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*統(tǒng)計，每年由于磨損而需要補充的配件達106t，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)jish8503規(guī)定了有關(guān)金屬鍍膜耐磨性試驗方法；jish8615敘述了鉻電鍍層的耐磨性試驗；又如美國材料試驗協(xié)會標(biāo)準(zhǔn)astmd968—93和astmd658—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jish8682中均規(guī)定用磨擦輪磨耗試驗機測定鋁和鋁合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(rèn)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
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1.1旋轉(zhuǎn)磨擦橡膠輪法(taber試驗)
標(biāo)準(zhǔn)iso7784．2--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(fù)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
astmd968—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/t178—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)*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21～23.5s，后者規(guī)定為16～18s。
1.3 噴砂沖擊試驗法
astmd658－81(86)規(guī)定用鼓風(fēng)磨蝕（噴砂）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0.07m3/min，以保證每分鐘平均噴出（44±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75～90μm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
iso8251－87和jish8682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)運動，每雙行程后磨擦輪轉(zhuǎn)動一小角度（0.9o），經(jīng)規(guī)定的若干次研磨后，以涂層厚度（μm）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。