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AR 类别。摩擦学测试
摩擦磨损评估
摩擦磨损评估
作者。
李端杰，博士
订正
Jocelyn Esparza
简介
微动是“一种特殊的磨损过程，发生在两种材料之间的接触区域，受振动或其他力的微小相对运动。”当机器在运行时，用螺栓或钉固定的连接处，不打算移动的部件之间，以及摆动的联轴器和轴承，不可避免地会发生振动。这种相对滑动运动的振幅通常在微米到毫米的数量级。这种重复的低振幅运动造成严重的局部机械磨损和表面材料转移，可能导致生产效率降低，机器性能甚至损坏机器。
量化的重要性
摩擦磨损评估
微动磨损通常涉及接触表面发生的多种复杂磨损机制，包括二体磨损、粘附和/或微动疲劳磨损。为了了解微动磨损机理并选择最佳的微动磨损防护材料，需要可靠且定量的微动磨损评估。微动磨损行为受工作环境的显着影响，如位移幅度、法向载荷、腐蚀、温度、湿度和润滑等。多才多艺 摩擦仪 可以模拟不同的实际工作条件，将是微动磨损评估的理想选择。
Steven R. Lampman，《ASM手册》。第19卷：疲劳和断裂
http://www.machinerylubrication.com/Read/693/fretting-wear
测量目标
在这项研究中，我们评估了不锈钢SS304样品在不同振荡速度和温度下的摩擦磨损行为，以展示 纳诺威 T50 摩擦仪以良好的控制和监测方式模拟了金属的摩擦磨损过程。
NANOVEA
T50
测试条件
不锈钢SS304样品的抗摩擦磨损性是通过以下方式进行评估的 NANOVEA 使用直线往复式磨损模块的摩擦仪。一个WC（直径6毫米）球被用作反面材料。磨损轨迹是用 NANOVEA 三维非接触式轮廓仪。
摩擦试验是在室温（RT）和200 °为了研究高温对SS304样品的抗摩擦磨损性的影响，在200摄氏度的温度下，样品台上的加热板对样品进行加热。在摩擦试验期间，样品台上的加热板将样品加热到200℃。 °C.磨损率。 K使用公式评估 K=V/(F×s)，其中 V 是磨损的体积。 F 是法向载荷，和 s 是滑动距离。
请注意，在本研究中使用WC球作为反面材料的例子。任何具有不同形状和表面处理的固体材料都可以使用定制的夹具来模拟实际应用情况。
测试参数
的磨损测量
结果与讨论
三维磨损轨迹剖面可以直接和准确地确定通过计算的磨损轨迹体积损失。 NANOVEA 分析软件。
在100转/分的低速和室温下进行的往复式磨损试验显示出0.014毫米的小磨损轨迹³.相比之下，在1000转/分的高速下进行的摩擦磨损试验产生了一个大得多的磨损轨迹，体积为0.12毫米。³.这种加速的磨损过程可能是由于在摩擦磨损试验中产生的高热和强烈的振动，这促进了金属碎片的氧化，并导致严重的三体磨损。在200℃的高温下进行的摩擦磨损试验 °C形成了一个较大的磨损轨迹，为0.27毫米³.
在1000转/分的摩擦磨损试验中，磨损率为1.5×10-4 毫米³/Nm，与100rpm下的往复磨损试验相比，几乎是9倍。在高温下进行的摩擦磨损试验进一步加速了磨损率，达到3.4×10-4 毫米³/Nm。在不同的速度和温度下测得的耐磨性有如此大的差异，表明了正确模拟摩擦磨损对现实应用的重要性。
当测试条件的微小变化被引入摩擦系统时，磨损行为会发生巨大的变化。该系统的多功能性 NANOVEA 摩擦仪可以测量各种条件下的磨损，包括高温、润滑、腐蚀和其他。通过先进的电机进行精确的速度和位置控制，用户可以在0.001到5000rpm的速度范围内进行磨损测试，使其成为研究/测试实验室研究不同摩擦学条件下的摩擦磨损的理想工具。
不同条件下的摩擦磨损轨迹
在光学显微镜下
三维磨损痕剖面图
在基本理解方面提供更多的洞察力
的摩擦磨损机制
磨损轨迹的结果汇总
使用不同的测试参数进行测量
结论
在这项研究中，我们展示了以下的能力 NANOVEA 摩擦仪以良好的控制和定量的方式评估不锈钢SS304样品的摩擦磨损行为。
测试速度和温度对材料的抗摩擦磨损性起着关键作用。摩擦过程中的高热和强烈振动导致SS304样品的磨损大大加快，接近9倍。200℃的高温 °C进一步增加了磨损率至3.4×10-4 毫米3/Nm。
的多功能性。 NANOVEA 摩擦仪使其成为测量各种条件下摩擦磨损的理想工具，包括高温、润滑、腐蚀和其他条件。
NANOVEA 摩擦仪采用符合ISO和ASTM标准的旋转和线性模式，提供精确和可重复的磨损和摩擦测试，在一个预集成系统中可选择高温磨损、润滑和三相腐蚀模块。我们无与伦比的产品系列是确定薄或厚、软或硬的涂层、薄膜和基材的全部摩擦学特性的理想解决方案。
现在，让我们来谈谈你的申请
球轴承：高力耐磨性研究
简介
