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。
皮带传动装置在两个或多个旋转轴之间传递动力和跟踪相对运动。作为一种简单和廉价的解决方案，维护工作最少，皮带传动被广泛用于各种应用，如电锯、锯木厂、脱粒机、筒仓鼓风机和输送机。皮带传动装置可以保护机械免于过载，也可以阻尼和隔离振动。
摩擦和磨损对于皮带驱动的机器中的皮带来说是不可避免的。足够的摩擦确保有效的动力传输而不打滑，但过度的摩擦可能会迅速磨损皮带。不同类型的磨损，如疲劳、磨损和摩擦，都发生在皮带传动操作中。为了延长皮带的使用寿命，减少皮带维修和更换的成本和时间，可靠地评估皮带的磨损性能对于提高皮带寿命、生产效率和应用性能是可取的。准确测量皮带的摩擦系数和磨损率，有利于研发和皮带生产的质量控制。
测量目标
在这项研究中，我们模拟和比较了具有不同表面纹理的皮带的磨损行为，以展示其能力。 NANOVEA T2000摩擦磨损仪以受控和监测的方式模拟皮带的磨损过程。
NANOVEA
T2000
两条具有不同表面粗糙度和纹理的皮带的摩擦系数，COF和耐磨性是通过以下方法评估的 NANOVEA 高负载 摩擦仪 使用线性往复磨损模块。使用钢 440 球（直径 10 毫米）作为计数器材料。使用集成的方法检查表面粗糙度和磨损轨迹 3D 非接触式轮廓仪。磨损率， K使用公式评估 K=Vl(Fxs)，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，本研究中使用了光滑的钢440球的对应物作为例子，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。
纹理带和光滑带的表面粗糙度Ra分别为33.5和8.7um，根据用显微镜分析的表面轮廓。 NANOVEA 三维非接触式光学剖面仪。分别在10N和100N的条件下测量了两条被测皮带的COF和磨损率，以比较皮带在不同载荷下的磨损行为。
图1 显示了磨损测试期间皮带的COF的演变。具有不同纹理的带子表现出明显不同的磨损行为。有趣的是，在COF逐渐增加的磨合期之后，在使用10N和100N载荷进行的测试中，纹理带的COF达到较低的~0.5。相比之下，在10N载荷下测试的光滑带在COF稳定后表现出明显较高的~1.4的COF，并在测试的其余部分保持在该值以上。在100N载荷下测试的平滑带迅速被钢制440球磨损，并形成一个大的磨损轨迹。因此，测试在220转时被停止。
图1: 不同载荷下皮带的COF的演变。
NANOVEA三维非接触式轮廓仪提供了一个分析磨损痕迹的详细形态的工具，为从根本上理解磨损机制提供了更多的见解。
表1: 磨损轨迹分析的结果。
图2: 两条皮带的三维视图
在100N的测试之后。
如表1所示，三维磨损轨迹剖面可直接和准确地确定先进分析软件计算的磨损轨迹体积。在220转的磨损试验中，平滑带的磨损轨迹更大更深，体积为75.7 mm3，而纹理带在600转的磨损试验后，磨损体积为14.0 mm3。光滑带对钢球的摩擦力明显增大，导致磨损率比有纹路的皮带高15倍。
纹理带和光滑带之间如此巨大的COF差异，可能与带子和钢球之间的接触面积大小有关，这也导致了它们不同的磨损性能。图3显示了两种带子在光学显微镜下的磨损痕迹。磨损轨迹检查与COF演变的观察结果一致。纹理带保持着约0.5的低COF，在10N的负载下进行磨损试验后，没有表现出磨损的迹象。光滑带在10N时显示出一个小的磨损轨迹。
图3: 光学显微镜下的磨损痕迹。
在这项研究中，我们展示了NANOVEA T2000摩擦仪在以良好的控制和定量方式评估皮带的摩擦系数和磨损率方面的能力。在皮带的使用性能中，表面纹理对皮带的摩擦和耐磨性起着关键作用。有纹理的皮带表现出稳定的摩擦系数约为0.5，并拥有较长的使用寿命，从而减少了工具维修或更换的时间和成本。相比之下，光滑皮带对钢球的过度摩擦会迅速磨损皮带。此外，皮带上的负载是影响其使用寿命的一个重要因素。过载会产生非常大的摩擦，导致皮带加速磨损。
NANOVEA T2000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，并在一个预集成的系统中提供可选的高温磨损、润滑和摩擦腐蚀模块。 NANOVEA的 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。
摩擦损失约占柴油机燃料中总能量的10%。[1].40-55%的摩擦损失来自于动力缸系统。通过更好地了解动力缸系统中发生的摩擦学相互作用，可以减少摩擦造成的能量损失。
动力缸系统中的摩擦损失有很大一部分源于活塞裙部和气缸套之间的接触。由于现实生活中发动机的力、温度和速度不断变化，活塞裙部、润滑油和气缸接口之间的相互作用相当复杂。优化每个因素是获得最佳发动机性能的关键。这项研究的重点是复制造成摩擦力和活塞裙部-润滑油-气缸套（P-L-C）界面磨损的机制。
