编写者
李端杰，博士
聚四氟乙烯（PTFE），通常被称为特氟隆，是一种具有特别低的摩擦系数（COF）和出色的耐磨性的聚合物，取决于应用的负载。聚四氟乙烯表现出卓越的化学惰性，熔点高达 327°C (620°F)，并在低温下保持高强度、高韧性和自润滑性。聚四氟乙烯涂层的特殊耐磨性使其在广泛的工业应用中受到追捧，如汽车、航空航天、医疗，特别是炊具。
超低的摩擦系数（COF）、出色的耐磨性和高温下特殊的化学惰性的结合，使PTFE成为不粘锅涂层的理想选择。为了在研发过程中进一步提高其机械过程，以及确保在质量控制过程中对故障预防和安全措施的最佳控制，拥有一个可靠的技术来定量评估PTFE涂层的摩擦机械过程是至关重要的。精确控制涂层的表面摩擦、磨损和粘附是确保其预期性能的关键。
| 负载 | 30 N |
| 测试时间 | 5分钟 |
| 滑动率 | 80转/分钟 |
| 轨迹的振幅 | 8毫米 |
| 革命 | 300 |
| 球体直径 | 3毫米 |
| 球体材料 | 不锈钢440 |
| 润滑油 | 无 |
| 气体环境 | 空气 |
| 温度 | 230C (RT) |
| 湿度 | 43% |
测试程序
使用 NANOVEA 进行 PTFE 划痕粘附力测量 机械测试仪 在微划痕测试仪模式下使用 1200 Rockwell C 金刚石触针（半径 200 μm）进行测量。
为了确保结果的可重复性，在相同的测试条件下进行了三次测试。
| 装载类型 | 渐进的 |
| 初始负载 | 0.01 mN |
| 终极装载 | 20 mN |
| 装载率 | 40 mN/min |
| 划痕长度 | 3毫米 |
| 刮擦速度，dx/dt | 6.0毫米/分钟 |
| 压头的几何形状 | 120o Rockwell C |
| 压印材料（尖端） | 钻石 |
| 压头半径 | 200 μm |
原位记录的 COF 如图 1 所示。由于 PTFE 的粘性较低，测试样品在前 130 转期间的 COF 约为 0.18。然而，一旦涂层破裂，露出下面的基材，COF 就会突然增加到~1。线性往复测试后，使用 NANOVEA 测量磨损轨迹轮廓 非接触式光学轮廓仪，如图 2 所示。根据获得的数据，计算出相应的磨损率为 ~2.78 × 10-3 mm3/Nm，而磨损轨迹的深度确定为 44.94 µm。
图1: 在PTFE涂层磨损试验中COF的演变。
图2: 磨损轨道PTFE的Profile提取。
| 最大COF | 0.217 |
| 最小COF | 0.125 |
| 平均COF | 0.177 |
| 最大COF | 0.217 |
| 最小COF | 0.125 |
| 平均COF | 0.177 |
表1: 磨损试验期间，突破前和突破后的COF。
聚四氟乙烯涂层对基材的附着力是用200微米的金刚石测针进行划痕测试来测量的。显微照片显示在图3和图4中，COF的演变，以及渗透深度显示在图5中。 PTFE涂层划痕测试结果总结在表4中。随着金刚石测针的负载增加，它逐渐渗透到涂层中，导致COF的增加。当达到~8.5N的载荷时，在高压下发生了涂层的突破和基体的暴露，导致了~0.3的高COF。表2中显示的低St Dev表明了使用NANOVEA机械测试仪进行的PTFE涂层划痕测试的可重复性。
图3: PTFE上的完整划痕的显微照片（10X）。
图4: PTFE上的完整划痕的显微照片（10X）。
图5: 摩擦图显示聚四氟乙烯的临界失效点线。
| 摩擦 | 故障点 [N] | 摩擦力[N]。 | 基金会 |
| 1 | 0.335 | 0.124 | 0.285 |
| 2 | 0.337 | 0.207 | 0.310 |
| 3 | 0.380 | 0.229 | 0.295 |
| 平均值 | 8.52 | 2.47 | 0.297 |
| 圣地亚哥 | 0.17 | 0.16 | 0.012 |
表2: 划痕试验期间的临界载荷、摩擦力和COF的总结。
在这项研究中，我们使用NANOVEA T50摩擦仪在线性往复模式下对不粘锅的PTFE涂层的磨损过程进行了模拟。PTFE涂层表现出较低的COF（约0.18），涂层在130转左右出现了突破。使用NANOVEA机械测试仪对PTFE涂层与金属基体的附着力进行了定量评估，在这个测试中，涂层附着力失效的临界负荷是~8.5N。
