涂層耐磨試驗(yàn)方法

1、國(guó)涂層耐磨性試驗(yàn)方法與測(cè)試儀器作者：振作來源：發(fā)布：2006-5-8文章摘要：摘要：敘述了國(guó)內(nèi)外常用的涂層耐磨性試驗(yàn)方法及其主要技術(shù)特征，介紹了國(guó)產(chǎn)涂層耐磨性試驗(yàn)儀器的開發(fā)應(yīng)用現(xiàn)狀。耐磨 性。由此可見，各種材料耐磨性的優(yōu)劣對(duì)于評(píng)價(jià)和控制產(chǎn)品質(zhì)量至關(guān)重要，因而在經(jīng)濟(jì)上占有舉足輕重的 關(guān)鍵字：耐磨技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)測(cè)定摘要：敘述了國(guó)內(nèi)外常用的涂層耐磨性試驗(yàn)方法及其主要技術(shù)特征，介紹了國(guó)產(chǎn)涂層耐磨性試驗(yàn)儀器的開發(fā)應(yīng)用現(xiàn)狀。關(guān)鍵詞：涂層；耐磨性；試驗(yàn)方法；測(cè)試儀器磨損是致使材料破壞，失效的形式之一。據(jù)有關(guān)文獻(xiàn)報(bào)導(dǎo)，對(duì)我國(guó)冶金礦山，農(nóng)機(jī)、煤炭、電力和建材5個(gè)工業(yè)部門的不完全統(tǒng)計(jì)，每年由于磨損而需要補(bǔ)充的配件達(dá)10

2、 6 t ，價(jià)值 15 - 20億元。由此可見，各種材料耐磨性的優(yōu)劣對(duì)于評(píng)價(jià)和控制產(chǎn)品質(zhì)量至關(guān)重要，因而在經(jīng)濟(jì)上占有舉足輕重的地位。迄今，工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家對(duì)于不同材料均有相應(yīng)的磨損試驗(yàn)方法，如日本工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)JIS H8503 規(guī)定了有關(guān)金屬鍍膜耐磨性試驗(yàn)方法；JISH8615 敘述了銘電鍍層的耐磨性試驗(yàn)；又如美國(guó)材料試驗(yàn)協(xié)會(huì)標(biāo)準(zhǔn)ASTM D 968 93和 ASTM D 658 81(86)分別規(guī)定用落砂法和噴砂法測(cè)定有機(jī)涂層的耐磨性；而在國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)ISO7784.2 97中則采用旋轉(zhuǎn)磨擦橡膠輪法測(cè)定色漆和清漆的耐磨性；在IS08251 87和 JIS H8682中均規(guī)定用磨擦輪磨耗試驗(yàn)機(jī)測(cè)定鋁和鋁合

3、金表面陽(yáng)極氧化膜的耐磨系數(shù)。我國(guó)已有國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB /T1768 79(89)漆膜耐磨性測(cè)定法，近年又在 GB / T5237.5 2000中規(guī)定用落砂耐磨試驗(yàn)機(jī)測(cè)定鋁合金建筑型材表面氟碳漆膜的耐磨性。綜上所述，不難看出，目前國(guó)內(nèi)外涂料鍍層耐磨性試驗(yàn)，方法多樣，各具特色。盡管對(duì)于上述各種試驗(yàn)方法及其應(yīng)用性能的評(píng)價(jià)人們?cè)谡J(rèn)識(shí)上不盡相同，但就多項(xiàng)檢測(cè)手段的開發(fā)和推廣應(yīng)用來說，仍以采用旋轉(zhuǎn)磨擦橡膠輪法、落砂法和噴砂法較為普 遍。本文擬重點(diǎn)探討這些常用試驗(yàn)方法的技術(shù)特征與相關(guān)儀器的開發(fā)應(yīng)用現(xiàn)狀，供業(yè)內(nèi)人士參考。1涂層耐磨性的試驗(yàn)方法涂層耐磨性系指涂層表面抵抗某種機(jī)械作用的能力，通常采用砂輪研磨或砂粒沖擊