动力缸系统和活塞裙边-润滑油-缸套界面示意图。
[1] Bai, Dongfang.内燃机活塞裙部润滑的建模。Diss.麻省理工学院, 2012
机油是一种为其应用而精心设计的润滑剂。除了基础油之外，还添加了清洁剂、分散剂、粘度改进剂（VI）、抗磨损/抗摩擦剂和缓蚀剂等添加剂，以提高其性能。这些添加剂影响油在不同操作条件下的表现。油的行为会影响P-L-C界面，并决定是否发生金属-金属接触的显著磨损或流体动力润滑（极少磨损）。
如果不将该地区与外部变量隔离，就很难理解P-L-C接口。用能代表其现实应用的条件来模拟该事件更为实际。该 NANOVEA 摩擦仪 非常适合此目的。配备多个力传感器、深度传感器、逐滴润滑模块和线性往复平台， NANOVEA T2000能够密切模拟发动机组内发生的事件，并获得宝贵的数据，以更好地了解P-L-C接口。
NANOVEA T2000摩擦仪的液体模块
逐滴模块对这项研究至关重要。由于活塞可以以非常快的速度运动（超过3000转/分），因此很难通过浸没样品来形成一层润滑油薄膜。为了解决这个问题，逐滴模块能够持续地在活塞裙部表面施加恒定数量的润滑剂。
新润滑油的应用也消除了脱落的磨损污染物对润滑油性能的影响。
NANOVEA T2000
高负荷摩擦仪
测量目标
本报告将研究活塞裙部-润滑油-缸套的界面。这些界面将通过进行线性往复磨损试验和逐滴润滑油模块进行复制。
润滑剂将在室温和加热条件下使用，以比较冷启动和最佳操作条件。将观察COF和磨损率，以更好地了解界面在实际应用中的表现。
测试参数
负载 ............................100 N
测试时间 ............................30分钟
速度 ............................2000转/分
AMPLITUDE ............................10毫米
总距离 ............................1200 m
涂层 ............................钼-石墨
销材料 ............................铝合金 5052
针孔直径 ............................10毫米
润滑油 ............................机油（10W-30）
流动速度 ............................60 mL/min
温度 ............................室温和90°C
在这个实验中，使用了A5052作为反面材料。虽然发动机缸体通常是由A356等铸铝制成的，但A5052的机械性能与A356相似，适合这种模拟测试[2]。
在测试条件下，显著的磨损是
在室温下在活塞裙部观察到的
与90°C时相比。在样品上看到的深深的划痕表明，在整个测试过程中，静态材料和活塞裙部之间经常发生接触。室温下的高粘度可能限制了油完全填满接口处的空隙并产生金属-金属接触。在更高的温度下，油变稀，能够在销和活塞之间流动。因此，在较高温度下观察到的磨损明显减少。图5显示，磨损疤痕的一侧明显比另一侧磨损得少。这很可能是由于出油口的位置。一边的润滑油膜厚度比另一边的厚，造成了不均匀的磨损。
[2] "5052铝与356.0铝。"MakeItFrom.com, makeitfrom.com/compare/5052-O-Aluminum/A356.0-SG70B-A13560-Cast-Aluminum
表1: 活塞的润滑磨损试验结果。
图1: 常温油品磨损试验的COF图A原始曲线B高通过率C低通过率。
图2: 90°C耐磨油测试的COF图A原始轮廓B高通过C低通过。
图3: 来自RT机油磨损试验的磨损痕的光学图像。
图4: 来自RT机油磨损试验的磨损疤痕的孔洞分析量。
图5: 来自RT机油磨损测试的磨损疤痕的轮廓测量扫描。
图6: 来自90°C机油磨损试验的磨损痕的光学图像
图7: 来自90°C机油磨损试验的磨损疤痕的孔洞分析量。
图8: 来自90°C机油磨损试验的磨损痕的轮廓测量扫描。
在一个活塞上进行了润滑的线性往复磨损测试，以模拟在一台机器上发生的事件。
现实生活中运行的发动机。活塞裙部-润滑油-气缸套界面对发动机的运行至关重要。界面上的润滑油厚度对活塞裙部和气缸套之间的摩擦或磨损造成的能量损失负责。为了优化发动机，油膜厚度必须尽可能薄，而不允许活塞裙部和气缸套接触。然而，挑战在于温度、速度和力的变化将如何影响P-L-C界面。
NANOVEA T2000摩擦仪具有广泛的载荷（高达2000 N）和速度（高达15000 rpm），能够模拟发动机中可能存在的不同条件。未来可能的研究课题包括P-L-C接口在不同的恒定载荷、振荡载荷、润滑油温度、速度和润滑油应用方法下的表现。这些参数可以很容易地通过NANOVEA T2000摩擦仪进行调整，从而对活塞裙部-润滑油-缸套界面的机制有一个全面的了解。
