單片陶瓷的摩擦和磨損特性 球板法 征求意見(jiàn)稿

1GB/TXXXXX—XXXX/ISO20808:2016單片陶瓷的摩擦和磨損特性球板法本文件規(guī)定了測(cè)定單片陶瓷摩擦系數(shù)及特定磨耗率的步驟。本方法中，材料置于球板裝置中、并于非耐磨、干燥的環(huán)境中成對(duì)地進(jìn)行測(cè)定。2規(guī)范性引用文件下列文件中的內(nèi)容通過(guò)文中的規(guī)范性引用而構(gòu)成本文件必不可少的條款。其中，注日期的引用文件，僅該日期對(duì)應(yīng)的版本適用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改單）適用于本文件。ISO1101Geometricalproductspecifications(GPS)-Geometricaltolerancing-Tolerancesofform,orientationandrun-outISO3274,Geometricalproductspecifications(GPS)-Surfacetexture:Profilemethod-Nominalcharacteristicsofcontact(stylus)instrumentsISO3611,Geometricalproductspecifications(GPS)-Dimensionalmeasuringequipment:Micrometersforexternalmeasurements-DesignandmetrologicalcharacteristicsISO4287,Geometricalproductspecifications(GPS)-Surfacetexture:Profilemethod-Terms,definitionsandsurfacetextureparametersISO13385,(allparts),Geometricalproductspecifications(GPS)-DimensionalmeasuringequipmentISO80000-1,Quantitiesandunits-Part1:GeneralISO/IEC17025,Generalrequirementsforthecompetenceoftestingandcalibrationlaboratories3術(shù)語(yǔ)和定義下列術(shù)語(yǔ)和定義適用于本文件。3.1磨耗wear由于物體表面與接觸物質(zhì)或基體的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，固體表面材料逐步損耗或逐步發(fā)生材料的置換而產(chǎn)生的改變。3.2磨耗試驗(yàn)weartest評(píng)估在滑動(dòng)接觸過(guò)程中，材料的摩擦及磨耗行為的方法。3.32GB/TXXXXX—XXXX/ISO20808:2016球板法ball-on-discmethod一種在恒定載荷下，通過(guò)推動(dòng)球形試件在旋轉(zhuǎn)的圓盤(pán)試件上進(jìn)行滑動(dòng)接觸的磨耗試驗(yàn)方法。3.4摩擦力frictionforce在外力作用下，一個(gè)物體與另一物體做相對(duì)運(yùn)動(dòng)，正切于兩物體界面的阻力。3.5摩擦系數(shù)coefficientoffrictionμ兩個(gè)摩擦力，法向力Ff與將兩物體壓在一起的力Fp的無(wú)量綱比值。3.6具體磨損率specificwearrateWs材料磨損率，定義為材料磨損的體積V，與法向力（Fp）及滑動(dòng)距離（L）乘積的商。