1 引言

　　鋁合金硬陽極化膜, 以膜的硬度和耐磨性作為其主要 特性。 和普通陽極化膜相比, 硬陽極 化膜通常是更厚、 更致密。它們主要應用于工程上一些需要非常耐磨表面的零件, 如象活塞, 汽缸和液壓裝置等 , 所以膜層的耐磨性能是硬陽極化膜的首要檢驗項目。盡管有各種各樣的耐磨試驗方法, 但到目前為止, 最為流行和被國際社會普遍接受的是下述三種方法, 即輪式磨損試驗法, 噴磨試驗法和和 T aber 耐磨試驗法。前兩者已經分別列為國際標準和我國國家標準, Taber 耐磨試驗雖然尚未列為國際標準, 但在美國仍占統治地位 ,并且在宇航工業中被普遍采用。

2 輪式磨損試驗法

　　Erichsen 耐磨試驗機[ 1] 的原理是采用碳化硅的砂紙帶作為磨蝕介質。該方法設計成讓砂紙每一部分只用一次。它是將這種砂紙帶固定在磨輪的周邊上, 然后讓磨輪上的砂紙帶在一定的載荷下與被試表面接觸, 讓試樣與磨輪作相對往返運動, 但每一次往返行程之后, 磨輪就向前轉動一角度, 讓砂紙的新的部位發揮作用。 這樣就保證了試片總是與新的砂紙面相接觸。 每往返 400次, 磨輪正好轉一周 ( 每次轉0. 9度) , 恰好一條砂紙帶用完, 繼續試驗就要更換一條新的砂紙帶 。耐磨性的測定, 是在用固定數目的輪子往返運動之后, 測定膜層的重量損失或厚度損失。

　　日本人研制的一種平面耐磨試驗機與 Erichsen儀器的不同在于, 磨輪是在試樣的下面, 試樣在選位時保持在輪子上面。這就允許試樣精確選位, 以便能在該試樣的同一部位進行多次測定。 而且, 來自試樣上的任何氧化物渣, 也隨著磨蝕的進行而從試樣上掉落。

　　據報導] , 上述兩種型式的儀器我國都有引進, 而且沈陽儀表工藝研究所已于1985 年研制成功了 PWJ -1型平面磨耗試驗機[9,10] , 19 88年還進行了改型。

　　國際標準化組織 ISO [10] 曾分別采用T aber 法、 噴磨法和平磨法對陽極化膜的耐磨性進行測定, 然后比較這三種試驗結果的再現性。結果發現, 平磨法的再現性明顯地優于其它兩種方法。

3 噴磨試驗法

　　噴磨法是在落砂法的基礎上變化而來, 最早由英國人提出, 并首先在1949 年英國標準 BS 161 5第一版中被采用, 后來又在1955 , 19 61和197 2年幾次修訂。由于不同批次的磨料會使試驗結果產生一定誤差, 所以本試驗只是一種相對的檢驗。這種試驗方法的影響因素比較多, S Wernick[ 1] 詳細地列舉了英國鋁公司 P. G . Herris對這種方法的各種觀察和分析。 這些影響因素包括: 磨料的批次; 磨料使用次數和磨料一致性的關系; 管子內部粗糙度的影響; 噴射裝置的磨損; 磨料流速的影響;空氣流速的影響; 空氣溫度的影響人提出, 并首先在1949 年英國標準 BS 161 5第一版中被采用, 后來又在1955 , 19 61和197 2年幾次修訂 。由于不同批次的磨料會使試驗結果產生一定誤差, 所以本試驗只是一種相對的檢驗。這種試驗方法的影響因素比較多, S Wernick[ 1] 詳細地列舉了英國鋁公司 P. G . Herris對這種方法的各種觀察和分析。 這些影響因素包括: 磨料的批次; 磨料使用次數和磨料一致性的關系; 管子內部粗糙度的影響; 噴射裝置的磨損; 磨料流速的影響;空氣流速的影響;空氣溫度的影響; 空氣的含水量以及

　　碳化硅磨料中水分的影響等等。這種試驗方法的優點是可以用在面積小的試樣上 , 甚至是用在彎曲的表面上。這種方法所報告的試驗結果 , 為膜層磨穿時所消耗的磨料重量 , 或磨掉單位厚度的膜層所消耗的磨料重量。

4 Taber 耐磨試驗機法

　　該法所得的耐磨性由兩 只加載的磨輪磨穿平面膜層的轉數給出 , 也能測定每 1000轉的重量損失。試樣必須是邊長 8cm 方形平板形式 , 它帶動輪子旋轉 , 磨蝕面積大約為 30cm2 , 以兩個彼此交叉往來 的弧的形式進行。對于鋁陽極化膜 , 采用 1000g 載荷、 粗糙而有彈性的磨輪或是 500g 載荷、細粒度而無彈性的磨輪。

　　Taber 耐磨試驗方法雖然尚未形成國際標準 , 但已被廣泛用于陽極化膜 , 特別是硬陽極化膜 , 它被規定在許多軍用標準和宇航標準中[1] 。關于 Taber 耐磨試驗方法本身的文本 , 已經檢索到 3個。

Taber磨耗試驗機

　　R . W . T homas 指出 , T aber 試驗所需的時間, 頻繁更換輪子的費用 , 以及試樣的尺寸和形狀, 對其應用有很大的局限性。 另外, 試驗的重現性又是一個問題。

