摩擦磨损试验设备及方法

摩擦磨损是一种常见的机械现象，它指的是在相对运动的表面之间发生的物质的损失或转移。摩擦磨损会影响机械部件的性能、寿命和可靠性，因此，研究摩擦磨损的原因、机理和控制方法是一门重要的科学和技术，即摩擦学。

摩擦学这个词源于古希腊语中的trivein，是一门综合性的学科，涉及物理、化学、材料科学等多个领域。摩擦学这个术语是在1964年为了解决英国工业经济中的摩擦和润滑问题而提出的。摩擦学可以帮助节省1%到1.4%的国内生产总值，减少原材料、能源和燃料的消耗，理解不同材料在不同环境下的摩擦、润滑和磨损行为。

为了实现这些目标，摩擦学需要采用各种实验方法和仪器来测量和分析摩擦系数、磨损量等物理量。根据不同的实验条件和目的，可以将摩擦仪分为几种类型，例如：

1. 干摩擦或部分润滑滑动接触的摩擦仪：这类摩擦仪主要用于评估润滑剂的性能和模拟实际工作条件下的摩擦和磨损情况。常见的有四球试验机、法雷克斯试验机、提姆肯试验机、圆盘-针试验机和平板-针试验机。

（1）四球试验机：它由一个上球和三个下球组成，上球在恒定转速下与下球接触并受到恒定载荷。通过测量上球上的焊点直径或下球上的磨痕直径，可以评估润滑剂的耐磨性和极压性能。

关于四球磨擦磨损的相关标准

-ASTM D2783: EP Test for lubricating fluids (ASTM D2596 for grease)润滑液的 EP 测试（ASTM D2596 用于润滑脂）
-IP 239: EP and AW tests for lubricants润滑剂的EP和AW测试
-DIN 51350-02: Extreme pressure properties test for liquid lubricants液体润滑剂的极压性能测试

-ASTM D4172: WP tests for lubricating fluids (ASTM D2266 for greases)润滑液的 WP 测试（ASTM D2266 用于润滑脂）

-ASTM D5183: Coefficient of friction of lubricants润滑剂的摩擦系数

-DIN51350-03: Wear test for liquid lubricants液体润滑剂的磨损测试

（2）Falex 销钉和 V 形块测试仪

它由一个V形夹具和一个针头组成，针头在恒定转速下与V形夹具接触并受到恒定载荷。通过测量针头上的划伤长度或V形夹具上的划伤深度，可以评估润滑剂或材料的抗划伤能力。

相关标准

- ASTM Standards D 2670, D2626, D3233, D5620

应用领域

 流体和干润滑剂

 添加剂包和基础油

 干膜粘合涂料

 材料

 硬面涂层

 金属加工润滑剂

 制冷剂润滑剂

（3）提姆肯试验机：

它由一个圆环和一个平板组成，圆环在恒定转速下与平板接触并受到恒定载荷。通过测量圆环或平板上是否出现划伤或焊点，可以评估润滑膜的强度和防划伤能力。

（4）圆盘-针试验机：它由一个圆盘和一个针头组成，针头在恒定载荷下与圆盘接触并沿着圆盘表面滑动。通过测量针头或圆盘上的磨损量和摩擦力，可以评估不同材料之间的摩擦系数和磨损特性。

（5）平板-针试验机：它由一个平板和一个针头组成，针头在恒定载荷下与平板接触并沿着平板表面往复滑动。通过测量针头或平板上的磨损量和摩擦力，可以分析表面温度、滑动速度等因素对摩擦和磨损的影响。

• 非常规条件下的摩擦仪：这类摩擦仪主要用于模拟高温、低温、真空或腐蚀液体等特殊环境下的摩擦和磨损情况。常见的有高温摩擦仪、低温摩擦仪、真空摩擦仪和腐蚀液体中的摩擦仪。

• 高温摩擦仪：它由一个加热装置和一个摩擦装置组成，加热装置可以是电阻丝、电子束或其他方式，摩擦装置可以是圆盘-针或其他形式。通过在超过1200°C的温度下测试陶瓷等材料的摩擦和磨损特性，可以探索高温下的润滑机理和材料设计。