球轴承使用球来减少旋转摩擦并支撑径向和轴向载荷。与两个相互滑动的平坦表面相比，轴承座圈之间的滚动球产生的摩擦系数 (COF) 要低得多。球轴承经常暴露在高接触应力水平、磨损和高温等极端环境条件下。因此，滚珠在高负载和极端环境条件下的耐磨性对于延长滚珠轴承的使用寿命、减少维修和更换的成本和时间至关重要。
几乎所有涉及运动部件的应用中都可以找到滚珠轴承。它们通常用于航空航天和汽车等运输行业以及制造指尖陀螺和滑板等产品的玩具行业。
高负载下的滚珠轴承磨损评估
滚珠轴承可由多种材料制成。常用材料包括不锈钢和铬钢等金属或碳化钨 (WC) 和氮化硅 (Si3n4) 等陶瓷。为了确保制造的球轴承具有适合给定应用条件的所需耐磨性，需要在高负载下进行可靠的摩擦学评估。摩擦学测试有助于以受控和监测的方式量化和对比不同球轴承的磨损行为，从而为目标应用选择最佳候选轴承。
测量目标
在这项研究中，我们展示了 Nanovea 摩擦仪 作为比较不同球轴承在高载荷下耐磨性的理想工具。
图 1：轴承测试的设置。
测试程序
通过 Nanovea Tribometer 评估不同材料制成的球轴承的摩擦系数、COF 和耐磨性。 P100 粒度砂纸用作计数器材料。使用仪器检查滚珠轴承的磨损痕迹 纳诺瓦 磨损测试结束后的 3D 非接触式轮廓仪。测试参数总结于表1中。磨损率， K使用公式评估 K=V/(F×s)，其中 V 是磨损的体积。 F 是法向载荷和 s 是滑动距离。球磨损疤痕由 纳诺瓦 3D 非接触式轮廓仪可确保精确的磨损量测量。
自动电动径向定位功能允许摩擦计在测试期间减小磨损轨迹的半径。这种测试模式称为螺旋测试，它确保滚珠轴承始终在砂纸的新表面上滑动（图 2）。它显着提高了球耐磨测试的重复性。先进的内部速度控制20位编码器和外部位置控制16位编码器提供精确的实时速度和位置信息，允许连续调节转速，以实现接触处恒定的线性滑动速度。
请注意，本研究中使用 P100 粒度砂纸来简化各种球材料之间的磨损行为，并且可以用任何其他材料表面代替。可以替代任何固体材料来模拟各种材料联轴器在实际应用条件下（例如在液体或润滑剂中）的性能。
图 2：砂纸上滚珠轴承的螺旋道次示意图。
表 1：磨损测量的测试参数。
结果与讨论
磨损率是决定球轴承使用寿命的重要因素，而低摩擦系数则有助于提高轴承性能和效率。图 3 比较了测试过程中不同滚珠轴承相对于砂纸的 COF 变化。在磨损测试中，铬钢球的 COF 增加了约 0.4，而 SS440 和 Al2O3 球轴承的 COF 增加了约 0.32 和约 0.28。另一方面，WC 球在整个磨损测试中表现出恒定的 COF，约为 0.2。在每次测试中都可以看到可观察到的 COF 变化，这是由于滚珠轴承相对于粗糙砂纸表面的滑动引起的振动。
图 3：磨损测试期间 COF 的演变。
图 4 和图 5 比较了分别用光学显微镜和 Nanovea 非接触式光学轮廓仪测量后的滚珠轴承的磨损痕迹，表 2 总结了磨损轨迹分析的结果。 Nanovea 3D轮廓仪精确确定滚珠轴承的磨损量，从而可以计算和比较不同滚珠轴承的磨损率。可以看出，在磨损测试后，与陶瓷球（即 Al2O3 和 WC）相比，Cr 钢和 SS440 球表现出更大的扁平磨痕。铬钢和 SS440 球的磨损率相当，分别为 3.7×10-3 和 3.2×10-3 m3/N m。相比之下，Al2O3球的耐磨性增强，磨损率为7.2×10-4 m3/N·m。 WC球在浅磨损轨迹区域几乎没有出现轻微划痕，导致磨损率显着降低至3.3×10-6 mm3/N·m。
图 4：测试后滚珠轴承的磨损痕迹。
图 5：球轴承上磨痕的 3D 形态。
表 2：球轴承的磨损痕迹分析。
图 6 显示了四个滚珠轴承在砂纸上产生的磨损痕迹的显微镜图像。很明显，WC 球产生了最严重的磨损轨迹（去除了其路径中几乎所有的沙粒）并且具有最好的耐磨性。相比之下，Cr钢和SS440球在砂纸的磨损轨迹上留下了大量的金属碎片。
这些观察结果进一步证明了螺旋测试益处的重要性。它确保滚珠轴承始终在砂纸的新表面上滑动，从而显着提高耐磨测试的可重复性。
图 6：砂纸上不同滚珠轴承的磨损痕迹。
结论
球轴承在高压下的耐磨性对其使用性能起着至关重要的作用。陶瓷球轴承在高应力条件下具有显着增强的耐磨性，并减少了轴承维修或更换的时间和成本。在这项研究中，与钢轴承相比，WC 球轴承表现出更高的耐磨性，使其成为发生严重磨损的轴承应用的理想选择。
Nanovea 摩擦试验机设计具有高扭矩能力，可承受高达 2000 N 的负载，精确控制的电机可实现 0.01 至 15,000 rpm 的转速。它使用符合 ISO 和 ASTM 的旋转和线性模式提供可重复的磨损和摩擦测试，并在一个预集成系统中提供可选的高温磨损和润滑模块。这一无与伦比的范围允许用户模拟滚珠轴承的不同严酷工作环境，包括高应力、磨损和高温等。它也是定量评估高级耐磨材料在高载荷下摩擦学行为的理想工具。
Nanovea 3D 非接触式轮廓仪提供精确的磨损量测量，并作为分析磨损轨迹详细形态的工具，为磨损机制的基本理解提供更多见解。
