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。
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