• 低温摩擦仪：它由一个冷却装置和一个摩擦装置组成，冷却装置可以是液氮或液氦等低温介质，摩擦装置可以是圆盘-针或其他形式。通过在液氮或液氦等低温介质中测试润滑剂等材料的摩擦特性，可以探索低温下的液体相变和固体相变对摩擦的影响。

• 真空摩擦仪：它由一个真空泵、一个加热装置和一个摩擦装置组成，真空泵可以将实验室内的气压降低到一定程度，加热装置可以是电阻丝或其他方式，摩擦装置可以是圆盘-针或其他形式。通过在真空环境中测试空间飞行器等机械部件的摩擦和磨损特性，可以探索真空下的气体放电、表面吸附和表面扩散对摩擦的影响。

• 腐蚀液体中的摩擦仪：它由一个容器、一个循环泵和一个摩擦装置组成，容器中装有污染物等腐蚀介质，循环泵可以将腐蚀介质输送到摩擦装置中，摩擦装置可以是圆盘-针或其他形式。通过在污染物等腐蚀介质中测试密封件等材料的磨损特性，可以探索腐蚀介质对材料表面化学反应和物理变化的影响。

• 其他特殊类型的摩擦仪：这类摩擦仪主要用于模拟

• 模拟和控制微动接触和运动的摩擦仪：这类摩擦仪主要用于研究微动接触下的摩擦、磨损和粘滞现象，以及运动控制和驱动技术。常见的有微动摩擦仪、微力摩擦仪和微纳米驱动器。

• 微动摩擦仪：它由一个微动台、一个载荷系统和一个测量系统组成，微动台可以实现微米或纳米级别的位移，载荷系统可以施加微牛或纳牛级别的力，测量系统可以检测微米或纳米级别的位移和力。通过在微动接触下测试不同材料的摩擦系数、磨损量和粘滞力，可以研究微观尺度下的摩擦机理和表面效应。

• 微力摩擦仪：它由一个微力传感器、一个驱动器和一个测量系统组成，微力传感器可以测量微牛或纳牛级别的力，驱动器可以实现毫米或微米级别的位移，测量系统可以检测毫米或微米级别的位移和力。通过在不同载荷下测试不同材料的摩擦系数、磨损量和粘滞力，可以研究不同载荷下的摩擦特性和磨损机理。

• 微纳米驱动器：它由一个电极、一个压电陶瓷片和一个滑块组成，电极可以给压电陶瓷片施加电压，压电陶瓷片可以产生形变，滑块可以沿着压电陶瓷片表面滑动。通过在不同电压下测试不同材料的滑块的位移、速度和加速度，可以研究不同材料的运动控制和驱动技术。

• 用于极高滑动速度的摩擦仪：这类摩擦仪主要用于模拟极高速度下的摩擦、磨损和温升情况。常见的有飞轮式摩擦仪、气体轴承式摩擦仪和超音速风洞式摩擦仪。

• 飞轮式摩擦仪：它由一个飞轮、一个刹车盘和一个测量系统组成，飞轮可以在恒定转速下旋转，刹车盘可以与飞轮接触并受到恒定载荷，测量系统可以检测飞轮或刹车盘上的温度、压力和振动。通过在超过100 m/s的不平衡力下测试不同材料的飞轮或刹车盘的温升、磨损和振动特性，可以研究高速旋转下的摩擦机理和故障诊断。

• 气体轴承式摩擦仪：它由一个气体轴承、一个转子和一个测量系统组成，气体轴承可以利用气体压力支撑转子并减少接触，转子可以在恒定转速下旋转，测量系统可以检测气体轴承或转子上的温度、压力和振动。通过在超过100 m/s的不平衡力下测试不同材料的气体轴承或转子的温升、磨损和振动特性，可以研究气体轴承下的摩擦特性和稳定性。

• 超音速风洞式摩擦仪：它由一个超音速风洞、一个试样和一个测量系统组成，超音速风洞可以产生超过1000 m/s的气流，试样可以置于气流中并受到恒定载荷，测量系统可以检测试样上的温度、压力和振动。通过在超过1000 m/s的气流下测试不同材料的试样的温升、磨损和振动特性，可以研究超音速飞行下的摩擦机理和空气动力学效应。