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。
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
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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 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 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。
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
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。
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。
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
简介
织物的形式和功能是由其质量和耐久性决定的。织物的日常使用会造成材料的磨损，如起球、起毛和变色。用于服装的面料质量不合格，往往会导致消费者的不满和品牌受损。
试图对织物的机械性能进行量化可能会带来许多挑战。纱线结构，甚至生产工厂都可能导致测试结果的可重复性差。使得不同实验室的测试结果难以比较。测量织物的磨损性能对纺织品生产链中的制造商、分销商和零售商至关重要。一个控制良好、可重复的耐磨性测量对于确保织物的可靠质量控制至关重要。
磨损是由于相对表面的机械作用而导致表面上的材料去除和变形的过程。它受到多种因素的影响，包括单向滑动、滚动、速度、温度等。磨损、摩擦学的研究跨越许多学科，从物理和化学到机械工程和材料科学。磨损的复杂性质需要对特定的磨损机制或过程进行单独的研究，例如粘着磨损、磨料磨损、表面疲劳、微动磨损和冲蚀磨损。然而，“工业磨损”通常涉及协同发生的多种磨损机制。
线性往复和旋转（销盘上）磨损测试是两种广泛使用的符合 ASTM 标准的装置，用于测量材料的滑动磨损行为。由于任何磨损测试方法的磨损率值通常用于预测材料组合的相对排名，因此确认使用不同测试设置测量的磨损率的可重复性极其重要。这使用户能够仔细考虑文献中报告的磨损率值，这对于理解材料的摩擦学特性至关重要。
评估防滑垫性能的重要性
刹车片是复合材料，是一种由多种成分组成的材料，必须能够满足大量的安全要求。理想的刹车片具有高摩擦系数（COF），低磨损率，最小的噪音，并在不同的环境下保持可靠。为了确保刹车片的质量能够满足其要求，摩擦学测试可以用来确定关键规格。
刹车片的可靠性被放在非常重要的位置；乘客的安全永远不应该被忽视。因此，复制操作条件并确定可能的故障点是关键。
与纳诺维亚 摩擦仪，在销、球或平面与不断移动的反向材料之间施加恒定负载。两种材料之间的摩擦力通过刚性称重传感器收集，从而可以收集不同负载和速度下的材料特性，并在高温、腐蚀性或液体环境中进行测试。
测量目标
在这项研究中，刹车片的摩擦系数是在从室温到700℃的持续升温环境下研究的。环境温度被就地提高，直到观察到刹车片的明显失效。一个热电偶被连接到针的背面，以测量滑动界面附近的温度。
测试过程和程序
结果和讨论
这项研究主要集中在刹车片开始失效的温度上。获得的COF并不代表现实生活中的数值；销轴的材料与刹车盘不一样。还应注意的是，收集的温度数据是销轴的温度，而不是滑动界面的温度。
在测试开始时（室温），SS440C销和刹车片之间的COF给出了一个稳定的值，大约为0.2。随着温度的升高，COF稳步上升，并在350°C附近达到了0.26的峰值。超过390°C，COF迅速开始下降。在450°C时，COF开始回升到0.2，但不久后开始下降到0.05的数值。
刹车片持续失效的温度被确定为500℃以上的温度。超过这个温度，COF就无法再保持0.2的起始COF。
总结
刹车片在超过500℃的温度下显示出一致的故障。其COF为0.2，慢慢上升到0.26的数值，然后在测试结束时（580℃）下降到0.05。0.05和0.2之间的差异是4倍。这意味着在580°C时的法向力必须比室温下的法向力大4倍，才能达到相同的停车力！这就是为什么在580°C时的法向力是4倍。
虽然不包括在这项研究中，Nanovea摩擦仪也能够进行测试，观察刹车片的另一个重要属性：磨损率。通过利用我们的3D非接触式轮廓仪，可以获得磨损轨迹的体积，以计算出样品的磨损速度。磨损测试可以在不同的测试条件和环境下用Nanovea摩擦仪进行，以最好地模拟操作条件。
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