　　而且要制造質量一致的磨輪 , 也有一定困難。 濕度變化 , 對其也有重要影響。

　　R . F . Hitchcock也提出 : Taber 耐磨試驗機已經統治著規范 , 轉換角度的磨輪和在適當條件下的噴磨這兩種方法都是適宜的 , 但 Taber 耐磨試驗機往往是不穩定的。

　　ASTM D 4060 中 明確提出了Taber 耐磨試驗方法的重現性不好 , 并在標準文本中給出了試驗值的精度表。該表所列結果表明 : 在一個試驗室內部 , 其試驗結果的變化系數基本上為10% , 其最大允許差值 , 基本上為 50 % ; 在不同的試驗室之間, 其試驗結果變化系數 ,

　　基本上為 30% , 其最大允許差值 , 基本上為 100 % 。 而聯邦標準試驗方法 NO . 1 41C ( 6192.1 ) , 雖然 86年的C版比 79 年的 B 版相比增加了“精度” 一章 , 但無數據。

　　ISO 10074 -199 4附錄 B所提出的 Taber 耐磨試驗方法 , 有一項重要的改進 , 那就是該方法規定在預定磨損 10 000轉測量試驗的質量損失之前 , 試片要預備性磨蝕1000轉。我們注意到, 在 ASTMD 4060-95中 , 在處理試驗結果時也提到: 在計算磨損指數時 , 舍棄掉最后200轉可能是合理的 , 因為其結果可能受暴露基體磨蝕的影響 ; 在計算磨損轉數時 , 舍棄掉最初和最后的讀數是合理的 , 因為最初的讀數受表面不均勻的影響 , 而最后的讀數可能受基體部分磨蝕的影響。這個思路和上述先預備性磨蝕 1000轉不計的思路是相通的 , 都是合情合理的。

　　實際上 , R . W . T homas比 R . H . Hitchcock 早10年 (1981年) 就已經提出了這種想法 : Taber 試驗中最恒定的結果 , 應是靠進行短的預備性運行, 將它忽略,然后在磨損試驗之前和之后立即進行適當的稱重。

　　在10000轉 的Taber 耐磨試驗中 發現 , 在第一個10000轉內的重量損失, 通常比以后的10000轉要大一些( 試驗時每磨1000 轉都要重新修復磨輪 ) 。 而在試驗過程中 , 將試驗中斷幾個小時之后 , 再繼續耐磨試驗時,這種現象再次出現。

　　M . L erner 報導了Taber 耐磨試驗結果的季節性波動。他根據三年多積累的大量數據 , 證明了試驗結果的季節性波動 , 是由于試驗期間濕度條件的變化。他的試驗室所在的N atick 地區, 位于波士頓以西大約2 0英里 , 那里相對濕度的變化 , 為冬季的 10% ～ 3 0% 到夏季的 70% ～ 95% 。

　　Taber 耐磨試驗方法中所用的磨輪為CS - 17, 這是一種有粘彈性的橡膠磨輪。磨輪本身也是影響試驗重現性的一個因素 : 首先 , 每批制造的磨輪是否完全一致 ; 其次就橡膠老化問題來說, 即使是在有效期之內,硬化程度也是在變化的。

　　Taber 耐磨試驗中的磨輪 , 是應該經常修復的。其方法讓磨輪在 S11砂紙上修磨 50轉 , 以保證磨輪的磨削性。但各標準文獻中規定或執行修整磨輪這一點是不盡一致的 : ASTMD 1060 規 定每磨 500 轉要修整磨輪 ;

　　DPS 11. 04 以及文獻是每磨 1000轉要修整磨輪 ;

　　BAC582 1[ 14] 規定每磨 3000～ 3500轉要修整磨輪; 文獻] 每磨 5000 轉修整磨輪 ; 新的軍標 M I L - A 862 5F和ISO 10074 的附錄B是規定磨 10000 轉才修整磨輪 ; 而最早的 AMS 2468A , 是以運轉12h 為最大間隔 ,就要重新修理磨輪表面 , 此即每磨 5 0000 轉才修整磨輪。這一串數字是 : 500→ 1000→ 3000 ～3500→5000→10000→ 50000

　　可見 , 這個修整磨輪的間隔是沒有統一過。不過, 從最新的軍標和國際標準都已規定磨10000轉才修復磨輪 , 看來是正在走向統一。

5 三種耐磨試驗方法的小結

　　上述三種耐磨試驗方法 , 盡管噴磨法和磨輪法已經制定了國際標準 , 而Taber 試驗法還尚未形成正式的國際標準, 但基本上都屬于相對比較型試驗方法。所以國際標準規定 : 一定的合金, 在一定的工藝條件下產生的膜層作為比較標準 , 將在其它條件下所作的數據與標準情況進行對比。

　　在這三種試驗方法中 , 噴磨法由于是測量磨穿膜層所耗磨料重量 , 所以它得出的是關于膜層整體的或平均的耐磨性 ; 而磨輪法或 T a ber 法只是磨蝕了膜的表層。

　　這樣 , 這類方法可用于研究不同層次膜層的耐磨性能。　此外 , 噴磨法屬于最容易 , 最快速, 最多用途的方法 , 可用于小面積的試樣或彎曲表面的試件 , 這種方法在英國一直是最主要的耐磨試驗方法 。

　　平磨法則是較后出現的一種方法, 但它的試驗重現性較好 , 所以在西歐和日本受到普遍重視 , Taber 試驗方法 在美國 占統治地　位 , 而且被許多軍用標準和宇航標準所采用。