单片陶瓷的摩擦和磨损特性 球板法 征求意见稿

1GB/TXXXXX—XXXX/ISO20808:2016单片陶瓷的摩擦和磨损特性球板法本文件规定了测定单片陶瓷摩擦系数及特定磨耗率的步骤。本方法中，材料置于球板装置中、并于非耐磨、干燥的环境中成对地进行测定。2规范性引用文件下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。其中，注日期的引用文件，仅该日期对应的版本适用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。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术语和定义下列术语和定义适用于本文件。3.1磨耗wear由于物体表面与接触物质或基体的相对运动，固体表面材料逐步损耗或逐步发生材料的置换而产生的改变。3.2磨耗试验weartest评估在滑动接触过程中，材料的摩擦及磨耗行为的方法。3.32GB/TXXXXX—XXXX/ISO20808:2016球板法ball-on-discmethod一种在恒定载荷下，通过推动球形试件在旋转的圆盘试件上进行滑动接触的磨耗试验方法。3.4摩擦力frictionforce在外力作用下，一个物体与另一物体做相对运动，正切于两物体界面的阻力。3.5摩擦系数coefficientoffrictionμ两个摩擦力，法向力Ff与将两物体压在一起的力Fp的无量纲比值。3.6具体磨损率specificwearrateWs材料磨损率，定义为材料磨损的体积V，与法向力（Fp）及滑动距离（L）乘积的商。4意义和使用本文件提供了在球-板配置下进行滑动摩擦和磨损测试的指导。它应用于确定陶瓷材料在非轴向滑动接触时所产生的耐磨性和摩擦力。应当注意，滑动接触中存在许多影响摩擦和磨损大小的参数。进行任何磨损测试的目的是尽可能准确地模拟在实际应用中出现的条件。随着测试条件与应用条件之间的偏差增大，测试结果的相关性会降低。为了增加测试结果的可信度，应当比较测试样品磨损表面的外观与实际磨损部件磨损表面的外观，以确保在每个案例中发生了相似的磨损机制。当应用条件不明确但需要对材料之间进行一般比较时，建议使用本文件中推荐的测试条件。5测试材料及试样制备5.1材料本测试方法可应用于多种材料，唯一的要求是球及板试样按照下述明确的尺寸要求进行准备，并且这些球、板应能承受测试过程中施加的压力且不发生失效或过度弯曲。原则上，球与板应使用相同的材料，但若球与板采用不同的材料也可以采用此方法进行测试。任何材料相关的信息应做出报告：如其尺寸、表面光洁度、材料类型、成分、微观结构、处理等。5.2球试样球试样应为真正的球形，其直径大于5mm,或为一棒状体，其末端被加工成球冠状，球体的推荐尺寸为10mm，试样的表面粗糙度应满足ISO4287规定的要求，不应超过0.1μmRa。3GB/TXXXXX—XXXX/ISO20808:20165.3板试样板试样的厚度应超过3mm并应足够大，可以包含一个直径大于30mm的滑动圆圈。板的表面应平整，平行度应满足ISO1101的规定，在0.02mm范围内。试样的表面粗糙度应满足ISO4287规定的要求，不应超过0.1μmRa。6设备6.1球板法测试用设备测试设备应包括以下部分：——圆盘夹持器，保证圆盘试样的稳定性；——圆盘旋转用驱动系统；——球试样夹持器；——推动球试样至板试样上所用加载装置；——测定摩擦力及线性磨损的装置；——控制试验气氛的装置；——上述装置的辅助装置。a)圆盘夹持器应在水平或垂直面上进行旋转。旋转轴的离心率应小于0.02mm,垂直于圆盘方向接触点的波动范围应少于0.05mm；b)驱动系统应能保证给出一个在摩擦力影响下，仍稳定的、可控制的滑动速度。