4意義和使用本文件提供了在球-板配置下進(jìn)行滑動(dòng)摩擦和磨損測(cè)試的指導(dǎo)。它應(yīng)用于確定陶瓷材料在非軸向滑動(dòng)接觸時(shí)所產(chǎn)生的耐磨性和摩擦力。應(yīng)當(dāng)注意，滑動(dòng)接觸中存在許多影響摩擦和磨損大小的參數(shù)。進(jìn)行任何磨損測(cè)試的目的是盡可能準(zhǔn)確地模擬在實(shí)際應(yīng)用中出現(xiàn)的條件。隨著測(cè)試條件與應(yīng)用條件之間的偏差增大，測(cè)試結(jié)果的相關(guān)性會(huì)降低。為了增加測(cè)試結(jié)果的可信度，應(yīng)當(dāng)比較測(cè)試樣品磨損表面的外觀與實(shí)際磨損部件磨損表面的外觀，以確保在每個(gè)案例中發(fā)生了相似的磨損機(jī)制。當(dāng)應(yīng)用條件不明確但需要對(duì)材料之間進(jìn)行一般比較時(shí)，建議使用本文件中推薦的測(cè)試條件。5測(cè)試材料及試樣制備5.1材料本測(cè)試方法可應(yīng)用于多種材料，唯一的要求是球及板試樣按照下述明確的尺寸要求進(jìn)行準(zhǔn)備，并且這些球、板應(yīng)能承受測(cè)試過(guò)程中施加的壓力且不發(fā)生失效或過(guò)度彎曲。原則上，球與板應(yīng)使用相同的材料，但若球與板采用不同的材料也可以采用此方法進(jìn)行測(cè)試。任何材料相關(guān)的信息應(yīng)做出報(bào)告：如其尺寸、表面光潔度、材料類(lèi)型、成分、微觀結(jié)構(gòu)、處理等。5.2球試樣球試樣應(yīng)為真正的球形，其直徑大于5mm,或?yàn)橐话魻铙w，其末端被加工成球冠狀，球體的推薦尺寸為10mm，試樣的表面粗糙度應(yīng)滿足ISO4287規(guī)定的要求，不應(yīng)超過(guò)0.1μmRa。3GB/TXXXXX—XXXX/ISO20808:20165.3板試樣板試樣的厚度應(yīng)超過(guò)3mm并應(yīng)足夠大，可以包含一個(gè)直徑大于30mm的滑動(dòng)圓圈。板的表面應(yīng)平整，平行度應(yīng)滿足ISO1101的規(guī)定，在0.02mm范圍內(nèi)。試樣的表面粗糙度應(yīng)滿足ISO4287規(guī)定的要求，不應(yīng)超過(guò)0.1μmRa。6設(shè)備6.1球板法測(cè)試用設(shè)備測(cè)試設(shè)備應(yīng)包括以下部分：——圓盤(pán)夾持器，保證圓盤(pán)試樣的穩(wěn)定性；——圓盤(pán)旋轉(zhuǎn)用驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)；——球試樣夾持器；——推動(dòng)球試樣至板試樣上所用加載裝置；——測(cè)定摩擦力及線性磨損的裝置；——控制試驗(yàn)氣氛的裝置；——上述裝置的輔助裝置。a)圓盤(pán)夾持器應(yīng)在水平或垂直面上進(jìn)行旋轉(zhuǎn)。旋轉(zhuǎn)軸的離心率應(yīng)小于0.02mm,垂直于圓盤(pán)方向接觸點(diǎn)的波動(dòng)范圍應(yīng)少于0.05mm；b)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)應(yīng)能保證給出一個(gè)在摩擦力影響下，仍穩(wěn)定的、可控制的滑動(dòng)速度。驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)應(yīng)配備轉(zhuǎn)速計(jì)或相應(yīng)的計(jì)量裝置；c)球夾持器應(yīng)能穩(wěn)定地夾住球試樣，考慮到其與圓盤(pán)試樣在接觸點(diǎn)處產(chǎn)生的壓力，夾持器應(yīng)具有較高的硬度；d)加載裝置應(yīng)直接或通過(guò)具有附加重量的杠桿活動(dòng)臂裝置或液壓或氣壓裝置將可控制的載荷施加到球夾持器上；e)摩擦力應(yīng)通過(guò)裝置進(jìn)行測(cè)定，如測(cè)力傳感器、彈簧片的彎曲程度或?qū)πD(zhuǎn)扭矩的測(cè)定。測(cè)定過(guò)程不應(yīng)對(duì)摩擦環(huán)境產(chǎn)生影響，摩擦力的測(cè)量精度應(yīng)在施加載荷的±1%或更小范圍內(nèi)。可選擇測(cè)定線性磨損的儀器，但該設(shè)備宜保證其靈敏度高于2.5μm或更優(yōu)；f)測(cè)試氛圍應(yīng)保持在設(shè)定溫度的±2℃范圍內(nèi)，相對(duì)濕度保持在（50±10）%范圍內(nèi)，測(cè)試儀器本身可以放置在一個(gè)條件控制在這些限制的房間里；g)如果測(cè)試儀器的說(shuō)明書(shū)與上述要求有不同之處，應(yīng)在測(cè)試報(bào)告中予以說(shuō)明。6.2天平可測(cè)定試樣質(zhì)量并精確至0.01mg。6.3千分尺可以測(cè)定ISO3611中規(guī)定的范圍或相當(dāng)范圍或更優(yōu)。6.4游標(biāo)卡尺符合ISO13385（所有部分）規(guī)定的要求、具有分度值0.05mm的或更優(yōu)的。6.5測(cè)微顯微鏡能夠讀數(shù)到0.01mm。4GB/TXXXXX—XXXX/ISO20808:20166.6觸針表面光度儀符合ISO3274中規(guī)定的要求或至少在精確度上與之相等。7測(cè)試步驟7.1試樣密度的測(cè)定用千分尺（6.3）、游標(biāo)卡尺（6.4）或具有相同功能的工具測(cè)定球試樣的直徑，測(cè)定球板試樣的直徑和厚度，根據(jù)7.3測(cè)得的試樣質(zhì)量計(jì)算試樣的密度。也可通過(guò)具有更高測(cè)定精度的測(cè)定方法來(lái)測(cè)定試樣的密度值，如按照ISO18754規(guī)定的方法測(cè)定的密度值7.2測(cè)試前對(duì)試樣的處理在高純度丙酮中用超聲清洗試樣10min或更長(zhǎng)時(shí)間，清洗圓盤(pán)試樣時(shí)，其測(cè)試面朝下。在送去干燥之前，試樣應(yīng)經(jīng)高純度己烷漂洗并置于溫度為120℃的烘箱中干燥30min或更長(zhǎng)時(shí)間。只要能保證在清洗過(guò)后試樣表面是干凈的，也可用其它溶劑或蒸餾水替代丙酮或己烷進(jìn)行清洗。試樣應(yīng)保存在與磨損試驗(yàn)設(shè)備相同的環(huán)境中，直到進(jìn)行測(cè)試。7.3試驗(yàn)前試樣質(zhì)量的測(cè)定磨損試驗(yàn)測(cè)試前用天平（6.2）立即進(jìn)行每個(gè)試樣的質(zhì)量測(cè)定。7.4磨損試驗(yàn)的準(zhǔn)備分別將球試樣與圓盤(pán)試樣牢固地夾持在各自的夾持器上，輕輕地將它們相互接觸，然后施加設(shè)定的載荷。測(cè)試氛圍穩(wěn)定至少30min后，開(kāi)始在設(shè)定的條件下旋轉(zhuǎn)圓盤(pán)進(jìn)行測(cè)試。7.5測(cè)試條件推薦的試驗(yàn)條件如下，但可依據(jù)測(cè)試過(guò)程的特定需求做出一些改變。所有測(cè)試條件均應(yīng)在測(cè)試報(bào)告中列出。