编写者
李端杰博士、乔纳森·托马斯和皮埃尔·勒鲁
环-块磨损测试
块对环磨损评估的重要性
滑动磨损是指两种材料在负载下的接触区相互滑动而导致的材料逐渐损失。它不可避免地发生在机器和发动机运行的各种行业中，包括汽车、航空航天、石油和天然气以及许多其他行业。这种滑动运动造成严重的机械磨损和表面的材料转移，可能导致生产效率降低，机器性能下降，甚至损坏机器。
滑动磨损往往涉及接触表面发生的复杂磨损机制，如粘着磨损、二体磨损、三体磨损和疲劳磨损。材料的磨损行为受正常载荷、速度、腐蚀和润滑等工作环境的显着影响。多才多艺 摩擦仪 可以模拟不同的实际工作条件将是磨损评估的理想选择。
环块 (ASTM G77) 测试是一种广泛使用的技术，可评估材料在不同模拟条件下的滑动磨损行为，为特定摩擦学应用提供可靠的材料对排名。
环块 (ASTM G77) 测试是一种广泛使用的技术，可评估材料在不同模拟条件下的滑动磨损行为，为特定摩擦学应用提供可靠的材料对排名。
测量目标
在这个应用中，Nanovea机械测试仪测量不锈钢SS304和铝Al6061金属合金样品的YS和UTS。样品的YS和UTS值是公认的，这表明Nanovea的压痕方法是可靠的。
Nanovea 的摩擦磨损试验机使用 Block-on-Ring 模块评估了 S-10 环上 H-30 块的滑动磨损行为。 H-30 块由硬度为 30HRC 的 01 工具钢制成，而 S-10 环由表面硬度为 58 至 63 HRC 的 4620 型钢制成，环直径约为 34.98 毫米。在干燥和润滑的环境中进行块环测试，以研究对磨损行为的影响。润滑测试是在 USP 重矿物油中进行的。使用 Nanovea 的磨损轨迹进行检查 3D非接触式轮廓仪。测试参数总结于表1中。磨损率（K）采用公式K=V/（F×s）评估，其中V为磨损体积，F为法向载荷，s为滑动距离。
结果和讨论
图 2 比较了干燥和润滑环境下环块测试的摩擦系数 (COF)。该块在干燥环境中的摩擦力明显大于润滑环境中的摩擦力。 COF
在前 50 转的磨合期间，COF 会波动，并在其余 200 转磨损测试中达到约 0.8 的恒定 COF。相比之下，在 USP 重矿物油润滑中进行的环块测试在整个 500,000 转磨损测试中始终表现出 0.09 的低 COF。该润滑剂可将表面之间的摩擦系数显着降低约 90 倍。
图3和图4显示了干磨损和润滑磨损试验后块上磨损疤痕的光学图像和截面2D轮廓。磨损轨迹量和磨损率如表2所示。在较低转速72 rpm、200转的干磨损试验下，钢块表现出9.45 mm˙的大磨损疤痕体积。相比之下，在矿物油润滑剂中以197转/分钟、50转的更高转速进行的磨损试验，产生的磨损轨迹体积很小，为0.03 mm˙。
ÿgure 3中的图像显示在干燥条件下的试验中发生了严重磨损，而润滑磨损试验中则发生了轻微磨损。干磨损试验过程中产生的高温和强烈振动促进了金属碎片的氧化，导致严重的三体磨损。在润滑测试中，矿物油减少摩擦，冷却接触表面，并将磨损过程中产生的磨料碎片运输掉。这导致磨损率降低了signiÿcant ~8×10。在不同的环境中耐磨性的这种巨大差异表明了在实际使用条件下进行适当滑动磨损模拟的重要性。
当试验条件发生微小变化时，磨损行为可能发生剧烈变化。Nanovea的摩擦计的多功能性允许在高温、润滑和摩擦腐蚀条件下进行磨损测量。精确的速度和位置控制的先进电机使磨损测试执行的速度从0.001到5000 rpm，使其成为研究/测试实验室的理想工具，以调查磨损在不同的摩擦学条件。
用Nanovea的非接触光学proÿlometer检测样品的表面状况。图5显示了磨损试验后环的表面形貌。为了更好地呈现滑动磨损过程中产生的表面形貌和粗糙度，去掉了圆柱形。Signiÿcant在200转的干磨损试验中，由于三体磨损过程发生了表面粗糙化。干磨损试验后的块体和环体的粗糙度Ra分别为14.1和18.1 μ m，而在较高速度下进行50万转长期润滑磨损试验后的粗糙度Ra分别为5.7和9.1 μ m。该试验证明了活塞环-气缸接触处适当润滑的重要性。严重的磨损会迅速损坏没有润滑的接触面，导致使用质量不可逆的恶化，甚至导致发动机损坏。
结论
在本研究中，我们展示了如何使用 Nanovea 的摩擦计来评估钢金属对的滑动磨损行为，并使用遵循 ASTM G77 标准的环上块模块。润滑剂在材料对的磨损性能中起着至关重要的作用。矿物油可将 H-30 块的磨损率降低约 8×10ˆ 倍，将 COF 降低约 90 倍。 Nanovea 摩擦计的多功能性使其成为测量各种润滑、高温和摩擦腐蚀条件下磨损行为的理想工具。
Nanovea 的摩擦试验机使用符合 ISO 和 ASTM 的旋转和线性模式提供精确且可重复的磨损和摩擦测试，并在一个预集成系统中提供可选的高温磨损、润滑和摩擦腐蚀模块。 Nanovea 无与伦比的系列是确定薄或厚、软或硬涂层、薄膜和基材的全方位摩擦学特性的理想解决方案。