4、的試驗(yàn)方式來測(cè)定，它是使用過程中經(jīng)常受到機(jī)械 磨損的涂層的重要特征之一，而且與涂層的硬度、附著力、柔韌性等其它物理性能密切相關(guān)。國(guó)內(nèi)外常用的涂層耐磨性試驗(yàn)方法及其主 要技術(shù)特征如表 1所示。表 1涂層耐磨性試驗(yàn)方法及其主要技術(shù)特征1.1旋轉(zhuǎn)磨擦橡膠輪法（Taber試驗(yàn)）國(guó)際標(biāo)準(zhǔn) ISO 7784. 2-97 規(guī)定用旋轉(zhuǎn)磨擦橡膠輪法測(cè)定涂層的耐磨性，即在旋轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)速為60r / min 、加壓臂承載一定負(fù)荷的規(guī)定試驗(yàn)條件下，采用嵌有金剛砂磨料的硬質(zhì)橡膠磨擦輪磨耗涂層表面，其耐磨性可分別以經(jīng)規(guī)定研磨轉(zhuǎn)數(shù)研磨后涂層質(zhì)量損耗（失重法）的平均值或以磨損某一厚度涂層所需的平均研磨轉(zhuǎn)數(shù)（轉(zhuǎn)數(shù)法）2種方法表示與

5、評(píng)價(jià)。二者相比較，失重法對(duì)試樣的稱重精度要求嚴(yán)格，但它不受涂層厚薄的影響；而轉(zhuǎn)數(shù)法測(cè)定時(shí)直觀方便，不需稱重，但對(duì)涂層研磨厚度的測(cè)量要求甚嚴(yán)。國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB /T1768-79（89）中規(guī)定的方法與儀器雖然工作原理與其相同，但未對(duì)旋轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)速作明確規(guī)定，而且試驗(yàn)結(jié)果只以經(jīng)規(guī)定研磨轉(zhuǎn)數(shù)研磨后的涂層質(zhì)量損耗（失重法）的單一方法表示。旋轉(zhuǎn)磨擦橡膠輪法可廣泛用于涂層、鍍層和金屬、非金屬材料的耐磨性試驗(yàn)，但是用作 研磨的橡膠砂輪需要經(jīng)常修整和適時(shí)更新。1.2落砂沖刷試驗(yàn)法ASTMD 968 93規(guī)定用落砂耐磨試驗(yàn)器測(cè)定有機(jī)涂層的耐磨性，即采用規(guī)定產(chǎn)地的天然石英砂作磨料，通過試驗(yàn)器導(dǎo)管從一定高度自由落下，沖刷試

6、樣表面，以磨損規(guī)定面積的單位厚度涂層所消耗磨料的體積（L）,并通過計(jì)算耐磨系數(shù)來評(píng)價(jià)涂層的耐磨性。采用這種試驗(yàn)方法，天然砂磨料的選擇將對(duì)試驗(yàn)結(jié)果產(chǎn)生直接影響，因此對(duì)砂粒的硬度、粒度和幾何形狀要求嚴(yán)格。國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T5237.5 2000 規(guī)定采用符合 GB/T 178 77標(biāo)準(zhǔn)要求的標(biāo)準(zhǔn)砂作磨料。應(yīng)當(dāng)指出，在采用落砂沖刷試驗(yàn)法的上述2項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)中，盡管都采取了主要技術(shù)參數(shù)完全相同的耐磨性試驗(yàn)器，但由于所用天然砂磨料的粒度不同，因而同性流出體積為2L磨料的流速成并不相同，前都規(guī)定為 2123.5s ，后者規(guī)定為 1618s。1.3噴砂沖擊試驗(yàn)法ASTM D 658 81（86） 規(guī)定用鼓風(fēng)磨蝕（噴

7、砂）試驗(yàn)測(cè)定有機(jī)涂層的耐磨性，這種方法是通過調(diào)節(jié)氣泵輸出壓力，使試驗(yàn)器噴管處的空氣流速為 0.07m 3/min，以保證每分鐘平均噴出（44 土 1 ） g的金剛砂束沖擊涂層，并以磨損規(guī)定面積的單位厚度涂層所消耗磨料的質(zhì)量（g），通過計(jì)算其耐磨系數(shù)來評(píng)價(jià)涂層的耐磨性。因此必須按標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定選用粒度范圍為7590gm 的碳化硅作磨料，而氣源輸出壓力和磨料的均一噴速成為影響試驗(yàn)結(jié)果的決定因素。1.4往復(fù)運(yùn)運(yùn)磨耗試驗(yàn)法ISO 825187和 JIS H 8682都規(guī)定了用磨擦輪磨耗試驗(yàn)機(jī)測(cè)定鋁和鋁合金陽(yáng)極氧化膜的耐磨性。這種試驗(yàn)方法是在規(guī)定的試驗(yàn)條件下，使涂鍍層與膠接在磨擦輪外緣上的研磨砂紙作平面往復(fù)運(yùn)

