涂層耐磨試驗方法

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

2、 6 t ，價值 15 - 20億元。由此可見，各種材料耐磨性的優(yōu)劣對于評價和控制產(chǎn)品質(zhì)量至關(guān)重要，因而在經(jīng)濟上占有舉足輕重的地位。迄今，工業(yè)發(fā)達國家對于不同材料均有相應(yīng)的磨損試驗方法，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方法；JISH8615 敘述了銘電鍍層的耐磨性試驗；又如美國材料試驗協(xié)會標(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定有機涂層的耐磨性；而在國際標(biāo)準(zhǔn)ISO7784.2 97中則采用旋轉(zhuǎn)磨擦橡膠輪法測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機測定鋁和鋁合

3、金表面陽極氧化膜的耐磨系數(shù)。我國已有國家標(biāo)準(zhǔn)GB /T1768 79(89)漆膜耐磨性測定法，近年又在 GB / T5237.5 2000中規(guī)定用落砂耐磨試驗機測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，目前國內(nèi)外涂料鍍層耐磨性試驗，方法多樣，各具特色。盡管對于上述各種試驗方法及其應(yīng)用性能的評價人們在認識上不盡相同，但就多項檢測手段的開發(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。本文擬重點探討這些常用試驗方法的技術(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涂層耐磨性的試驗方法涂層耐磨性系指涂層表面抵抗某種機械作用的能力，通常采用砂輪研磨或砂粒沖擊

4、的試驗方式來測定，它是使用過程中經(jīng)常受到機械 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)。國內(nèi)外常用的涂層耐磨性試驗方法及其主 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）國際標(biāo)準(zhǔn) ISO 7784. 2-97 規(guī)定用旋轉(zhuǎn)磨擦橡膠輪法測定涂層的耐磨性，即在旋轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)速為60r / min 、加壓臂承載一定負荷的規(guī)定試驗條件下，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、評價。二者相比較，失重法對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)法測定時直觀方便，不需稱重，但對涂層研磨厚度的測量要求甚嚴(yán)。國家標(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，但未對旋轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)速作明確規(guī)定，而且試驗結(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，但是用作 研磨的橡膠砂輪需要經(jīng)常修整和適時更新。1.2落砂沖刷試驗法ASTMD 968 93規(guī)定用落砂耐磨試驗器測定有機涂層的耐磨性，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）,并通過計算耐磨系數(shù)來評價涂層的耐磨性。采用這種試驗方法，天然砂磨料的選擇將對試驗結(jié)果產(chǎn)生直接影響，因此對砂粒的硬度、粒度和幾何形狀要求嚴(yán)格。國家標(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法的上述2項標(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噴砂沖擊試驗法ASTM D 658 81（86） 規(guī)定用鼓風(fēng)磨蝕（噴

7、砂）試驗測定有機涂層的耐磨性，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），通過計算其耐磨系數(shù)來評價涂層的耐磨性。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結(jié)果的決定因素。1.4往復(fù)運運磨耗試驗法ISO 825187和 JIS H 8682都規(guī)定了用磨擦輪磨耗試驗機測定鋁和鋁合金陽極氧化膜的耐磨性。這種試驗方法是在規(guī)定的試驗條件下，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

8、動，每雙行程后磨擦輪轉(zhuǎn)動一小角度（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，并通過計算其磨損阻力評價涂層的耐磨性。由于該方法的試驗條件易于控 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。2 涂層耐磨性的測試儀器涂層耐磨性試驗方法標(biāo)準(zhǔn)的制訂，統(tǒng)一和規(guī)范了不同材料的檢測手段與質(zhì)量要求，也為各種制式耐磨性試驗儀器的開發(fā)研制提供 了必須遵循的設(shè)計依據(jù)。表 2列舉了國產(chǎn)典型耐磨性試驗儀器的主要技術(shù)特征。表 2國產(chǎn)涂層耐磨性試驗儀

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)特點制造商型號名稱術(shù)參數(shù)GB/T4893.885轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)速: 090r/min齒輪箱傳動、無級調(diào)GB/T17657一速，或滿足多項標(biāo)準(zhǔn)上海現(xiàn)用于家具漆、99試樣規(guī)格:100mm x ()對不同轉(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，雙輸出用

10、于測定各種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 建筑儀,等建筑裝飾材一耐磨性試驗機7mm x 3 mm記數(shù)與顯示裝置，吸器試驗料表面的耐磨GB/T 1768 一塵采用負壓調(diào)頻，根機公司性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磨擦輪步進角:0.9 o / 行 主機由試樣安裝臺、測定各種涂程磨擦輪、加載機構(gòu)和PMJ 1 型層、電鍍層、ISO 8251 87計數(shù)器四部件構(gòu)成；沈陽儀平面磨耗試驗鋁合金陽極氧研磨砂

11、紙規(guī)格:（12 :試樣安裝臺采用了曲表工藝機化膜及金屬材JIS H 8682158)mm柄滑塊機構(gòu)，加載機研究所料的耐磨性構(gòu)采取了垂直流動導(dǎo)荷重精度:400 土 8gf軌設(shè)計重復(fù)測量誤差：v 15%2.1 JM IV 型磨耗儀JM IV 型磨耗儀的突出特點是旋轉(zhuǎn)盤采取無級變速，其轉(zhuǎn)速可在090r / min 范圍內(nèi)任選，因此能滿足多項技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)對不同轉(zhuǎn)速的試驗要求，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 型漆膜磨耗試驗機該儀器采用齒形帶傳動，因而質(zhì)量輕、工作噪聲??；由于采取了雙輸出軸結(jié)構(gòu)，可同時研磨雙試樣，提高了工作效率；另外，采用負

12、壓為 1.51.6kPa 的調(diào)頻吸塵裝置，吸塵量可根據(jù)實際需要加以調(diào)控。上述兩規(guī)格磨耗儀，其試驗原理同屬旋轉(zhuǎn)磨擦橡膠輪法，因此又都共同面臨橡膠砂輪的加工質(zhì)量和安裝性能對涂層耐磨性測試精度的 影響。應(yīng)用實踐表明，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，通常一項試驗方法標(biāo)準(zhǔn)的制定，僅適用于某一類材料試樣的磨耗試驗，這是因為不同標(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)采用砂輪修整機的金剛石修整刀時，其進刀量必須適度，以防止砂輪邊緣

13、破損，而砂輪修整機主軸的徑向跳動勢必影響其修整直線度。當(dāng)研磨砂輪的直徑小于45mm 時，應(yīng)予報廢更新。為保證試驗精度，同一轉(zhuǎn)盤上的兩只砂輪經(jīng)成對同時修整后應(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機采用該儀器測定有機涂層的耐磨性，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，是保證試驗精度的關(guān)鍵，為此每隔一定時間應(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機用于鋁合金建筑材表面氟碳漆膜耐磨性的測試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試樣臺行程:30mm儀器由機架、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機該儀器應(yīng)用往復(fù)運動磨耗試驗原理，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