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表面处理过的铜线的磨损和划痕评估
铜线的磨损和划痕评估的重要性
自电磁铁和电报发明以来，铜在电线方面的应用有着悠久的历史。由于铜的耐腐蚀性、可焊性以及在高达150℃的高温下的性能，铜线被广泛用于电子设备，如面板、仪表、计算机、商业机器和电器。所有开采出来的铜大约有一半是用来制造电线和电缆导体的。
铜线的表面质量对应用服务性能和使用寿命至关重要。铜线中的微观缺陷可能导致过度磨损、裂纹的产生和扩展、导电性下降和焊接性不足。适当的铜线表面处理可以消除拉丝过程中产生的表面缺陷，提高耐腐蚀、耐刮擦和耐磨性。许多使用铜线的航空应用需要控制行为以防止意外的设备故障。为了正确评估铜线表面的耐磨性和耐刮擦性，需要进行可量化和可靠的测量。
测量目标
在这个应用中，我们模拟了不同铜线表面处理的受控磨损过程。 划痕测试 测量导致处理过的表面层失效所需的负载。这项研究展示了 Nanovea 摩擦仪 和 机械测试仪 作为电线评估和质量控制的理想工具。
测试过程和程序
通过 Nanovea 摩擦磨损试验机使用线性往复磨损模块评估两种不同表面处理的铜线（线 A 和线 B）的摩擦系数 (COF) 和耐磨性。 Al2O3 球（直径 6 毫米）是本应用中使用的计数器材料。使用 Nanovea 的磨损轨迹进行检查 3D非接触式轮廓仪。测试参数总结于表 1 中。
本次研究以Al₂O₃球为例进行了说明。任何具有不同形状和表面光洁度的固体材料都可以使用定制夹具来模拟实际的应用情况。
Nanovea的机械测试仪配备了罗克韦尔C金刚石触控笔(半径为100 μm)，使用微划痕模式对涂层导线进行了渐进负载划痕测试。划痕测试参数和尖端几何形状如表2所示。
结果和讨论
铜线的磨损。
图2显示了铜线在磨损测试中的COF变化。A线在整个磨损试验过程中显示出稳定的COF约为0.4，而B线在头100转时显示出约0.35的COF，并逐渐增加到约0.4。
图3比较了测试后铜线的磨损轨迹。Nanovea公司的3D非接触式轮廓仪对磨损痕迹的详细形貌进行了出色的分析。通过提供对磨损机理的基本理解，可以直接和准确地确定磨损轨迹体积。经过600转的磨损试验，B线表面有明显的磨损痕迹损伤。剖面仪3D视图显示，B线的表面处理层被完全去除，大大加快了磨损过程。这在铜基板暴露的B线上留下了平坦的磨损痕迹。这可能导致使用B线的电气设备的寿命显著缩短。相比之下，A线的磨损相对较轻，其表面的磨损痕迹较浅。在相同条件下，A线表面处理层不像B线表面处理层那样被去除。
铜线表面的耐刮擦性。
图4显示了测试后导线上的划痕。线材A的保护层表现出非常好的抗划痕能力。相比之下，B线的保护层在约1.0N的载荷下失效。这些线的耐刮擦性有如此大的差异，这有助于它们的磨损性能，其中A线拥有大大增强的耐磨性。图5所示的划痕测试中法向力、COF和深度的演变提供了关于测试中涂层失效的更多信息。
总结
在这项对照研究中，我们展示了Nanovea的摩擦仪对表面处理过的铜线的耐磨性进行定量评估，以及Nanovea的机械测试仪对铜线的耐刮擦性进行可靠评估。铜线的表面处理在其使用寿命中对三者的机械性能起着关键作用。电线A的适当表面处理大大增强了耐磨性和耐刮擦性，这对粗糙环境中的电线的性能和寿命至关重要。
Nanovea的摩擦仪使用符合ISO和ASTM标准的旋转和线性模式，提供精确和可重复的磨损和摩擦测试，在一个预集成的系统中可以选择高温磨损、润滑和三相腐蚀模块。Nanovea无与伦比的范围是确定薄或厚、软或硬的涂层、薄膜和基材的全部摩擦学特性的理想解决方案。
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动态负载摩擦学
动态负载摩擦学
简介
磨损几乎发生在每一个工业部门，并造成了约0.75%的GDP成本1。摩擦学研究对于提高生产效率、应用性能以及保护材料、能源和环境至关重要。在广泛的摩擦学应用中，振动和振荡不可避免地发生。过度的外部振动加速了磨损过程，降低了服务性能，导致机械部件出现灾难性的故障。
传统的死荷载摩擦仪通过质量砝码施加正常载荷。这样的加载技术不仅将加载选项限制在一个恒定的负载上，而且在高负载和高速度下产生强烈的不可控振动，导致磨损行为评估的局限性和不一致性。可靠地评估受控振荡对材料磨损行为的影响，对于不同工业应用中的研发和质量控制是可取的。
Nanovea 突破性的高负载 摩擦仪 具有动态负载控制系统，最大负载能力为 2000 N。先进的气动压缩空气加载系统使用户能够评估材料在高正常载荷下的摩擦学行为，并具有抑制磨损过程中产生的不良振动的优点。因此，可以直接测量负载，无需旧设计中使用的缓冲弹簧。并联电磁体振荡加载模块可施加良好控制的振荡，所需振幅高达 20 N，频率高达 150 Hz。
