一种评估材料磨耗行为的方法及装置与流程

本发明涉及材料摩擦磨损技术领域，尤其涉及一种评估材料磨耗行为的方法及装置。

背景技术：

现代装备中的运动部件存在滚动、滑动等运动状态，在实际工况中，有些运动部件往往不是单一的纯滚动或者纯滑动，而是既有滑动又有滚动的复杂的运动状态。例如，轴承和轴类零部件在实际应用中就存在滚动和滑动相结合的运动形式。汽车轮胎在实际使用情况中由于使用场合和条件的不同，既有纯滑动和纯滚动，也有一定滚滑比条件下的滚动和滑动相结合的运动。例如，汽车在匀速行驶过程中轮胎是纯滚动，在急刹车情况下是纯滑动，在加速或减速情况下是存在一定滚滑比的运行状态。

现有的摩擦磨损试验机绝大多数只能评估纯滑动或纯滚动条件下的摩擦学行为，很难真实评估上述运动部件在实际工作状态下的磨耗行为和磨损机制。

技术实现要素：

本发明提供了一种评估材料磨耗行为的方法，该方法可实现在纯滑动、纯滚动和不同滚滑比条件下材料的磨耗行为评估。

本发明所提供的评估材料磨耗行为的方法如下：

设置两个可独立转动的转动轮，一个为试样轮，另一个为对磨轮，将待评估材料附着在试样轮表面，将对磨材料附着在对磨轮表面；试样轮或/和对磨轮转动时，待评估材料与对磨材料进行摩擦，形成摩擦副，并且在摩擦过程中产生磨屑；通过对磨屑和摩擦副的磨痕进行分析而评估待评估材料的磨耗行为。

所述的待评估材料不限，可以是涂层材料、薄膜材料、密封材料、轮胎用橡胶材料等。

所述的对磨材料可模拟待评估材料的实际工况环境，例如可以是钢材、陶瓷或者模拟马路路面的材料等。

所述的待评估材料可通过涂覆、粘接等方式附着在试样轮表面。

所述的对磨材料可通过涂覆、粘接等方式附着在对磨轮表面。

作为优选，在摩擦副间施加载荷。作为一种实现方式，所述的试样轮设置负荷托架，用于载荷，从而在摩擦副间施加载荷；或者/和，所述的对磨轮设置负荷托架，用于载荷，从而在摩擦副间施加载荷。

作为优选，所述的摩擦副下方设置用于盛接磨屑的收集装置。

所述的试样轮直径与对磨轮直径可以相同也可以不同。

作为优选，所述的试样轮转轴与对磨轮转轴之间的夹角范围为0-25°，更优选地，所述的试样轮转轴与对磨轮转轴之间的夹角范围在0-25°可调。进一步优选，所述的试样轮转轴与对磨轮转轴平行。

通过调整试样轮与对磨轮的运动状态而实现不同的摩擦条件：

当试样轮转动，对磨轮固定不动，或者，对磨轮转动，试样轮固定不动时，则实现纯滑动条件；

当对磨轮固定不动，试样轮转动时带动对磨轮转动，或者，当试样轮固定不动，对磨轮转动时带动试样轮转动，则实现纯滚动条件；

当试验轮和对磨轮分别以不同的转速转动，则实现即有滚动又有滑动的条件，即，实现不同滚滑比条件。

本发明还提供了一种评估材料磨耗行为的装置，如图1所示，包括基座，支撑在基座上的两个可独立转动的转动轮，一个为试样轮，另一个为对磨轮；待评估材料附着在试样轮表面，对磨材料附着在对磨轮表面；试样轮或/和对磨轮转动时，待评估材料与对磨材料进行摩擦，形成摩擦副，并且在摩擦过程中产生磨屑。

作为优选，所述的试样轮设置用于载荷的托架，从而在摩擦副间施加载荷。

作为优选，所述的对磨轮设置用于载荷的托架，从而在摩擦副间施加载荷。

作为优选，所述的摩擦副下方设置用于盛接磨屑的收集装置。

所述的试样轮直径与对磨轮直径可以相同也可以不同。

作为优选，所述的试样轮转轴与对磨轮转轴之间的夹角范围为0-25°，更优选地，所述的试样轮转轴与对磨轮转轴之间的夹角范围在0-25°可调。进一步优选，所述的试样轮转轴与对磨轮转轴平行。