NANOVEA摩擦仪采用符合ISO和ASTM标准的旋转和线性模式，具有精确和可重复的磨损和摩擦测试能力。它们提供了高温磨损、润滑和摩擦腐蚀的可选模块，所有这些都集成在一个系统中。这种多功能性使用户能够更准确地模拟真实的应用环境，并获得对不同材料的磨损机制和摩擦学特性的理解。
NANOVEA机械测试仪包括纳米、微观和宏观模块，每个模块都包括符合ISO和ASTM标准的压痕、划痕和磨损测试模式，在一个系统中提供最广泛和最方便的测试能力。
地板材料被设计为耐用，但它们经常会因运动和家具使用等日常活动而受到磨损。为了确保其使用寿命，大多数类型的地板都具有防止损坏的保护性耐磨层。然而，耐磨层的厚度和耐用性根据地板类型和人流量水平而变化。此外，地板结构内的不同层，例如 UV 涂层、装饰层和釉料，具有不同的磨损率。这就是渐进式磨损映射的用武之地。使用 NANOVEA T2000 摩擦磨损测试仪和集成 3D 非接触式轮廓仪，可以对地板材料的性能和寿命进行精确监控和分析。通过提供对各种地板材料磨损行为的详细了解，科学家和技术专业人员可以在选择和设计新地板系统时做出更明智的决策。
地板测试传统上以样品的磨损率为中心来确定其抗磨损的耐久性。然而，渐进式磨损图可以在整个测试过程中分析样品的磨损率，对其磨损行为提供宝贵的见解。这种深入的分析允许在摩擦数据和磨损率之间建立关联，这可以确定磨损的根本原因。应该注意的是，在整个磨损试验中，磨损率是不恒定的。因此，观察磨损的进展情况可以对样品的磨损进行更准确的评估。超越了传统的测试方法，采用渐进式磨损图谱，促进了地坪测试领域的重大进步。
带有集成 3D 非接触式轮廓仪的 NANOVEA T2000 摩擦磨损试验机是磨损测试和体积损失测量的突破性解决方案。它能够在销和轮廓仪之间精确移动，消除磨损轨迹半径或位置的任何偏差，从而保证结果的可靠性。但这还不是全部 - 3D 非接触式轮廓仪的先进功能可实现高速表面测量，将扫描时间缩短至短短几秒。 NANOVEA T2000 能够施加高达 2,000 N 的负载并实现高达 5,000 rpm 的旋转速度 摩擦仪 在评估过程中提供多功能性和精确性。显然，该设备在渐进磨损测绘中发挥着至关重要的作用。
图1: 磨损测试前的样品设置 (左）和磨损测试后的磨损轨迹轮廓测量（右）。
测量目标
对两种类型的地板材料进行了渐进式磨损图测试：石材和木材。每个样品总共经历了7个测试周期，测试时间分别为2、4、8、20、40、60和120秒，从而可以比较不同时期的磨损情况。在每个测试周期后，使用NANOVEA 3D非接触式轮廓仪对磨损轨迹进行了剖析。从轮廓仪收集的数据中，可以使用NANOVEA摩擦仪软件或我们的表面分析软件Mountains中的集成功能来分析孔的体积和磨损率。
NANOVEA
T2000
样品
| 负载 | 40 N |
| 测试时间 | 变化多端 |
| 速度 | 200转/分钟 |
| RADIUS | 10毫米 |
| 距离 | 变化多端 |
| 球体材料 | 碳化钨 |
| 球体直径 | 10毫米 |
在7个周期中使用的测试时间为 2、4、8、20、40、60和120秒分别。 所走的距离是 0.40，0.81，1.66，4.16，8.36，12.55，和25.11米。
木质地板
| 测试周期 | 最大COF | 最小COF | 平均。价值链 |
| 1 | 0.335 | 0.124 | 0.275 |
| 2 | 0.337 | 0.207 | 0.295 |
| 3 | 0.380 | 0.229 | 0.329 |
| 4 | 0.393 | 0.265 | 0.354 |
| 5 | 0.352 | 0.205 | 0.314 |
| 6 | 0.345 | 0.199 | 0.312 |
| 7 | 0.315 | 0.211 | 0.293 |
辐射方向
| 测试周期 | 总体积损失（µm3 | 总距离 行驶（米） | 磨损率 (mm/Nm) x10-5 | 瞬时磨损率 (mm/Nm) x10-5 |
| 1 | 296247687 | 0.40 | 1833.746 | 1833.746 |
| 2 | 355245227 | 1.22 | 1093.260 | 181.5637 |
| 3 | 596371326 | 2.88 | 898.242 | 363.1791 |