摩擦力是直接根据施加到上支架的侧向力进行高精度测量的。现场监测位移，从而深入了解测试样品磨损行为的演变。受控振荡载荷下的磨损测试还可以在腐蚀、高温、潮湿和润滑环境中进行，以模拟摩擦学应用的真实工作条件。集成高速 非接触式轮廓仪 在几秒钟内自动测量磨损轨迹形态和磨损量。
测量目标
在这项研究中，我们展示了Nanovea T2000动态负载摩擦仪在研究不同涂层和金属样品在受控振荡负载条件下的摩擦学行为的能力。
测试程序
通过Nanovea T2000摩擦仪和传统的死负荷摩擦仪，按照ASTM G992的规定，使用销轴在盘上的设置，评估和比较了300微米厚的耐磨涂层的摩擦学行为，例如摩擦系数，COF和耐磨性。
通过 Nanovea T2000 摩擦试验机的动态负载摩擦学模式，对受控振荡下的 6 mm Al203 球的单独 Cu 和 TiN 涂层样品进行了评估。
测试参数汇总于表1。
集成的三维轮廓仪配备了线传感器，在测试后自动扫描磨损轨迹，在几秒钟内提供最准确的磨损量测量。
结果和讨论
气动负载系统与死负载系统
使用Nanovea T2000摩擦仪对耐磨涂层的摩擦学行为与传统的死负荷（DL）摩擦仪进行了比较。图2显示了涂层COF的变化。我们观察到涂层在磨损测试中表现出了相当的COF值~0.6。然而，图3中不同位置的20个横截面图表明，在死负荷系统下，涂层经历了更严重的磨损。
在高负荷和高速度下，死负载系统的磨损过程产生了强烈的振动。接触面的巨大集中压力与高滑动速度相结合，产生大量的重量和结构振动，导致加速磨损。传统的死负荷摩擦仪使用质量砝码来施加负荷。这种方法在较低的接触载荷和温和的磨损条件下是可靠的；然而，在较高的载荷和速度的侵蚀性磨损条件下，显著的振动导致砝码反复弹跳，造成不均匀的磨损轨迹，导致不可靠的摩擦学评估。计算出的磨损率为8.0±2.4 x 10-4 mm3/N m，显示出高磨损率和大的标准偏差。
Nanovea T2000摩擦仪设计有一个动态控制负载系统，以抑制振荡。它用压缩空气施加正常载荷，最大限度地减少了磨损过程中产生的不必要的振动。此外，主动闭环加载控制确保在整个磨损测试过程中施加恒定的载荷，测针跟随磨损轨迹的深度变化。如图3a所示，测得的磨损轨迹轮廓明显更加一致，从而使磨损率低至3.4±0.5 x 10-4 mm3/N m。
图4所示的磨损轨迹分析证实了Nanovea T2000摩擦仪的气动压缩空气加载系统进行的磨损测试，与传统的死负荷摩擦仪相比，产生了更平滑、更一致的磨损轨迹。此外，Nanovea T2000摩擦仪在磨损过程中测量测针位移，进一步了解现场磨损行为的进展。
铜样品磨损的可控振荡
Nanovea T2000摩擦仪的平行振荡加载电磁铁模块使用户能够研究控制振幅和频率振荡对材料磨损行为的影响。如图6所示，Cu样品的COF被就地记录。在第一次330转的测量中，铜样品表现出恒定的COF~0.3，标志着在界面上形成了稳定的接触和相对平滑的磨损轨迹。随着磨损试验的继续，COF的变化表明磨损机制的变化。相比之下，在50N的振幅控制下的磨损试验表现出不同的磨损行为：COF在磨损过程开始时迅速增加，并在整个磨损试验中表现出明显的变化。COF的这种行为表明，在正常载荷中施加的振荡在接触处的不稳定滑动状态中起了作用。
图7比较了由集成非接触式光学轮廓仪测量的磨损轨迹形态。可以看出，在控制振荡幅度为5N的情况下，Cu样品表现出更大的磨损轨迹，体积为1.35 x 109 µm3，而在没有施加振荡的情况下，体积为5.03 x 108 µm3。受控振荡使磨损率明显加快了约2.7倍，显示了振荡对磨损行为的关键影响。
受控振荡对TiN涂层磨损的影响
图8中显示了TiN涂层样品的COF和磨损轨迹。从测试期间COF的演变来看，TiN涂层在振荡下表现出明显不同的磨损行为。在磨损试验开始时的磨合期后，TiN涂层显示出约0.3的恒定COF，这是由于TiN涂层和亚铝₃球之间界面的稳定滑动接触。然而，当TiN涂层开始失效时，氧化铝球穿透涂层并与下面的新钢基体滑动。同时在磨损轨道上产生大量坚硬的TiN涂层碎片，将稳定的双体滑动磨损变为三体磨损。材料耦合特性的这种变化导致了COF演化过程中的变化增加。强加的5N和10N振荡加速了TiN涂层的失效，从~400转到100转以下。在控制振荡下的磨损试验后，TiN涂层样品上较大的磨损痕迹与COF的这种变化是一致的。
总结
Nanovea T2000摩擦磨损仪的先进气动加载系统与传统的死负载系统相比，拥有作为自然快速减震器的内在优势。与使用伺服电机和弹簧组合来施加负载的负载控制系统相比，气动系统的这种技术优势是真实的。正如本研究中所展示的那样，该技术确保了在高负荷下可靠和更好的控制磨损评估。此外，主动闭环加载系统可以在磨损测试期间将正常载荷改变为所需值，以模拟在制动系统中看到的实际应用。