综上所述，本发明将待评估材料与对磨材料设置在两个独立转动的转动轮表面形成摩擦副，通过调整控制两个转动轮的转动速度，可实现在纯滑动、纯滚动和不同滚滑比条件下对材料的摩擦学行为评估。并且，通过对转动轮施加负荷，可实现摩擦副间不同载荷的施加。因此，该方法可模拟材料在实际工作状态下的磨耗行为和磨损机制，适用于对橡胶材料，涂层和薄膜等材料的摩擦学行为评估。

附图说明

图1是本发明实施例1中评估材料磨耗行为的装置结构示意图；

图2a是本发明实施例1中丁苯橡胶在纯滚动条件下的磨痕形貌；

图2b是本发明实施例1中丁苯橡胶在滚动和滑动并存条件下的磨痕形貌；

图3a是本发明实施例1中丁苯橡胶在纯滚动条件下的磨屑形貌；

图3b是本发明实施例1中丁苯橡胶在滚动和滑动并存条件下的磨屑形貌；

图4是本发明实施例1-4中丁苯橡胶在纯滚动和滚动与滑动并存条件下的磨耗。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步详细描述，需要指出的是，以下所述实施例旨在便于对本发明的理解，而对其不起任何限定作用。

图1中的附图标记为：基座-1，对磨轮-2，试样轮-3，集屑槽-4，托架-5，砝码-6，第一电机7，第二电机8。

实施例1:

本实施例中，待评估材料为轮胎用丁苯橡胶，其炭黑型号为N220，对磨材料为砂轮，评估该轮胎用丁苯橡胶磨耗行为的方法如下：

如图1所示，在基座1上设置两个可独立转动的转动轮，一个为第一电机7驱动转动的试样轮3，另一个为第二电机8驱动转动的对磨轮2，将轮胎用丁苯橡胶剪裁成长条状，粘附在试样轮表面。粘接时该丁苯橡胶试样不应受到张力，接头粘接时应光滑过渡，粘接后的试样轮至少调节16小时。对磨轮为商用的砂轮。试样轮设置用于载荷的托架5，在托架上放置砝码6载荷，从而在试样材料表面施加载荷27N。

通过调整试样轮与对磨轮的运动状态而实现不同的摩擦条件：

(1)调整砂轮转速为0r/min，试样轮的转速为70r/min，试样轮带动砂轮转动，为纯滚动方式。此时，待评估材料与对磨材料进行摩擦，形成摩擦副，并且在摩擦过程中产生磨屑，通过设置在摩擦副下方的集屑槽4收集。

(2)调整砂轮的速度为50r/min，试样轮的转速为70r/min，两个转动轮的转速不同，滚动与滑动并存。此时，待评估材料与对磨材料进行摩擦，形成摩擦副，并且在摩擦过程中产生磨屑，通过设置在摩擦副下方的集屑槽4收集。

对上述(1)与(2)中的磨屑和丁苯橡胶表面的磨痕进行分析。图2a与图2b分别为丁苯橡胶在纯滚动和滚动与滑动并存时的磨痕形貌，从图2a与图2b可以看出，纯滚动时磨痕表面形成磨粒，而滚动与滑动并存时表面则形成橡胶表面分层剥落所产生的梯田状磨耗图纹。图3a与图3b分别为丁苯橡胶在纯滚动和滚动与滑动并存时的磨屑形貌，从图3a与图3b可以看出，纯滚动和滚动与滑动并存时的磨屑均为颗粒状，后者的磨屑尺寸明显增大。

实施例2:

将实施例1中的待评估材料轮胎用丁苯橡胶的炭黑型号替换为N330，其他条件以及评估方法与实施例1完全相同。

实施例3:

将实施例1中的待评估材料轮胎用丁苯橡胶的炭黑型号替换为N550，其他条件以及评估方法与实施例1完全相同。

实施例4:

将实施例1中的待评估材料轮胎用丁苯橡胶的炭黑型号替换为N660，其他条件以及评估方法与实施例1完全相同。

图4为丁苯橡胶在纯滚动和滚动与滑动并存时的磨耗结果，从图4中可以看出对不同成份的丁苯橡胶，滚动与滑动并存条件下的磨耗均远大于纯滚动条件下橡胶的磨耗。

以上所述的实施例对本发明的技术方案进行了详细说明，应理解的是以上所述仅为本发明的具体实施例，并不用于限制本发明，凡在本发明的原则范围内所做的任何修改、补充或类似方式替代等，均应包含在本发明的保护范围之内。