并通過計算其磨損阻力評價涂層的耐磨性。由于該方法的試驗條件易于控制，而無其它方法所存在的諸如磨輪修整、老化，砂流速率、砂束形狀等較難控制的問題，因而試驗結(jié)果的重復(fù)性較好，而且除涂鍍層外，這種方法已廣泛用于塑料、橡膠和金屬材料的耐磨性試驗。
涂層耐磨性試驗方法標(biāo)準(zhǔn)的制訂，統(tǒng)一和規(guī)范了不同材料的檢測手段與質(zhì)量要求，也為各種制式耐磨性試驗測試儀器">測試儀器的開發(fā)研制提供了必須遵循的設(shè)計依據(jù)。
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