細損耗功效勘驗辦法在試驗機運用

　　微磨損測試方法的研究現狀及存在的問題21磨損量化方法研究磨損，其中zui為重要的一個問題是如何評定磨損性能，即磨損量化問題。磨損的量化直接關系到磨損的可靠性測量，而相對于磨損件的尺寸，磨損量非常小。因此，磨損的可靠性測量是關鍵。一般可選用如下方法量化磨損結果。
　　
　　（1）質量損失測定法稱量試樣試驗前后的質量變化來確定磨損量。質量損失測定法比較簡單，能夠進行較高精度磨損量的測定，因此在磨損量化技術中占主要地位。該方法不僅適合于實驗室試驗，也適合于可拆卸磨損1和磨損量相對較高的實際應用工況。如，彭海濤等<13>采用OptimalSRV摩擦磨損試驗機，研究金屬/陶瓷涂層在磨損過程中涂層亞表層的變化對涂層磨損機理的影響，并用電子天平稱重計算磨損質量損失。胡樹兵等<14>利用MG200型高溫磨損試驗機研究了用PVD方法制備的TiN涂層的高溫磨損特性，采用分析天平稱重計算涂層的磨損系數。
　　
　　Andreas<15>等也是采用失重法比較分析了不同摩擦條件下WC/Co涂層的磨損特性。顯然，質量損失測定法也有一定的局限性：一方面，對于失重很?。ǖ陀诜治鎏炱椒直媛剩┑哪p件，質量損失不明顯；另一方面，大多數工況下磨損件的壽命取決于某一臨界區域的zui大磨損而非整個磨損，而失重法不能提供零件的磨損分布信息。
　　
　?。?）尺寸變化測定法對一些實際零件接觸部位尺寸變化情形，一般根據具體情況采用宏觀或微觀測量方法測出尺寸變化，可以在磨損過程中連續測量，也可以測定磨損后的表面形狀。連續測量通常測量一維尺寸的變化，如，Westergard和Sundararajan等在銷盤磨損試驗中采用高分辨率的位移傳感器測量磨損過程中試驗銷的長度減小量，這種方法簡便，但受高的磨損率和試驗條件的限制。另外，也可測量二維或三維尺寸的變化，即采用輪廓儀測量磨損前后表面粗糙度的變化，如，王瑞雪等<18>利用往復試驗機對比研究了納米WC12%Co涂層和普通WC12%Co涂層與Si3N4陶瓷球對磨的干滑動磨損特性，采用表面形貌儀測量磨痕的截面積，計算出體積損失，并定義了單位滑動距離的體積損失為磨損率。
　　
　　（3）現代形貌測定法采用高分辨儀器，如原子力顯微鏡AFM和光學干涉測量儀，能夠測定亞納米級的高度差，儲存獲得的形貌數字數據，該方法的優點是所獲得的數據能直接反映表面形貌。
　　
　?。?）放射性同位素測定法測量磨損物的單位時間原子衰變數，極微量磨屑中也常含有可觀的原子衰變數而能被探測器測出。該方法有很高的靈敏度和度，適用于精密零件微量磨損的測量；可連續監測磨損而不必拆卸試件，在摩擦副中分別引入不同的同位素可同時測量兩個摩擦表面各自的磨損過程。
　　
　?。?）磨屑收集測定法對所收集到的磨屑顆粒進行定量分析，例如用化學分析法、光譜和色譜分析可確定磨屑顆粒的組成和總量；鐵譜分析法不僅能對磨損顆粒按大小分布分類，而且也能進一步作定量測定；用放射性同位素源可以對過濾收集到的磨屑照射，激發磨屑中所含各元素的特征X射線，再用儀器進行定量測定。
　　
　　微磨損測試方法及存在的問題測量對表面工程系統抗磨損性能的定量評價極為重要，尤其對于薄硬涂層，采用傳統的測量方法，相當困難，因為涂層的厚度限制了磨損的深度或體積。
　　
　　在這種情況下，采用質量損失測定法是無效的，甚至輪廓測量技術也不能應用于薄膜零件，因為磨損深度在測量的不確定性范圍之內，不確定性是由原始表面粗糙度引起的。因此，有必要采用新的、可靠的微磨損測試方法和檢測系統，對材料上磨損的小坑在微米級進行測定和計算，保證測試結果的度，從而深入了解材料的磨損機理。