驱动系统应配备转速计或相应的计量装置；c)球夹持器应能稳定地夹住球试样，考虑到其与圆盘试样在接触点处产生的压力，夹持器应具有较高的硬度；d)加载装置应直接或通过具有附加重量的杠杆活动臂装置或液压或气压装置将可控制的载荷施加到球夹持器上；e)摩擦力应通过装置进行测定，如测力传感器、弹簧片的弯曲程度或对旋转扭矩的测定。测定过程不应对摩擦环境产生影响，摩擦力的测量精度应在施加载荷的±1%或更小范围内。可选择测定线性磨损的仪器，但该设备宜保证其灵敏度高于2.5μm或更优；f)测试氛围应保持在设定温度的±2℃范围内，相对湿度保持在（50±10）%范围内，测试仪器本身可以放置在一个条件控制在这些限制的房间里；g)如果测试仪器的说明书与上述要求有不同之处，应在测试报告中予以说明。6.2天平可测定试样质量并精确至0.01mg。6.3千分尺可以测定ISO3611中规定的范围或相当范围或更优。6.4游标卡尺符合ISO13385（所有部分）规定的要求、具有分度值0.05mm的或更优的。6.5测微显微镜能够读数到0.01mm。4GB/TXXXXX—XXXX/ISO20808:20166.6触针表面光度仪符合ISO3274中规定的要求或至少在精确度上与之相等。7测试步骤7.1试样密度的测定用千分尺（6.3）、游标卡尺（6.4）或具有相同功能的工具测定球试样的直径，测定球板试样的直径和厚度，根据7.3测得的试样质量计算试样的密度。也可通过具有更高测定精度的测定方法来测定试样的密度值，如按照ISO18754规定的方法测定的密度值7.2测试前对试样的处理在高纯度丙酮中用超声清洗试样10min或更长时间，清洗圆盘试样时，其测试面朝下。在送去干燥之前，试样应经高纯度己烷漂洗并置于温度为120℃的烘箱中干燥30min或更长时间。只要能保证在清洗过后试样表面是干净的，也可用其它溶剂或蒸馏水替代丙酮或己烷进行清洗。试样应保存在与磨损试验设备相同的环境中，直到进行测试。7.3试验前试样质量的测定磨损试验测试前用天平（6.2）立即进行每个试样的质量测定。7.4磨损试验的准备分别将球试样与圆盘试样牢固地夹持在各自的夹持器上，轻轻地将它们相互接触，然后施加设定的载荷。测试氛围稳定至少30min后，开始在设定的条件下旋转圆盘进行测试。7.5测试条件推荐的试验条件如下，但可依据测试过程的特定需求做出一些改变。所有测试条件均应在测试报告中列出。a)施加载荷：10N；b)滑动速度：0.1m/s；滑动圆圈的直径应大于0.030m，圆盘夹持器的旋转速度由公式（1）决定：vr——旋转速率，单位为每秒旋转数（s-1）；a)滑动距离：2000m；b)测试氛围：空气温度为室温；温度应控制在±2℃范围内，相对湿度控制在（50±10）%。7.6摩擦力的测定测试期间持续地测定摩擦力，并用数据记录仪或其它记录设备记录下来，应采用合适的系统将旋转期间的波动平均。测试前，在试样间并没有相互接触的情况下检查摩擦力测试设备的零值。7.7试验后质量的测定磨耗试验结束后，试样经与7.2同样的步骤进行清洗处理，用同样的天平对试样进行称重。在做该5GB/TXXXXX—XXXX/ISO20808:2016项处理前，仔细收集圆盘试样上的磨损碎片，以便进一步分析。7.8球试样上磨痕的测量试验结束后，球试样上应有一个粗糙的圆圈磨痕，如图1所示，用测微显微镜（6.5）测量其最小直径A，测量此直径垂直方向的直径B。7.9圆盘试样上磨耗轨迹的测量试验完成时，圆盘试样上会出现磨损轨迹，如图2所示。用触针表面光度仪或相似的仪器测量横截面上磨损轨迹的特征，依次选取轨迹上间隔90°的四个点（S1到S4在每个点处计算磨损轨迹的横截面积。7.10测试重复次数每个磨损试验至少在相同条件下重复测定3次。