专利名称：用于检测表面耐划痕性的装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于检测表面耐划痕性的装置。借助一种掺有固体颗粒、且在待检测的表面上流动的气流进行耐划痕性检测。该装置特别是用于接近实际地模拟在行驶时由于在行车风中的尘埃颗粒、飞砂等划伤汽车的过程。
现有技术已公开各种的、部分地是标准化的用于检测表面耐划痕性的方法。所有这些方法的一个共同点是试样体的表面通过高硬度的固体在多个接触点-例如通过分散的或者受制约的颗粒、或者仅在一个接触点-例如一个金刚石尖端通过相对一种接触运动进行划伤。在所有已描述的方法中通常在表面划伤后对表面的光学特性和/或表面形貌特性进行分析。这例如通过测量光学的混浊度、光泽、或者用光学显微镜、扫描电子显微镜、或者原子能显微镜进行研究来实现。
滴砂方法(DIN 52 348)就属于用于检测耐划痕的标准方法。在这种滴砂方法中试件的表面是用完全规定的砂通过一根落管从1650毫米的高度落下来划伤的。其中规定砂量为3公斤。根据落差(空气磨擦忽略不计)砂子的冲击速度最高为5.69米/秒。特别是在考虑到模拟在行车风中由飞砂、尘埃颗粒等磨损汽车部件表面时，滴砂方法的这种冲击速度显然是太低了。在行车风中颗粒的冲击速度一般在大约30公里/小时和200公里/小时，即8.33米/秒和55.56米/秒之间。
另一标准方法是摩擦盘方法、也叫作塔波(Taber)摩损检测(DIN52 347)。在塔波摩损检测法中位于摩损检测仪的转盘上的试件的表面通过两个以相反方向旋转的摩擦盘承受滑动摩擦。Teledyne塔波公司(美国)的CS 10F型摩擦轮是由一种规定的细粒、且埋入橡胶中的磨料构成。为了在行车风中模拟飞砂、尘埃颗粒等对汽车部件表面的磨损载荷，塔波摩擦检测法有如下缺点，即摩损介质施加到试件上的压紧力，有选择地为2.7牛顿或者5.4牛顿，和用于汽车的重要区域相比又太大了。根据模型估算在行驶风中颗粒的压紧力约为0.5牛顿。此外，这种压紧力仅在不到1μs的时间段内出现。
在E.W.J.Mardles，J.Oil Colour Chem.Assocn(1928)，11，第230-259页，和在P.H.Shipway和I.M.Hutchings，“表面和涂层技术(Suface and Coatings Technology)”(1995)，71(1)，第1-8页描述了一些方法，其中研磨颗粒是通过气流喷射到试件表面上的。虽然在这些方法中在研磨介质和试件表面之间出现了直到77米/秒的比较高的相对速度。然而这些方法的缺点是入流角不能变化。在标准ASTM G76-95和NORM M 8126所描述的方法中具有高速的颗粒流也被偏转到表面上。然而这些方法有一个共同点，即将气体颗粒流引导到试件表面的喷管等的输出端和暴露地支承在空间中的试件之间间隔距离。这就是说，气体颗粒流自由地在喷管输出端和试件表面之间流动，这会导致在试件表面区域形成涡流和紊流。因而就不能形成完全规定的气流，并且因此不能重复试件表面的划伤载荷。
本发明的任务是提供一种不具有上述缺点的用于检测表面耐划痕性的装置。
根据本发明这个任务是通过权利要求1的特征完成的。
本发明的主题是借助一种掺有固体颗粒的气流来检测试件表面的耐划痕性的一种装置，该装置至少具有一个将气流转向到一个具有待检测表面的试件支架上的管子，且该管子是可更换的，其中，为了产生气流在管子的输入端设置一个鼓风机，或者在管子的输出端设置一个吸气机，以及在管子输入端或者沿管子的下游设置一个计量装置，用于计量气流中的固体颗粒，其中，在管子的出口区域中管子是弯折的，并且该弯折的管子部分在拐角处具有一个开口，在该开口处试件支架与管子可拆卸地连接，或者代替开口地在管子弯折部分的内部中在拐角处设置一个试件支架，其中所述具有试件支架的开口或者在管子内部设置的试件支架是如此定位的，即气流对准试件支架。