我们已经表明，Nanovea T2000动态负载摩擦仪使用户能够定量评估材料在不同控制振荡条件下的摩擦学行为，而不是在测试过程中受到不受控制的振动条件的影响。振动在金属和陶瓷涂层样品的磨损行为中起着重要作用。
平行电磁铁振荡加载模块以设定的振幅和频率提供精确控制的振荡，使用户能够模拟现实生活条件下的磨损过程，而环境振动往往是一个重要因素。在磨损过程中存在强加的振荡，铜和TiN涂层样品的磨损率都大大增加。原地测量的摩擦系数和测针位移的变化是摩擦学应用中材料性能的重要指标。集成的三维非接触式轮廓仪提供了一种工具，可以在几秒钟内精确测量磨损量并分析磨损痕迹的详细形态，为从根本上了解磨损机制提供更多的见解。
T2000配备了一个自调谐、高质量和高扭矩的电机，有一个20位的内部速度和一个16位的外部位置编码器。它使摩擦仪能够提供一个无与伦比的转速范围，从0.01到5000rpm，可以以阶梯式跳跃或连续的速度变化。与使用底部扭矩传感器的系统相反，Nanovea摩擦仪使用顶部的高精度称重传感器来准确和单独测量摩擦力。
Nanovea摩擦仪提供精确和可重复的磨损和摩擦测试，使用符合ISO和ASTM标准的旋转和线性模式（包括4球、止推垫圈和环上块状测试），在一个预集成的系统中可选择高温磨损、润滑和三相腐蚀模块。Nanovea T2000无与伦比的范围是确定薄或厚、软或硬的涂层、薄膜和基材的全部摩擦学特性的理想解决方案。
现在，让我们来谈谈你的申请
湿度对DLC涂层摩擦学的影响
在潮湿环境下对DLC进行磨损评估的重要性
类金刚石碳 (DLC) 涂层具有增强的摩擦学性能，即优异的耐磨性和极低的摩擦系数 (COF)。当沉积在不同的材料上时，DLC 涂层赋予金刚石特性。良好的摩擦机械性能使 DLC 涂层成为各种工业应用的首选，例如航空航天零件、剃须刀刀片、金属切削工具、轴承、摩托车发动机和医疗植入物。
在高真空和干燥条件下，DLC 涂层相对于钢球表现出非常低的 COF（低于 0.1）12.然而，DLC涂层对环境条件的变化很敏感，特别是相对湿度（RH）。3.高湿度和高氧浓度的环境可能会导致COF的显著增加。4。在受控湿度下进行可靠的磨损评估可模拟摩擦学应用中 DLC 涂层的真实环境条件。用户通过适当的比较，为目标应用选择最佳的 DLC 涂层
暴露于不同湿度下的 DLC 磨损行为。
测量目标
这项研究展示了 Nanovea 摩擦仪 配备湿度控制器是研究 DLC 涂层在不同相对湿度下磨损行为的理想工具。
测试程序
DLC 涂层的摩擦和耐磨性通过 Nanovea Tribometer 进行评估。测试参数总结于表 1 中。连接到摩擦室的湿度控制器精确控制相对湿度 (RH)，精度为 ±1%。测试后使用光学显微镜检查 DLC 涂层上的磨损痕迹和 SiN 球上的磨损痕迹。
注：任何实心球材料均可用于模拟不同材料联轴器在润滑或高温等环境条件下的性能。
结果和讨论
由于DLC涂层的低摩擦力和卓越的耐磨性，它是摩擦学应用的最佳选择。DLC涂层的摩擦表现出与湿度有关的行为，如图2所示。在相对干燥的条件下（10% RH），DLC涂层显示出非常低的COF，约为0.05。当相对湿度增加到30%时，DLC涂层在测试中表现出恒定的COF约为0.1。当RH上升到50%以上时，在头2000转中观察到COF的初始运行阶段。在RH为50、70和90%时，DLC涂层显示的最大COF分别为~0.20、~0.26和~0.33。在磨合期之后，DLC涂层的COF在RH为50、70和90%时分别保持在~0.11、0.13和0.20。
图3比较了SiN球的磨损疤痕，图4比较了磨损试验后DLC涂层的磨损痕迹。当DLC涂层暴露在低湿度的环境中时，磨损痕的直径更小。在接触面的重复滑动过程中，转移DLC层在SiN球表面积累。在这个阶段，DLC涂层与自己的转移层滑动，它作为一种有效的润滑剂，促进了相对运动，抑制了剪切变形引起的进一步质量损失。在低相对湿度环境下（如10%和30%），在SiN球的磨损疤痕中观察到转移膜，导致球的磨损过程减速。这种磨损过程反映在DLC涂层的磨损痕迹形态上，如图4所示。在干燥环境中，DLC涂层表现出较小的磨损轨迹，这是因为在接触界面上形成了稳定的DLC转移膜，大大降低了摩擦和磨损率。
总结
湿度对 DLC 涂层的摩擦学性能起着至关重要的作用。由于形成转移到滑动对应物（本研究中的 SiN 球）上的稳定石墨层，DLC 涂层在干燥条件下具有显着增强的耐磨性和优异的低摩擦性。 DLC 涂层在其自身的转移层上滑动，该转移层充当有效的润滑剂，以促进相对运动并抑制剪切变形引起的进一步质量损失。随着相对湿度的增加，SiN 球上不会观察到薄膜，导致 SiN 球和 DLC 涂层的磨损率增加。
Nanovea 摩擦磨损试验机使用符合 ISO 和 ASTM 的旋转和线性模式提供可重复的磨损和摩擦测试，并在一个预集成系统中提供可选的湿度模块。它允许用户模拟不同湿度下的工作环境，为用户提供定量评估不同工作条件下材料摩擦学行为的理想工具。