8、動(dòng)，每雙行程后磨擦輪轉(zhuǎn)動(dòng)一小角度（0.9 o ）,經(jīng)規(guī)定的若干次研磨后，以涂層厚度（g m ）或涂層質(zhì)量（mg ）的減少，并通過計(jì)算其磨損阻力評(píng)價(jià)涂層的耐磨性。由于該方法的試驗(yàn)條件易于控 制，而無其它方法所存在的諸如磨輪修整、老化，砂流速率、砂束形狀等較難控制的問題，因而試驗(yàn)結(jié)果的重復(fù)性較好，而且除涂鍍層 外，這種方法已廣泛用于塑料、橡膠和金屬材料的耐磨性試驗(yàn)。2 涂層耐磨性的測(cè)試儀器涂層耐磨性試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)的制訂，統(tǒng)一和規(guī)范了不同材料的檢測(cè)手段與質(zhì)量要求，也為各種制式耐磨性試驗(yàn)儀器的開發(fā)研制提供 了必須遵循的設(shè)計(jì)依據(jù)。表 2列舉了國(guó)產(chǎn)典型耐磨性試驗(yàn)儀器的主要技術(shù)特征。表 2國(guó)產(chǎn)涂層耐磨性試驗(yàn)儀

9、及其主要技術(shù)特征技術(shù)特征主要技功能用途執(zhí)行技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)制造商型號(hào)名稱術(shù)參數(shù)GB/T4893.885轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)速: 090r/min齒輪箱傳動(dòng)、無級(jí)調(diào)GB/T17657一速，或滿足多項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)上海現(xiàn)用于家具漆、99試樣規(guī)格:100mm x ()對(duì)不同轉(zhuǎn)速的要求；代環(huán)境JM IV 型人造板、建筑6.2 mm乂 3 mm采用可設(shè)定、記數(shù)儀工程技磨耗儀裝飾材料表面GB/T1768一表記數(shù)與顯示；依據(jù)術(shù)有限的耐磨性測(cè)定79(89)橡膠砂輪:50mm x ()不同試樣可采取不同公司16mm X12.7 mm材料的研磨砂輪GB/T15036.22001轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)數(shù)：（60 土 2） r/min 齒形帶傳動(dòng)，雙輸出用

10、于測(cè)定各種ISO 7784.2軸結(jié)構(gòu)，采用工作轉(zhuǎn)天津市 漆膜，大理石97QMX 型漆膜試樣規(guī)格:b 100mm x 數(shù)設(shè)定、鍵入，自動(dòng) 建筑儀,等建筑裝飾材一耐磨性試驗(yàn)機(jī)7mm x 3 mm記數(shù)與顯示裝置，吸器試驗(yàn)料表面的耐磨GB/T 1768 一塵采用負(fù)壓調(diào)頻，根機(jī)公司性79（89）橡膠砂輪:b 50mm x 據(jù)需要調(diào)控吸塵量16mm x () 12.7 mm砂輪硬度:（50 士 5）IRHD荷重破碼：250g磨擦輪步進(jìn)角:0.9 o / 行 主機(jī)由試樣安裝臺(tái)、測(cè)定各種涂程磨擦輪、加載機(jī)構(gòu)和PMJ 1 型層、電鍍層、ISO 8251 87計(jì)數(shù)器四部件構(gòu)成；沈陽(yáng)儀平面磨耗試驗(yàn)鋁合金陽(yáng)極氧研磨砂

