细损耗功效勘验办法在试验机运用
时间：2012-03-06 阅读：1288
（1）质量损失测定法称量试样试验前后的质量变化来确定磨损量。质量损失测定法比较简单，能够进行较高精度磨损量的测定，因此在磨损量化技术中占主要地位。该方法不仅适合于实验室试验，也适合于可拆卸磨损1和磨损量相对较高的实际应用工况。如，彭海涛等<13>采用OptimalSRV摩擦磨损试验机，研究金属/陶瓷涂层在磨损过程中涂层亚表层的变化对涂层磨损机理的影响，并用电子天平称重计算磨损质量损失。胡树兵等<14>利用MG200型高温磨损试验机研究了用PVD方法制备的TiN涂层的高温磨损特性，采用分析天平称重计算涂层的磨损系数。
Andreas<15>等也是采用失重法比较分析了不同摩擦条件下WC/Co涂层的磨损特性。显然，质量损失测定法也有一定的局限性：一方面，对于失重很小（低于分析天平分辨率）的磨损件，质量损失不明显；另一方面，大多数工况下磨损件的寿命取决于某一临界区域的zui大磨损而非整个磨损，而失重法不能提供零件的磨损分布信息。
（2）尺寸变化测定法对一些实际零件接触部位尺寸变化情形，一般根据具体情况采用宏观或微观测量方法测出尺寸变化，可以在磨损过程中连续测量，也可以测定磨损后的表面形状。连续测量通常测量一维尺寸的变化，如，Westergard和Sundararajan等在销盘磨损试验中采用高分辨率的位移传感器测量磨损过程中试验销的长度减小量，这种方法简便，但受高的磨损率和试验条件的限制。另外，也可测量二维或三维尺寸的变化，即采用轮廓仪测量磨损前后表面粗糙度的变化，如，王瑞雪等<18>利用往复试验机对比研究了纳米WC12%Co涂层和普通WC12%Co涂层与Si3N4陶瓷球对磨的干滑动磨损特性，采用表面形貌仪测量磨痕的截面积，计算出体积损失，并定义了单位滑动距离的体积损失为磨损率。
（3）现代形貌测定法采用高分辨仪器，如原子力显微镜AFM和光学干涉测量仪，能够测定亚纳米级的高度差，储存获得的形貌数字数据，该方法的优点是所获得的数据能直接反映表面形貌。
（4）放射性同位素测定法测量磨损物的单位时间原子衰变数，极微量磨屑中也常含有可观的原子衰变数而能被探测器测出。该方法有很高的灵敏度和度，适用于精密零件微量磨损的测量；可连续监测磨损而不必拆卸试件，在摩擦副中分别引入不同的同位素可同时测量两个摩擦表面各自的磨损过程。
（5）磨屑收集测定法对所收集到的磨屑颗粒进行定量分析，例如用化学分析法、光谱和色谱分析可确定磨屑颗粒的组成和总量；铁谱分析法不仅能对磨损颗粒按大小分布分类，而且也能进一步作定量测定；用放射性同位素源可以对过滤收集到的磨屑照射，激发磨屑中所含各元素的特征X射线，再用仪器进行定量测定。
微磨损测试方法及存在的问题测量对表面工程系统抗磨损性能的定量评价极为重要，尤其对于薄硬涂层，采用传统的测量方法，相当困难，因为涂层的厚度限制了磨损的深度或体积。
在这种情况下，采用质量损失测定法是无效的，甚至轮廓测量技术也不能应用于薄膜零件，因为磨损深度在测量的不确定性范围之内，不确定性是由原始表面粗糙度引起的。因此，有必要采用新的、可靠的微磨损测试方法和检测系统，对材料上磨损的小坑在微米级进行测定和计算，保证测试结果的度，从而深入了解材料的磨损机理。
国内研究现状为了很好地研究微磨损，我国很多研究者自行研制微磨损试验装置，以满足自行设定的试验条件和参数。如北京石油化工学院姚斌<19>等利用自行研制的微量磨损试验机进行了线接触摩擦试验，研究了聚氨酯的摩擦磨损规律。上海大学的何锋<20>等把在线表面粗糙度检测技术应用在动态微磨损的研究中，通过设计环块试验机模拟部分膜弹性流体动力润滑（PEHL）下的微磨损工况，考察了在线检测技术在润滑条件下对微磨损检测的有效性。该套技术成功地测得表面粗糙度在微磨损过程中的变化，并通过计算获得了磨损表面的微磨损量。钱文富等<21>用自制的试验台，利用体式显微镜观察了工业用齿轮表面涂层的磨损形貌，对比研究了涂镀方法、涂层厚度、基体表面粗糙度等对涂层耐磨性的影响。
国外研究现状国外对微磨损的测试方法研究比较早，可追溯到20世纪50年代，但真正意义上的材料微磨损研究始于90年代。剑桥大学Rutherford和Hutchings<22>等从微磨损的量化这一角度，首先很好地对磨痕的几何形状进行了定义（，磨痕形状为理想的球冠），从而可通过几何测量计算微小磨损量，并试制了微磨损试验装置，然后由Plint公司生产制备出了*微磨料磨损试验机。
存在的问题国内目前还没有商业化用途的微磨损试验机，自行研制的微磨损试验机或者仍采用传统的质量损失法计算磨损率，或者局限于一些运动工件表面形貌的检测，或者还不能定量地评价涂层的磨损程度。
用原子力显微镜和（微纳米）单颗粒划痕试验机进行微磨损的研究，是研究材料微磨损机理的有效方法，但只能模拟单颗粒摩擦学情况，磨损方式与实际工况差别较大，因此不能模拟实际工况的微摩擦学规律的研究，而且试验成本高。
作为一个系统的评价方法，现有微磨料磨损试验机也存在诸多不足：微磨损测试技术仅局限于用来评价点接触状态下微磨损特性，还未建立其它接触形式的磨损评定方法，微磨损数学模型单一；忽视了摩擦系数是测定材料摩擦学性能的一项重要指标，因而不能对摩擦系数和磨损机理进行较系统的研究；试验条件如磨料类型、介质种类、载荷、速度、球的材料、球的表面状态等变化范围较大，磨损数据分散性较大，目前还没有一个较好的数据分析方法；%磨痕形状为理想球冠这一假设并不适合所有材料，因此现有磨损模型可能不适合于所有类型材料（如延性较大的材料）。在实际工况中，摩擦副材料是多种多样的，磨损现象也十分复杂：一方面，微磨损方式跟常规磨损一样，可能是干滑动磨损或磨料磨损，也可能是腐蚀磨损或边界润滑摩擦；另一方面，摩擦副的接触状态可以是点接触，也可以是线接触或面接触。目前国内外还没有统一的技术标准来评价材料在不同微磨损形式下的微摩擦磨损性能，不能比较准确地预测涂层等材料的耐磨寿命。
展望综上所述，有必要研制一台能模拟实际工况的多功能微磨损试验台，以探讨表面工程零件和整体材料的微磨损机理及其影响因素；制定一套可行的技术标准，以确保实验结果的可靠性和重现性，进一步完善涂层/薄膜的微磨损性能测试规范和标准数据。涂层/薄膜的微磨损研究将为适当选择涂镀方法、合理控制涂层厚度、基体表面粗糙度等参数的确定提供指导，进一步扩大多种多层涂层的应用，以满足国防建设与经济发展的需要。微磨损理论的研究，不但可以丰富摩擦学理论，而且其研究成果对我国建立节能型、环保型社会有着重要意义。