该试件支架用于将检测表面安装在管子的侧面开口上。该开口位于管子的弯折部分中的拐角上、也就是沿气流方向在拐角的后面。其中侧面开口是如此定位的，即气流对准具有待检测表面的试件支架。替代地也可在管子的内部中设置一个试件支架，该支架也是如此地定位的，使得掺有颗粒的气流对准试件支架。在这个替代方案中所述拐角处没有设置开口。
试件支架例如可以是将待检测的表面设置其上的、或者借助于它将试件表面压紧到管子开口上的一个平板或者一个方体。相应地试件支架可拆开地与管子连接。它例如可借助一个螺栓连接或者接线柱连接，或者通过弹簧借助于压力或者拉力固定。试件支架可以按照这种方式可重复地安装在开口上。若使用一个吸气机产生气流，则在必要时抽气压力可以足够地大，以便将试件压紧到所述开口上，这样就无需附加的固定装置了。
对掺有固体颗粒的气流进行导向的管子是可更换的，也就是说，该管子和装置的其它部件-特别是计量装置、试件支架、用于产生气流的吸气机等是可拆开连接的。这种做法的优点是，通过简单的手工操作就可将管子换成具有另一种拐角的管子。这样，以其来检测试件表面的入流角度是可变化的。管子的拐角，也就是入流角度优选地为5至90°。
管子可以具有任意的横截面。然而优选地它具有方形的横截面。管子的直径在管子的整个长度是恒定的。为了得到相同形状的流体剖面，这对于尽可能均匀地划伤表面、并且对于高的可重复性是必要的，管子的直径和长度之比是决定性的，其中，在计量装置和开口、确切地说是和具有检测表面的试件支架之间的距离是管子的标准长度。因此，管子的直径和在计量装置与开口之间的管子的长度的比例为1∶5至1∶100，特别优选地为1∶20至1∶30。在使用方形横截面的情况下管子的直径可以理解为管子的边长。特别是通过使用一种方形横截面，在拐角区域内、也就是在试件表面区域内可以避免横截面的变化，并且因此避免局部速度的变化。
根据本发明的装置的一个特别的优点在于，试件支架如此地设置在管子拐角区域内的侧面开口上，使得该试件支架完全盖住该开口。因此，除了在管子的入口端和出口端的开口以及必要时为了将固体颗粒配给气流的附加开口外，管子都是封闭的。待检测的试件表面面朝管子内部，因此不受环境的影响。若管子不和试件连接，而是以一定距离对准试件，则气流在管子的出口端和试件之间自由地流动。在从管子排出时，气流的流动剖面会发生畸变。这会在试件表面的区域内出现涡流，并且因此出现对于试件表面的不均匀划伤。
通过借助于一个压缩机、鼓风机等的过压，或者通过借助一个抽真空泵、抽气机等的低压产生气流、例如一个空气流。可以有规律地或者无规律地给气流添加固体颗粒，然而最好在某一个确定地时间段中有规律分布。例如这可以通过一个重力仪控制的计量装置进行。例如也可替代地使用一个按计量沙漏原理工作的漏斗用作计量装置。为了调节流动速度，在管子上安装一个调节阀。掺有固体颗粒的气流的流动速度优选地可在1至100米/秒的范围内，特别优选地可在5至50米/秒的范围内，并且是可调节的。若合适地选择用于产生气流的抽气机或者鼓风机，也可得到更高的流动速度。
该装置特别适用于检测例如由玻璃、金属、陶瓷或者塑料制成的、例如涂漆的表面。上述材料也可用作设置有由玻璃、金属、陶瓷或者塑料制成的、例如涂漆的待检测的涂层的基底。
例如由砂子、金属或者金属氧化物组成的固体颗粒可用作所述颗粒。颗粒尺寸最好为10至2000μm。固体颗粒的密度优选地为500至22000公斤/米3，特别优选地为1000至10000斤/米3。