11、紙規(guī)格:（12 :試樣安裝臺(tái)采用了曲表工藝機(jī)化膜及金屬材JIS H 8682158)mm柄滑塊機(jī)構(gòu)，加載機(jī)研究所料的耐磨性構(gòu)采取了垂直流動(dòng)導(dǎo)荷重精度:400 土 8gf軌設(shè)計(jì)重復(fù)測(cè)量誤差：v 15%2.1 JM IV 型磨耗儀JM IV 型磨耗儀的突出特點(diǎn)是旋轉(zhuǎn)盤采取無級(jí)變速，其轉(zhuǎn)速可在090r / min 范圍內(nèi)任選，因此能滿足多項(xiàng)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)不同轉(zhuǎn)速的試驗(yàn)要求，而且根據(jù)不同的試樣可選用不同橡膠輪寬度和不同材料配比的研磨砂輪，從而拓寬了應(yīng)用領(lǐng)域。2.2 QMX 型漆膜磨耗試驗(yàn)機(jī)該儀器采用齒形帶傳動(dòng)，因而質(zhì)量輕、工作噪聲??；由于采取了雙輸出軸結(jié)構(gòu)，可同時(shí)研磨雙試樣，提高了工作效率；另外，采用負(fù)

12、壓為 1.51.6kPa 的調(diào)頻吸塵裝置，吸塵量可根據(jù)實(shí)際需要加以調(diào)控。上述兩規(guī)格磨耗儀，其試驗(yàn)原理同屬旋轉(zhuǎn)磨擦橡膠輪法，因此又都共同面臨橡膠砂輪的加工質(zhì)量和安裝性能對(duì)涂層耐磨性測(cè)試精度的 影響。應(yīng)用實(shí)踐表明，研磨砂輪的橡膠硬度、含金剛砂比例及其均勻性，以及因磨輪偏擺導(dǎo)致磨耗槽寬窄、深淺的變化，都將直接影響 規(guī)定研磨轉(zhuǎn)數(shù)后涂層的失重。應(yīng)當(dāng)指出，通常一項(xiàng)試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)的制定，僅適用于某一類材料試樣的磨耗試驗(yàn)，這是因?yàn)椴煌瑯?biāo)準(zhǔn)所規(guī) 定的轉(zhuǎn)盤軸心線與磨耗輪中心線的間距不同，因而切削角不同，導(dǎo)致磨槽寬窄不一，失重不同。關(guān)于橡膠砂輪的修整，當(dāng)采用砂輪修整機(jī)的金剛石修整刀時(shí)，其進(jìn)刀量必須適度，以防止砂輪邊緣

13、破損，而砂輪修整機(jī)主軸的徑向跳動(dòng)勢(shì)必影響其修整直線度。當(dāng)研磨砂輪的直徑小于45mm 時(shí)，應(yīng)予報(bào)廢更新。為保證試驗(yàn)精度，同一轉(zhuǎn)盤上的兩只砂輪經(jīng)成對(duì)同時(shí)修整后應(yīng)各復(fù)原位，并通過調(diào)節(jié)平衡破碼使加壓臂自身恒重。2.3 QML 型落砂涂層耐磨性試驗(yàn)機(jī)采用該儀器測(cè)定有機(jī)涂層的耐磨性，是在選用標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定其粒度范圍的天然砂磨料并控制在1618s內(nèi)流出 2L 的前提下，使砂束內(nèi)心正好落在試樣表面被劃定的O 25mm 圓形區(qū)域中心，是保證試驗(yàn)精度的關(guān)鍵，為此每隔一定時(shí)間應(yīng)檢查儀器導(dǎo)管的校準(zhǔn)線，標(biāo)準(zhǔn)砂500g , 750g量具容積：2LQML 型落砂涂層耐磨性試驗(yàn)機(jī)用于鋁合金建筑材表面氟碳漆膜耐磨性的測(cè)試ASTM D 968-93GB/T 5237.5-2000-漏斗角度:60 o導(dǎo)管內(nèi)徑： 19mm導(dǎo)管高度：914mm試樣架角度:45 o試樣臺(tái)行程:30mm儀器由機(jī)架、料斗、導(dǎo)管和試樣架四部件組成：導(dǎo)管下管口距涂層表面 25mm ,測(cè)試面與導(dǎo)管成 45o角；磨料自由下落，其流速為 16 -18s內(nèi)流出 2L束的下落位置。當(dāng)標(biāo)準(zhǔn)砂使用50次后，應(yīng)予更新，而且每次試驗(yàn)完畢將漏斗和擋板遺留的砂粒清理干凈。2.4 PMJ 一重型平面磨耗試驗(yàn)機(jī)該儀器應(yīng)用往復(fù)運(yùn)動(dòng)磨耗試驗(yàn)原理，要求試樣尺寸為(80 110)mm x (50 70)mm x (1 2)mm；磨擦輪膠接砂紙尺寸為12mm