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影响摩擦磨损试验滑动摩擦系数的因素-设备

日期:2016/4/26   浏览:2013 次

材料按其摩擦特性分为低摩擦系数材料和高摩擦系数材料。低摩擦系数材料又称减摩材料或润滑材料,其作用是减少机械运动中的动力损耗,降低机械部件磨损,延长使用寿命。高摩擦系数材料又称摩阻材料(称为摩擦材料)。

研究摩擦磨损试验滑动摩擦系数的影响因素和变化规律,是控制摩擦过程和降低摩擦损耗的一条有效途径。

理论上,理想状态下摩擦系数一个常数,只与表面粗糙度有关系。而事实上,在摩擦磨损试验中,摩擦系数是摩擦副系统的综合特性,而不是材料本身的固有特性,也不是用公式计算就可以得到的。

试验结果中在给出一种材料的摩擦系数时,必须同时给出得出该数值的具体相关试验条件和所用的测试设备。

摩擦系数受摩擦过程各种因素的影响,在这里先从设备方面说起:

1.试验载荷

载荷的大小直接影响材料的接触状态,在不同的接触状态下,材料所表现出来的摩擦特性也就不一样。一般情况下,摩擦系数将随载荷的增加而增大,当载荷足够大时越过一极大值,随着载荷的继续增大而摩擦系数趋于稳定或减小。具体变化规律视材料自身的特性决定。

载荷的准确性及控制精度更是会影响着摩擦系数的稳定性,如果载荷的准确性及控制精度达不到要求,将直接影响所测材料摩擦系数的稳定性,也就额外增加了影响摩擦系数的因素。甚至所测摩擦系数无效。

2.滑动速度

滑动速度对摩擦系数的影响,主要是它引起温度的变化所至。滑动速度引起的生热和温度的变化,改变了摩擦表面的性质和接触状态,因而摩擦系数必将随之变化,尤其是对温度相对较敏感的材料。在一般情况下,摩擦系数随滑动速度增加而升高,越过一极大值后,又随滑动速度的增加而减少。具体变化规律视材料自身的特性决定。

3.试验温度

在摩擦过程中,温度的变化使材料表面材料的性质发生改变,从而影响摩擦系数。比如有些材料在高温状态下会形成一层起保护作用的氧化膜,所测摩擦系数的大小及稳定性都要比常温状态下的状态要好。如下图(注:本曲线图只针对本次来样本次试验有效,不代表所有材料的变化规律,具体情况视具体材料而定):

图1                               图2

同种材料,其它条件一致,图1为常温条件进行摩擦摩擦磨损试验,从曲线图可明显看出整个过程摩擦系数及其不稳定,温度也是从常温开始,随时间的增长温度先上升达到某一温度指趋于稳定。图2为700℃条件下进行摩擦磨损试验,从曲线图可明显看出,整个过程温度一直在稳定状态,而摩擦系数较图1也相对稳定。

4.摩擦力

摩擦力系统,即摩擦力测量系统。摩擦力测量系统亦直接与摩擦系数的准确性与稳定性相关联。摩擦力测量系统出现故障,直接导致试验结果摩擦系数无效。

5.摩擦副系统

同种材料,其它条件一致,选用不同的摩擦副,试验结果(包含摩擦系数、磨损量)是没有可比性的。比如同种材料,都在MMW-1A  立式万能摩擦磨损试验机上进行摩擦磨损试验,即使其它条件一致,试验结果也会有天壤之别,即使数值大小差不多,也是没有可比性的。因为选用不同的摩擦副,直接改变了材料摩擦的接触方式,也就直接改变了接触位置的相对压强,间接的改变了试验载荷接触应力的大小,改变了接触状态,改变了摩擦系数的研究状态。

6.运动方式

图3

图3为济南益华生产其中一款精巧实用型旋转类摩擦磨损试验机-高温摩擦磨损试验机,主要用于高温条件下及不同环境气氛中评定各种金属、涂层、工程塑料、陶瓷以及粉末冶金等新型材料的摩擦磨损性能。可在改变负荷、速度、时间、摩擦配偶材料、表面粗糙度、硬度、试验环境温度等各种参数情况下以滑动摩擦的形式进行栓-盘或球-盘等试验。

图4

图4为济南益华生产另一款精巧实用型往复类摩擦磨损试验机-机械往复摩擦磨损试验机,主要用于材料及表面涂层的摩擦磨损性能测试。可模拟点、线、面的接触形式进行往复运动,实现不同试验力、不同试验频率和不同试验温度条件下摩擦力、摩擦系数等摩擦性能参数的测试,可在润滑条件下进行测试。

摩擦磨损试验机有旋转类试验机、往复类试验机(如上图)。此两款试验机的摩擦副及试验条件都可在一定范围内选取相同的试验参数,不同的是运动方式,一款为旋转运动,一款为往复运动。两类设备摩擦力测量系统影响因素都不同,毫无疑问试验结果也是存在一定误差的。

在这里还需要注意的是,会有部分客户在做委托性试验时,直接给出受托方在别处做过的试验结果作比照。要知道的是,设备与设备之间的误差,对磨试样处理及材料之间的误差,现场其它客观条件的误差(比如人员操作、辅助仪器等)等,各种误差综合起来,摩擦系数或者磨损量等试验结果必然会存在一定的误差。这也是摩擦磨损试验中的一大误区。


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