图1球试样上的磨痕图2圆盘试样上的磨痕8试验结果计算8.1具体球试样磨损率8.1.1根据磨损体积确定的具体磨损率6GB/TXXXXX—XXXX/ISO20808:2016由磨痕的最小直径、其垂直方向上的直径（数值通过7.8测定），由公式（2）计算得出球试样的磨损体积。………………当圆盘试样上有大的磨损沟槽而导致磨痕形状弯曲时（B＞1.5A）,不应使用这个公式，可通过表面光度仪（6.6）或其它类似仪器对磨痕进行准确地分析，得到磨损体积。）；图3原始球表面及磨耗实验后球表面的曲率图在这种情况下，应使用7.9中所述的横截面的磨损轮廓，Sn。从磨痕轮廓来看，由于磨损的发生，球的新直径D’，如图3所示，大于原始直径D，这可以通过曲线拟合得到。当测得横截面四个点的轮廓信息S1，S2，S3，S4及D’的平均值时，曲线即可获得。磨损试验后球试样的新直径为D’av，球试样的磨损体积由公式（3）计算：…………………A——垂直于滑动方向的磨痕直径，最小直径，单位为7GB/TXXXXX—XXXX/ISO20808:2016球试样具体的磨耗率可由公式（4）得到，借助由公式（2）或公式（3）得到的V球：………（4）Ws()——球试样的具体磨损率，单位为平方米每牛顿（m2/N）;Fp——施加载荷（法向力），单位为牛顿（N）;8.1.2由质量损失得到的具体磨损率具体磨损率可通过公式（5），计算磨损试验前后球试样的质量差得到：……Ws()——球试样的具体磨损率，单位为平方米每牛顿（m2/N）;m——试验前质量，单位为千克（kg）;m——试验后质量，单位为千克（kg）;相对于总体质量来说，如果球试样的质量损失较小，或者难以测量到[（m前-m后）/m前＜0.0001]，则不应通过质量损失来计算具体磨损率。8.2圆盘试样的具体磨损率8.2.1由磨损体积得到的具体磨损率由磨损痕迹的横截面积（按照步骤7.9测得的数据）计算得到的圆盘试样的磨损体积，计算公式见公式（6）：V圆盘=……………如若横截面积的最大值与最小值比值超过1.5，不应通过公式（6）进行计算。圆盘试样的具体磨损率可由公式（6）得到的V圆盘值，通过公式（7）计算得到：……Ws()——圆盘试样的具体磨损率，单位为牛顿（NFp——施加载荷，单位为牛顿（N8.2.2由质量损失计算得到的具体磨损率具体磨损率可通过公式（8），计算磨损试验前后圆盘试样的质量差得到：8GB/TXXXXX—XXXX/ISO20808:2016………………Ws()——圆盘试样的具体磨损率，单位为平方米每牛顿（m2/Nm——试验前质量，单位为千克（kg）；m——试验后质量，单位为千克（kg）；相对于总体质量来说，如果圆盘试样的质量损失较小，或者难以测量到[（m前-m后）/m前＜0.0001]，则不应通过质量损失来计算具体磨损率。8.3摩擦系数通过施加载荷、摩擦力的平均值、利用公式（9），计算摩擦系数：）；由于摩擦系数通常随滑动距离变化而变化，初始值、稳定值、最大值和最小值宜适时确定并记录于报告中。8.4数值的四舍五入处理具体磨损率和摩擦力应依据ISO80000-1的规定保留两位有效数字。9测试报告测试报告应与ISO/IEC17025的报告条款保持一致，至少应包含以下部分：a)对本文件的引用；b)对材料或测试材料的描述；c)磨耗测试仪器的说明（圆盘驱动方法、圆盘旋转方向、负载方法、摩擦力检测方法、气氛控制方法等）；d)测试环境（施加载荷，滑动速度，滑动圆圈直径，圆盘旋转速度，滑动距离等）；e)下列条目应在每个独立测试中予以报告：1）测试温度、湿度及其范围；2）球试样及圆盘试样的初始质量、尺寸及密度；3）球试样的磨损体积或质量损失，及由此计算得到的具体磨损率；4）圆盘试样的磨损体积或质量损失，及由此计算得到的具体磨损率；5）有条件时