了解更多关于Nanovea摩擦仪和实验室服务的信息
1 C. Donnet, Surf.涂料。Technol.100-101 (1998) 180.
2 K. Miyoshi, B. Pohlchuck, K.W. Street, J.S. Zabinski, J.H. Sanders, A.A. Voevodin, R.L.C. Wu, Wear 225-229 (1999) 65.
3 R. Gilmore, R. Hauert, Surf.涂料。Technol.133-134 (2000) 437.
4 R. Memming, H.J. Tolle, P.E. Wierenga, Thin Solid Coatings 143 (1986) 31
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极低速度下的摩擦评估
低速时摩擦评估的重要性
摩擦是抵制固体表面相互滑动的相对运动的力量。当这两个接触面发生相对运动时，界面上的摩擦将动能转化为热能。这样的过程也会导致材料的磨损，从而导致使用中的部件的性能下降。
由于具有较大的拉伸率和高弹性，以及巨大的防水性能和耐磨性，橡胶被广泛地应用于各种摩擦起重要作用的应用和产品中，如汽车轮胎、挡风玻璃雨刷片、鞋底和许多其他产品。根据这些应用的性质和要求，对不同材料的高或低摩擦都是需要的。因此，控制和可靠地测量橡胶对各种表面的摩擦变得至关重要。
测量目标
使用 Nanovea 以受控和监测的方式测量橡胶与不同材料的摩擦系数 (COF) 摩擦仪。在这项研究中，我们希望展示 Nanovea Tribometer 在极低速度下测量不同材料 COF 的能力。
结果和讨论
用Nanovea摩擦仪评估了橡胶球（直径6毫米，RubberMill）在三种材料（不锈钢SS316，铜110和可选的丙烯酸）上的摩擦系数（COF）。在测量之前，被测试的金属样品被机械地打磨成镜面状的表面。橡胶球在施加法向载荷下的轻微变形产生了一个区域接触，这也有助于减少样品表面粗糙度或不均匀性对COF测量的影响。测试参数总结于表1。
一个橡胶球在四个不同速度下对不同材料的COF显示在图中。2，由软件自动计算的平均COFs在图3中进行了总结和比较。有趣的是，金属样品（SS 316和Cu 110）随着转速从非常低的0.01 rpm增加到5 rpm，COF明显增加--橡胶/SS 316夫妇的COF值从0.29增加到0.8，而橡胶/Cu 110夫妇的COF从0.65增加到1.1。这一发现与几个实验室报告的结果一致。正如Grosch所提出的4 橡胶的摩擦力主要由两种机制决定：（1）橡胶和其他材料之间的粘附力，以及（2）由于表面突起物引起的橡胶变形而产生的能量损失。沙拉马赫5 观察到在软橡胶球体和硬表面之间的界面上，橡胶从反面材料上脱落的波浪。橡胶从基材表面剥离的力和剥离波的速度可以解释在试验过程中不同速度下的不同摩擦。
相比之下，橡胶/丙烯酸材料夫妇在不同的旋转速度下表现出高COF。当转速从0.01rpm增加到5rpm时，COF值从~1.02轻微增加到~1.09。如此高的COF可能是由于在测试过程中在接触面形成的更强的局部化学键。
总结
在这项研究中，我们表明，在极低的速度下，橡胶表现出一种特殊的摩擦行为--它对硬表面的摩擦力随着相对运动速度的增加而增加。橡胶在不同的材料上滑动时表现出不同的摩擦力。Nanovea摩擦仪可以以受控和监测的方式评估材料在不同速度下的摩擦性能，使用户能够提高对材料摩擦机制的基本认识，并为有针对性的摩擦学工程应用选择最佳的材料组合。
Nanovea摩擦仪使用符合ISO和ASTM标准的旋转和线性模式提供精确和可重复的磨损和摩擦测试，在一个预集成的系统中可以选择高温磨损、润滑和三相腐蚀模块。它能够在低至0.01rpm的极低速度下控制旋转阶段，并在现场监测摩擦的演变。Nanovea无与伦比的系列是确定薄或厚、软或硬的涂层、薄膜和基材的全部摩擦学特性的理想解决方案。
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聚合物的摩擦学
简介
聚合物已被广泛用于各种应用中，并已成为日常生活中不可缺少的一部分。天然聚合物，如琥珀、丝绸和天然橡胶，在人类历史上发挥了重要作用。合成聚合物的制造过程可以被优化，以获得独特的物理特性，如韧性、粘弹性、自润滑和许多其他特性。
聚合物的磨损和摩擦的重要性
聚合物通常用于摩擦学应用，如轮胎、轴承和传送带。
不同的磨损机制取决于聚合物的机械性能、接触条件以及磨损过程中形成的碎片或转移膜的性能。为了确保聚合物在使用条件下具有足够的耐磨性，可靠和可量化的摩擦学评价是必要的。摩擦学评估使我们能够以受控和监测的方式定量比较不同聚合物的磨损行为，从而为目标应用选择候选材料。
Nanovea摩擦仪使用符合ISO和ASTM标准的旋转和线性模式提供可重复的磨损和摩擦测试，在一个预集成的系统中可以选择高温磨损和润滑模块。这种无可比拟的范围使用户可以模拟聚合物的不同工作环境，包括集中应力、磨损和高温等。
