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高温下的原位磨损测量

原位磨损测量 在高温下

使用摩擦仪

就地磨损测量 航空摩擦磨损仪

编写者

李端杰,博士

简介

线性可变差动变压器(LVDT)是一种用于测量线性位移的坚固电气变压器。它已被广泛用于各种工业应用,包括电力涡轮机、液压系统、自动化、飞机、卫星、核反应堆和许多其他应用。

在本研究中,我们展示了 NANOVEA 的 LVDT 和高温模块附加组件 摩擦仪 允许在高温磨损过程中测量测试样品磨损轨迹深度的变化。这使得用户能够将磨损过程的不同阶段与 COF 的演变联系起来,这对于提高对高温应用材料的磨损机制和摩擦学特性的基本了解至关重要。

测量目标

在这项研究中,我们想展示NANOVEA T50摩擦仪在高温下现场监测材料磨损过程的能力。

不同温度下硅酸铝陶瓷的磨损过程是以控制和监测的方式模拟出来的。

NANOVEA

T50

测试程序

摩擦学行为,如摩擦系数,COF,以及硅酸铝陶瓷板的耐磨性是由NANOVEA摩擦仪评估的。硅酸铝陶瓷板被加热炉从室温RT加热到高温(400℃和800℃),然后在这些温度下进行磨损测试。 

为了比较,当样品从800°C冷却到400°C,然后再冷却到室温时,进行了磨损测试。一个AI2O3球头(6毫米直径,100级)被用于测试样品。在现场对COF、磨损深度和温度进行了监测。

测试参数

的引脚在磁盘上的测量

摩擦仪LVDT样品

磨损率K是用公式K=V/(Fxs)=A/(Fxn)来评估的,其中V是磨损体积,F是法向载荷,s是滑动距离,A是磨损轨道的截面积,n是旋转次数。用NANOVEA光学剖面仪评估了表面粗糙度和磨损轨迹轮廓,并用光学显微镜检查了磨损轨迹的形态。

结果与讨论

图1和图2分别显示了现场记录的COF和磨痕深度。在图1中,"-I "表示当温度从RT增加到高温时进行的试验。"D "代表温度从800°C的较高温度下降。

如图1所示,在不同温度下测试的样品在整个测量过程中表现出可比的COF约为0.6。如此高的COF导致了加速的磨损过程,产生了大量的碎屑。如图2所示,在磨损测试期间,通过LVDT监测磨损轨迹深度。在样品加热前和样品冷却后的室温下进行的测试表明,硅酸铝陶瓷板在RT时表现出渐进的磨损过程,在整个磨损测试过程中,磨损轨迹深度逐渐增加,分别为~170和~150μm。 

相比之下,高温(400°C和800°C)下的磨损试验表现出不同的磨损行为--磨损过程开始时,磨损轨迹深度迅速增加,随着试验的继续进行,它的速度减慢。在400°C-I、800°C和400°C-D温度下进行的试验的磨损轨迹深度分别为~140、~350和~210μm。

在不同的温度下进行的针座测试中的COF

图1. 在不同温度下进行的针盘测试中的摩擦系数

不同温度下硅酸铝陶瓷板的磨损轨迹深度

图2. 不同温度下硅酸铝陶瓷板的磨损痕迹深度的演变

不同温度下硅酸铝陶瓷板的平均磨损率和磨损轨迹深度是用 NANOVEA 光学剖析器的概述如下 图3.磨损轨迹的深度与使用LVDT记录的深度一致。硅酸铝陶瓷板在800°C时显示出大幅增加的磨损率,约为0.5 mm3/Nm,而在400°C以下的温度下,磨损率低于0.2 mm3/N。硅酸铝陶瓷板在短暂的加热过程后并没有表现出明显增强的机械/三态性能,在热处理之前和之后拥有相当的磨损率。

硅酸铝陶瓷,也被称为熔岩和奇石,在加热处理之前是柔软的,可以加工。在高达1093°C的高温下进行长时间的烧制,可以大幅提高其硬度和强度,之后需要进行钻石加工。这样一个独特的特性使硅酸铝陶瓷成为雕塑的理想材料。

在这项研究中,我们表明,在短时间内以低于烧制所需的温度(800°C对1093°C)进行热处理并不能改善硅酸铝陶瓷的机械和摩擦学特性,这使得适当的烧制成为这种材料在实际应用中使用前的必要过程。

 
不同温度下样品的磨损率和磨损痕迹深度 1

图3. 不同温度下样品的磨损率和磨损轨迹深度

结论

基于本研究的综合摩擦学分析,我们表明,硅酸铝陶瓷板在从室温到800℃的不同温度下表现出相当的摩擦系数。然而,在800°C时,它显示出大幅增加的磨损率,约为0.5 mm3/Nm,显示出对这种陶瓷进行适当热处理的重要性。

NANOVEA摩擦仪能够评估材料在高达1000℃高温下应用的摩擦学特性。原位COF和磨损轨迹深度测量的功能使用户能够将磨损过程的不同阶段与COF的演变联系起来,这对于提高对高温下使用的材料的磨损机制和摩擦学特性的基本认识至关重要。

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,并在一个预集成系统中提供可选的高温磨损、润滑和三相腐蚀模块。NANOVEA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。

可选的3D非接触式轮廓仪,除了用于其他表面测量(如粗糙度)外,还可用于磨损轨迹的高分辨率3D成像。

原地磨损测量

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