通常给气流配给的颗粒量为1至10克。然而根据颗粒的类型和待检测的表面的类型也可使用任意更小或者更大的量。具有固体颗粒的气流的载荷优选地为0.1至500克/米3。
下面参考附
图1对本发明进行更详细的说明。
附图1为根据本发明的装置的一个优选实施形式的简图。
一个借助于一个抽气机3产生的气流流过内边长为36毫米的方形管子1。在垂直设置的管子1的上端部通过一个漏斗7输入明确规定量的砂子等。漏斗7的高度为50毫米，当开口角度为40°时排出口为2毫米。该漏斗通过垫片定位在管子1的输入口的上方，这样，空气就可侧面地流进管子开口中。通过改变垫片的高度可以改变空气侧面地进入的间隙的宽度，从而可以改变速度。这样，在必要时颗粒掺入气流可如此地最佳化，即通过在管子的入口区域中气流的紊流而获得尽可能均匀的分布。
在附图1所示的实施形式中垂直设置的管子1在下端部处具有一个45°的拐角，在该拐角处有一个开口6。其尺寸为57×34毫米的开口6特别是位于所述拐角的下方，即按气流方向在拐角的后边在方形管子1的外侧。在开口6处在管子处设置一个试件支架2。这样，具有试件支架2的开口6就如此地定位在拐角处，使得气流对准试件。试件支架2特别是可拆开地和管子1连接。在所示的实施形式中试件支架2是一个平板，它借助螺旋弹簧压紧在管子的开口上。在试件支架2上的待检测的表面在这个布局中面向管子1的内部，并因此在开口6处形成了管子的一个内表面。因此，掺有颗粒的气流以规定的45°角度流向试件表面。管子1和排气软管8等为可拆开的连接。特别是管子1借助螺栓一或者法兰连接与排气软管8连接。这使得可以简单方式用一个具有另一种拐角的管子来更换管子1成为可能。垂直设置的管子部分的长度，也就是在计量装置7和开口6、确切地说是试件支架2之间的管子的长度为1米。
借助一个在所示的实施形式中安装在排气软管8上的调节阀门5调节气流量以及流速。在抽气机3中通过一个旋分器以及通过过滤器将掺入到气流中的颗粒分离。通过一个热气流传感器4获取已净化的排气的流速。
实例借助附图1中所示的装置对具有由Bayer公司的Makrolon型的聚碳酸酯制成的表面的试件的耐划痕性进行了检测。该试件没有附加的耐划涂层。试件的尺寸为40×60毫米，厚度为2毫米。管子的开口为34×57毫米，这和检测表面的面积相当。用颗粒尺寸分布为125至250μm的石英砂用作固体颗粒。借助一个以高度为50毫米、排气开口为2毫米的漏斗在开口角度为40°时向气流掺入其密度为1500公斤/米3的3.5克的石英砂。石英砂通过漏斗落入到管子的时间最长为15秒，这也与所选择的气流流速有关。这与检测表面的磨损载荷的持续时间相对应。
在具有计量装置的管子入口开口和试件表面之间的管子的长度为1米。管子内棱边长度为36毫米。气流角度为45°。借助一台抽气机产生气流。
用10，20，30和40米/秒的气流速度对三个试件表面分别进行检测，以检测试验的可重复性。对气流掺加颗粒，当气流速度为10米/秒时为18克/米3，速度为20米/秒时为9克/米3，速度为30米/秒时为6克/米3，速度为40米/秒时为4.5克/米3。
在表面划伤后借助Hunter Lab公司D25D2P型的一个混浊度测量仪根据ASTM D1003-95标准对光学混浊度进行了测量。其中，用一种平行化的光束对一个混浊透明的试件进行透射，并且和光线的总强度对比地求出通过试件扩散地散射光线的比例。在这些测量中用直径为25毫米的光束对试件表面的圆形断面进行研究。
测量结果总结在表1中。按百分比表示的光学混浊度相当于通过试件扩散散射的光线和光线的总强度相比所占的比例。可以明显地看出光学混浊度与气流速度的关系，其中，测量值有很好的可重复性。相对的标准偏差小于2.3％。