测量目标
在这项研究中，我们展示了 Nanovea 摩擦仪 是一种理想的工具，用于以良好控制和定量的方式比较不同聚合物的摩擦和耐磨性。
测试程序
通过 Nanovea Tribometer 评估不同常见聚合物的摩擦系数 (COF) 和耐磨性。 Al2O3 球用作计数器材料（销钉，静态样品）。聚合物（动态旋转样品）上的磨损轨迹是使用 非接触式 3D 轮廓仪 测试结束后进行光学显微镜观察。应该注意的是，作为一种选择，非接触式内窥镜传感器可用于测量磨损测试期间销刺入动态样本的深度。测试参数总结于表1中。磨损率K使用公式K=Vl(Fxs)来评估，其中V是磨损体积，F是法向载荷，s是滑动距离。
请注意，本研究中使用了Al2O3球作为反面材料。任何固体材料都可以被替代，以更紧密地模拟两个试样在实际应用条件下的性能。
结果和讨论
磨损率是决定材料使用寿命的一个重要因素，而摩擦力在摩擦学应用中起着关键作用。图2比较了不同聚合物与Al2O3球在磨损测试中的COF的演变。COF的作用是指示何时发生故障，磨损过程进入一个新的阶段。在测试的聚合物中，HDPE在整个磨损测试中保持最低的恒定COF，约为0.15。平稳的COF意味着形成了一个稳定的三面接触。
图3和图4比较了测试后的聚合物样品的磨损轨迹，由光学显微镜测量。原位非接触式三维轮廓仪精确地确定了聚合物样品的磨损量，使得准确计算出的磨损率分别为0.0029、0.0020和0.0032m3/N m。相比之下，CPVC样品显示出最高的磨损率为0.1121m3/N m。在CPVC的磨损轨迹中，存在着深深的平行磨损疤痕。
结论
聚合物的耐磨性对其服务性能起着至关重要的作用。在这项研究中，我们展示了Nanovea摩擦仪评估了不同聚合物的摩擦系数和磨损率。
严格控制和定量的方式。在测试的聚合物中，高密度聚乙烯显示出最低的COF（约0.15）。高密度聚乙烯、尼龙66和聚丙烯样品拥有低磨损率，分别为0.0029、0.0020和0.0032 m3/N m。低摩擦和高耐磨性的结合使HDPE成为聚合物摩擦学应用的良好候选者。
原位非接触式三维轮廓仪能够实现精确的磨损量测量，并提供了分析磨损痕迹的详细形态的工具，为了解磨损机制的基本情况提供了更多的见解。
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使用盘上针式摩擦仪测量连续的斯特里贝克曲线
介绍。
当应用润滑来减少运动表面的磨损/摩擦时，界面上的润滑接触可以从几种制度中转变，如边界润滑、混合润滑和流体动力润滑。液膜的厚度在这一过程中起着重要作用，主要由液体粘度、界面上施加的载荷和两个表面之间的相对速度决定。润滑制度对摩擦的反应表现在所谓的Stribeck[1-4]曲线上。
在这项研究中，我们首次展示了测量连续斯特里贝克曲线的能力。使用 Nanovea 摩擦仪 先进的无级调速，从15000到0.01rpm，10分钟内软件直接提供完整的Stribeck曲线。简单的初始设置仅需要用户选择指数斜坡模式并输入初始和最终速度，而不必执行多次测试或以不同的速度编写逐步程序，从而需要传统 Stribeck 曲线测量的数据拼接。这一进步在整个润滑剂状态评估过程中提供了精确的数据，并大大减少了时间和成本。该测试显示了在不同工业工程应用中的巨大潜力。
使用Nanovea T50摩擦仪对润滑性眼药水进行比较
测试眼药水解决方案的重要性
滴眼液用于缓解一系列眼睛问题引起的症状。例如，它们可以用来治疗轻微的眼睛刺激（如干燥和发红），推迟青光眼的发病或治疗感染。非处方销售的滴眼液主要用于治疗干燥。它们对眼睛的润滑效果可以用摩擦系数测试来比较和测量。
眼睛干涩可由多种因素引起，例如，电脑眼疲劳或在极端天气条件下的户外活动。良好的润滑性眼药水有助于维持和补充眼睛外表面的水分。这有助于缓解与干眼症有关的不适、灼热或刺激和发红。通过测量滴眼液的摩擦系数（COF），可以确定其润滑效率以及与其他溶液的比较情况。
测量目标
在这项研究中，使用Nanovea T50摩擦仪上的针盘设置测量了三种不同的润滑性眼药水的摩擦系数（COF）。
测试过程和程序
一个直径为6毫米的氧化铝制成的球面针被应用于玻璃载玻片上，每个眼药水作为两个表面之间的润滑剂。所有实验中使用的测试参数总结在下面的表1中。
结果和讨论
测试的三种不同眼药水的最大、最小和平均摩擦系数值列于表2。图2-4描述了每种眼药水的COF与转数的关系。每次测试中的COF在整个测试的大部分时间内保持相对稳定。样品A的平均COF最低，表明它具有最佳的润滑性能。
总结
在这项研究中，我们展示了Nanovea T50摩擦仪测量三种滴眼液的摩擦系数的能力。基于这些数值，我们表明样品A的摩擦系数较低，因此与其他两个样品相比，表现出更好的润滑性。
纳诺瓦 摩擦计 使用符合 ISO 和 ASTM 的旋转和线性模块提供精确且可重复的磨损和摩擦测试。它还在一个预集成系统中提供可选的高温磨损、润滑和摩擦腐蚀模块。这种多功能性使用户能够更好地模拟真实的应用环境，并提高对各种材料的磨损机制和摩擦学特性的基本了解。