| 4 | 883747767 | 7.04 | 530.629 | 172.5496 |
| 5 | 1207179951 | 15.40 | 360.889 | 96.69074 |
| 6 | 1472745318 | 27.95 | 293.329 | 52.89311 |
| 7 | 1851319210 | 53.06 | 184.343 | 37.69599 |
图2: 磨损率与总行驶距离的关系（左图）
和木地板的瞬时磨损率与测试周期（右图）。
图3: 木地板上的#7测试的COF图和磨损轨迹的三维视图。
图4: #7试验的木质磨损轨道的横断面分析
图5: 木质样品测试#7的磨损轨迹的体积和面积分析。
石材地面铺设
| 测试周期 | 最大COF | 最小COF | 平均。价值链 |
| 1 | 0.249 | 0.035 | 0.186 |
| 2 | 0.349 | 0.197 | 0.275 |
| 3 | 0.294 | 0.154 | 0.221 |
| 4 | 0.503 | 0.124 | 0.273 |
| 5 | 0.548 | 0.106 | 0.390 |
| 6 | 0.510 | 0.129 | 0.434 |
| 7 | 0.527 | 0.181 | 0.472 |
辐射方向
| 测试周期 | 总体积损失（µm3 | 总距离 行驶（米） | 磨损率 (mm/Nm) x10-5 | 瞬时磨损率 (mm/Nm) x10-5 |
| 1 | 96278846 | 0.40 | 595.957 | 595.9573 |
| 2 | 804289731 | 1.22 | 2475.185 | 2178.889 |
| 3 | 1316147855 | 2.88 | 1982.355 | 770.9501 |
| 4 | 3136530215 | 7.04 | 1883.269 | 1093.013 |
| 5 | 10821732180 | 15.40 | 3235.180 | 2297.508 |
| 6 | 20174960343 | 27.95 | 4018.282 | 1862.899 |
| 7 | 42512063420 | 53.06 | 4233.081 | 2224.187 |
图6: 磨损率与总行程对比（左）。
和石料地板的瞬时磨损率与测试周期（右图）。
图7: #7试验在石材地板上的COF图和磨损轨迹的三维视图。
图8: #7试验的石料磨损轨迹的横截面分析。
图9： #7号石料样品的磨损痕迹的体积和面积分析。
其中V是一个孔的体积，N是负载，X是总距离，这个方程式描述了测试周期之间的磨损率。瞬时磨损率可以用来更好地识别整个测试过程中的磨损率变化。
两种样品都有非常不同的磨损行为。随着时间的推移，木地板开始时的磨损率很高，但很快就下降到一个较小的稳定值。对于石材地板来说，磨损率似乎从一个低值开始，并随着周期的推移趋向于一个较高的值。瞬时磨损率也显示出很小的一致性。造成这种差异的具体原因尚不确定，但可能是由于样品的结构造成的。石材地板似乎由松散的颗粒组成，与木材的紧凑结构相比，其磨损程度不同。要确定这种磨损行为的原因，还需要进行更多的测试和研究。
摩擦系数（COF）的数据似乎与观察到的磨损行为一致。木质地板的COF图在整个周期中看起来是一致的，补充了其稳定的磨损率。石材地板的平均摩擦系数在整个循环过程中都在增加，这与磨损率随循环增加的情况类似。摩擦图的形状也有明显的变化，表明球与石材样品的互动方式发生了变化。这在第二周期和第四周期最为明显。
NANOVEA T2000摩擦仪通过分析两个不同地板样品之间的磨损率，展示了其进行渐进式磨损绘图的能力。暂停连续的磨损测试，用NANOVEA 3D非接触式轮廓仪扫描表面，对材料随时间变化的磨损行为有了宝贵的了解。
NANOVEA T2000摩擦磨损仪与集成的3D非接触式轮廓仪提供了各种各样的数据，包括COF（摩擦系数）数据、表面测量、深度读数、表面可视化、体积损失、磨损率等等。这套全面的信息使用户能够更深入地了解系统和样品之间的相互作用。NANOVEA T2000摩擦磨损仪具有可控负载、高精度、易于使用、高负载、宽速度范围和附加环境模块等特点，将摩擦学提升到一个新的水平。
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