表1光学混浊度与气流速度的关系。
为了测定划痕的均匀度，在试件上对光学混浊度进行了附加的测量。该试件是用40米/秒的气流速度、气流角度为45°划伤的，其中，借助一个光阑将光束的直径减小到10毫米。这使得可以透射试件表面的更小的断面，其中，受测量技术限定地出现了更小的混浊度值。
在34×57毫米的试件表面上在一个3×4的矩阵形式的12个测量点中对光学混浊度进行了测量。测量值总结在表2中。这些测量表示在被检测的表面上的划痕具有很高的均匀度。相对的标准偏差为1.83％。
表2试件表面上不同测量点的光学混浊度。
权利要求
1.用于借助掺有固体颗粒的气流来检测一个试件表面的耐划痕性的装置，该装置至少包含一个用于将气流偏转到一个具有待检测面的试件支架(2)上的管子(1)，并且该管子是可更换的，其中为了产生气流，在管子的进口端设置一个鼓风机，或者在管子的出口端设置一个抽气机(3)，以及在管子的入口端或者沿管子(1)的下游设置一个计量装置(7)，用于计量进入到气流中的固体颗粒，其特征在于，在管子的出口区域中管子(1)是折弯的，并且管子折弯部分在拐角处具有一个开口(6)，在该开口处试件支架(2)和管子(1)可拆开地连接，或者代替开口(6)地在拐角处在折弯管子的内部中设置一个试件支架，其中，具有试件支架(2)的开口(6)或者试件支架在管子内是如此定位的，使得气流对该准试件支架。
2.按照权利要求1所述的装置，其特征在于，在开口(6)的区域中管子(1)的拐角为5至90°。
3.按照权利要求1或2中任一项所述的装置，其特征在于，管子(1)的直径和在计量装置(7)与开口(6)之间的管子(1)的长度之比为从1∶5到1∶100，优选地为1∶20至1∶30。
4.按照权利要求1至3中任一项所述的装置，其特征在于，管子(1)具有一个方形的截面。
5.按照权利要求1至4中任一项所述的装置，其特征在于，管子(1)具有一个用于调节气流速度的调节阀门(5)。
6.按照权利要求1至5中任一项所述的装置，其特征在于，掺有固体颗粒的气流的流速在从1至100米/秒的范围内、优选地在从5至50米/秒的范围内是可调的。
7.按照权利要求1至6中任一项所述的装置，其特征在于，所述颗粒大小为从10至2000μm。
8.按照权利要求1至7中任一项所述的装置，其特征在于，固体颗粒的密度为从500至22000公斤/米3，优选地为1000至10000公斤/米3。
9.按照权利要求1至8中任一项所述的装置，其特征在于，具有固体颗粒的气流的载荷为从0.1至500克/米3。
全文摘要
本发明涉及一种用于借助掺有固体颗粒的气流来检测一个试件表面的耐划痕性的装置，该装置至少包含一个用于将气流偏转到一个具有待检测面的试件支架(2)上的管子(1)，并且该管子是可更换的，其中为了产生气流，在管子的进口端设置一个鼓风机，或者在管子的出口端设置一个抽气机(3)，以及在管子的入口端或者沿管子(1)的下游设置一个计量装置(7)，用于计量进入到气流中的固体颗粒。在管子的出口区域中管子(1)是折弯的，并且管子折弯部分在拐角处具有一个开口(6)，在该开口处试件支架(2)和管子(1)可拆开地连接，或者代替开口(6)地在拐角处在折弯管子的内部中设置一个试件支架，其中，具有试件支架(2)的开口(6)或者试件支架在管子内是如此定位的，使得气流对准该试件支架。
文档编号G01N15/10GK1708679SQ200380102058
公开日2005年12月14日 申请日期2003年10月13日 优先权日2002年10月25日
发明者A·比尔格尔, G·兰普, R·马莱卡, L·姆勒茨科 申请人:拜尔材料科学股份公司