a)施加載荷：10N；b)滑動(dòng)速度：0.1m/s；滑動(dòng)圓圈的直徑應(yīng)大于0.030m，圓盤(pán)夾持器的旋轉(zhuǎn)速度由公式（1）決定：vr——旋轉(zhuǎn)速率，單位為每秒旋轉(zhuǎn)數(shù)（s-1）；a)滑動(dòng)距離：2000m；b)測(cè)試氛圍：空氣溫度為室溫；溫度應(yīng)控制在±2℃范圍內(nèi)，相對(duì)濕度控制在（50±10）%。7.6摩擦力的測(cè)定測(cè)試期間持續(xù)地測(cè)定摩擦力，并用數(shù)據(jù)記錄儀或其它記錄設(shè)備記錄下來(lái)，應(yīng)采用合適的系統(tǒng)將旋轉(zhuǎn)期間的波動(dòng)平均。測(cè)試前，在試樣間并沒(méi)有相互接觸的情況下檢查摩擦力測(cè)試設(shè)備的零值。7.7試驗(yàn)后質(zhì)量的測(cè)定磨耗試驗(yàn)結(jié)束后，試樣經(jīng)與7.2同樣的步驟進(jìn)行清洗處理，用同樣的天平對(duì)試樣進(jìn)行稱(chēng)重。在做該5GB/TXXXXX—XXXX/ISO20808:2016項(xiàng)處理前，仔細(xì)收集圓盤(pán)試樣上的磨損碎片，以便進(jìn)一步分析。7.8球試樣上磨痕的測(cè)量試驗(yàn)結(jié)束后，球試樣上應(yīng)有一個(gè)粗糙的圓圈磨痕，如圖1所示，用測(cè)微顯微鏡（6.5）測(cè)量其最小直徑A，測(cè)量此直徑垂直方向的直徑B。7.9圓盤(pán)試樣上磨耗軌跡的測(cè)量試驗(yàn)完成時(shí)，圓盤(pán)試樣上會(huì)出現(xiàn)磨損軌跡，如圖2所示。用觸針表面光度儀或相似的儀器測(cè)量橫截面上磨損軌跡的特征，依次選取軌跡上間隔90°的四個(gè)點(diǎn)（S1到S4在每個(gè)點(diǎn)處計(jì)算磨損軌跡的橫截面積。7.10測(cè)試重復(fù)次數(shù)每個(gè)磨損試驗(yàn)至少在相同條件下重復(fù)測(cè)定3次。圖1球試樣上的磨痕圖2圓盤(pán)試樣上的磨痕8試驗(yàn)結(jié)果計(jì)算8.1具體球試樣磨損率8.1.1根據(jù)磨損體積確定的具體磨損率6GB/TXXXXX—XXXX/ISO20808:2016由磨痕的最小直徑、其垂直方向上的直徑（數(shù)值通過(guò)7.8測(cè)定），由公式（2）計(jì)算得出球試樣的磨損體積?！?dāng)圓盤(pán)試樣上有大的磨損溝槽而導(dǎo)致磨痕形狀彎曲時(shí)（B＞1.5A）,不應(yīng)使用這個(gè)公式，可通過(guò)表面光度儀（6.6）或其它類(lèi)似儀器對(duì)磨痕進(jìn)行準(zhǔn)確地分析，得到磨損體積。）；圖3原始球表面及磨耗實(shí)驗(yàn)后球表面的曲率圖在這種情況下，應(yīng)使用7.9中所述的橫截面的磨損輪廓，Sn。從磨痕輪廓來(lái)看，由于磨損的發(fā)生，球的新直徑D’，如圖3所示，大于原始直徑D，這可以通過(guò)曲線擬合得到。當(dāng)測(cè)得橫截面四個(gè)點(diǎn)的輪廓信息S1，S2，S3，S4及D’的平均值時(shí)，曲線即可獲得。