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。

 

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。