　　
　　國內研究現狀為了很好地研究微磨損，我國很多研究者自行研制微磨損試驗裝置，以滿足自行設定的試驗條件和參數。如北京石油化工學院姚斌<19>等利用自行研制的微量磨損試驗機進行了線接觸摩擦試驗，研究了聚氨酯的摩擦磨損規律。上海大學的何鋒<20>等把在線表面粗糙度檢測技術應用在動態微磨損的研究中，通過設計環塊試驗機模擬部分膜彈性流體動力潤滑（PEHL）下的微磨損工況，考察了在線檢測技術在潤滑條件下對微磨損檢測的有效性。該套技術成功地測得表面粗糙度在微磨損過程中的變化，并通過計算獲得了磨損表面的微磨損量。錢文富等<21>用自制的試驗臺，利用體式顯微鏡觀察了工業用齒輪表面涂層的磨損形貌，對比研究了涂鍍方法、涂層厚度、基體表面粗糙度等對涂層耐磨性的影響。
　　
　　國外研究現狀國外對微磨損的測試方法研究比較早，可追溯到20世紀50年代，但真正意義上的材料微磨損研究始于90年代。劍橋大學Rutherford和Hutchings<22>等從微磨損的量化這一角度，首先很好地對磨痕的幾何形狀進行了定義（，磨痕形狀為理想的球冠），從而可通過幾何測量計算微小磨損量，并試制了微磨損試驗裝置，然后由Plint公司生產制備出了*微磨料磨損試驗機。
　　
　　存在的問題國內目前還沒有商業化用途的微磨損試驗機，自行研制的微磨損試驗機或者仍采用傳統的質量損失法計算磨損率，或者局限于一些運動工件表面形貌的檢測，或者還不能定量地評價涂層的磨損程度。
　　
　　用原子力顯微鏡和（微納米）單顆粒劃痕試驗機進行微磨損的研究，是研究材料微磨損機理的有效方法，但只能模擬單顆粒摩擦學情況，磨損方式與實際工況差別較大，因此不能模擬實際工況的微摩擦學規律的研究，而且試驗成本高。
　　
　　作為一個系統的評價方法，現有微磨料磨損試驗機也存在諸多不足：微磨損測試技術僅局限于用來評價點接觸狀態下微磨損特性，還未建立其它接觸形式的磨損評定方法，微磨損數學模型單一；忽視了摩擦系數是測定材料摩擦學性能的一項重要指標，因而不能對摩擦系數和磨損機理進行較系統的研究；試驗條件如磨料類型、介質種類、載荷、速度、球的材料、球的表面狀態等變化范圍較大，磨損數據分散性較大，目前還沒有一個較好的數據分析方法；%磨痕形狀為理想球冠這一假設并不適合所有材料，因此現有磨損模型可能不適合于所有類型材料（如延性較大的材料）。在實際工況中，摩擦副材料是多種多樣的，磨損現象也十分復雜：一方面，微磨損方式跟常規磨損一樣，可能是干滑動磨損或磨料磨損，也可能是腐蝕磨損或邊界潤滑摩擦；另一方面，摩擦副的接觸狀態可以是點接觸，也可以是線接觸或面接觸。目前國內外還沒有統一的技術標準來評價材料在不同微磨損形式下的微摩擦磨損性能，不能比較準確地預測涂層等材料的耐磨壽命。
　　
　　展望綜上所述，有必要研制一臺能模擬實際工況的多功能微磨損試驗臺，以探討表面工程零件和整體材料的微磨損機理及其影響因素；制定一套可行的技術標準，以確保實驗結果的可靠性和重現性，進一步*涂層/薄膜的微磨損性能測試規范和標準數據。涂層/薄膜的微磨損研究將為適當選擇涂鍍方法、合理控制涂層厚度、基體表面粗糙度等參數的確定提供指導，進一步擴大多種多層涂層的應用，以滿足國防建設與經濟發展的需要。微磨損理論的研究，不但可以豐富摩擦學理論，而且其研究成果對我國建立節能型、環保型社會有著重要意義。