磨損試驗(yàn)后球試樣的新直徑為D’av，球試樣的磨損體積由公式（3）計(jì)算：…………………A——垂直于滑動(dòng)方向的磨痕直徑，最小直徑，單位為7GB/TXXXXX—XXXX/ISO20808:2016球試樣具體的磨耗率可由公式（4）得到，借助由公式（2）或公式（3）得到的V球：………（4）Ws()——球試樣的具體磨損率，單位為平方米每牛頓（m2/N）;Fp——施加載荷（法向力），單位為牛頓（N）;8.1.2由質(zhì)量損失得到的具體磨損率具體磨損率可通過(guò)公式（5），計(jì)算磨損試驗(yàn)前后球試樣的質(zhì)量差得到：……Ws()——球試樣的具體磨損率，單位為平方米每牛頓（m2/N）;m——試驗(yàn)前質(zhì)量，單位為千克（kg）;m——試驗(yàn)后質(zhì)量，單位為千克（kg）;相對(duì)于總體質(zhì)量來(lái)說(shuō)，如果球試樣的質(zhì)量損失較小，或者難以測(cè)量到[（m前-m后）/m前＜0.0001]，則不應(yīng)通過(guò)質(zhì)量損失來(lái)計(jì)算具體磨損率。8.2圓盤(pán)試樣的具體磨損率8.2.1由磨損體積得到的具體磨損率由磨損痕跡的橫截面積（按照步驟7.9測(cè)得的數(shù)據(jù)）計(jì)算得到的圓盤(pán)試樣的磨損體積，計(jì)算公式見(jiàn)公式（6）：V圓盤(pán)=……………如若橫截面積的最大值與最小值比值超過(guò)1.5，不應(yīng)通過(guò)公式（6）進(jìn)行計(jì)算。圓盤(pán)試樣的具體磨損率可由公式（6）得到的V圓盤(pán)值，通過(guò)公式（7）計(jì)算得到：……Ws()——圓盤(pán)試樣的具體磨損率，單位為牛頓（NFp——施加載荷，單位為牛頓（N8.2.2由質(zhì)量損失計(jì)算得到的具體磨損率具體磨損率可通過(guò)公式（8），計(jì)算磨損試驗(yàn)前后圓盤(pán)試樣的質(zhì)量差得到：8GB/TXXXXX—XXXX/ISO20808:2016………………Ws()——圓盤(pán)試樣的具體磨損率，單位為平方米每牛頓（m2/Nm——試驗(yàn)前質(zhì)量，單位為千克（kg）；m——試驗(yàn)后質(zhì)量，單位為千克（kg）；相對(duì)于總體質(zhì)量來(lái)說(shuō)，如果圓盤(pán)試樣的質(zhì)量損失較小，或者難以測(cè)量到[（m前-m后）/m前＜0.0001]，則不應(yīng)通過(guò)質(zhì)量損失來(lái)計(jì)算具體磨損率。8.3摩擦系數(shù)通過(guò)施加載荷、摩擦力的平均值、利用公式（9），計(jì)算摩擦系數(shù)：）；由于摩擦系數(shù)通常隨滑動(dòng)距離變化而變化，初始值、穩(wěn)定值、最大值和最小值宜適時(shí)確定并記錄于報(bào)告中。8.4數(shù)值的四舍五入處理具體磨損率和摩擦力應(yīng)依據(jù)ISO80000-1的規(guī)定保留兩位有效數(shù)字。9測(cè)試報(bào)告測(cè)試報(bào)告應(yīng)與ISO/IEC17025的報(bào)告條款保持一致，至少應(yīng)包含以下部分：a)對(duì)本文件的引用；b)對(duì)材料或測(cè)試材料的描述；c)磨耗測(cè)試儀器的說(shuō)明（圓盤(pán)驅(qū)動(dòng)方法、圓盤(pán)旋轉(zhuǎn)方向、負(fù)載方法、摩擦力檢測(cè)方法、氣氛控制方法等）；d)測(cè)試環(huán)境（施加載荷，滑動(dòng)速度，滑動(dòng)圓圈直徑，圓盤(pán)旋轉(zhuǎn)速度，滑動(dòng)距離等）；e)下列條目應(yīng)在每個(gè)獨(dú)立測(cè)試中予以報(bào)告：1）測(cè)試溫度、濕度及其范圍；2）球試樣及圓盤(pán)試樣的初始質(zhì)量、尺寸及密度；3）球試樣的磨損體積或質(zhì)量損失，及由此計(jì)算得到的具體磨損率；4）圓盤(pán)試樣的磨損體積或質(zhì)量損失，及由此計(jì)算得到的具體磨損率；5）有條件時(shí)