微磨損測試方法的研究現(xiàn)狀及存在的問題21磨損量化方法研究磨損，其中zui為重要的一個(gè)問題是如何評定磨損性能，即磨損量化問題。磨損的量化直接關(guān)系到磨損的可靠性測量，而相對于磨損件的尺寸，磨損量非常小。因此，磨損的可靠性測量是關(guān)鍵。一般可選用如下方法量化磨損結(jié)果。
　　
　　（1）質(zhì)量損失測定法稱量試樣試驗(yàn)前后的質(zhì)量變化來確定磨損量。質(zhì)量損失測定法比較簡單，能夠進(jìn)行較高精度磨損量的測定，因此在磨損量化技術(shù)中占主要地位。該方法不僅適合于實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)，也適合于可拆卸磨損1和磨損量相對較高的實(shí)際應(yīng)用工況。如，彭海濤等<13>采用OptimalSRV摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)，研究金屬/陶瓷涂層在磨損過程中涂層亞表層的變化對涂層磨損機(jī)理的影響，并用電子天平稱重計(jì)算磨損質(zhì)量損失。胡樹兵等<14>利用MG200型高溫磨損試驗(yàn)機(jī)研究了用PVD方法制備的TiN涂層的高溫磨損特性，采用分析天平稱重計(jì)算涂層的磨損系數(shù)。
　　
　　Andreas<15>等也是采用失重法比較分析了不同摩擦條件下WC/Co涂層的磨損特性。顯然，質(zhì)量損失測定法也有一定的局限性：一方面，對于失重很小（低于分析天平分辨率）的磨損件，質(zhì)量損失不明顯；另一方面，大多數(shù)工況下磨損件的壽命取決于某一臨界區(qū)域的zui大磨損而非整個(gè)磨損，而失重法不能提供零件的磨損分布信息。
　　
　　（2）尺寸變化測定法對一些實(shí)際零件接觸部位尺寸變化情形，一般根據(jù)具體情況采用宏觀或微觀測量方法測出尺寸變化，可以在磨損過程中連續(xù)測量，也可以測定磨損后的表面形狀。連續(xù)測量通常測量一維尺寸的變化，如，Westergard和Sundararajan等在銷盤磨損試驗(yàn)中采用高分辨率的位移傳感器測量磨損過程中試驗(yàn)銷的長度減小量，這種方法簡便，但受高的磨損率和試驗(yàn)條件的限制。另外，也可測量二維或三維尺寸的變化，即采用輪廓儀測量磨損前后表面粗糙度的變化，如，王瑞雪等<18>利用往復(fù)試驗(yàn)機(jī)對比研究了納米WC12%Co涂層和普通WC12%Co涂層與Si3N4陶瓷球?qū)δサ母苫瑒?dòng)磨損特性，采用表面形貌儀測量磨痕的截面積，計(jì)算出體積損失，并定義了單位滑動(dòng)距離的體積損失為磨損率。
　　
　　（3）現(xiàn)代形貌測定法采用高分辨儀器，如原子力顯微鏡AFM和光學(xué)干涉測量儀，能夠測定亞納米級的高度差，儲存獲得的形貌數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)，該方法的優(yōu)點(diǎn)是所獲得的數(shù)據(jù)能直接反映表面形貌。
　　
　　（4）放射性同位素測定法測量磨損物的單位時(shí)間原子衰變數(shù)，極微量磨屑中也常含有可觀的原子衰變數(shù)而能被探測器測出。該方法有很高的靈敏度和度，適用于精密零件微量磨損的測量；可連續(xù)監(jiān)測磨損而不必拆卸試件，在摩擦副中分別引入不同的同位素可同時(shí)測量兩個(gè)摩擦表面各自的磨損過程。
　　
　　（5）磨屑收集測定法對所收集到的磨屑顆粒進(jìn)行定量分析，例如用化學(xué)分析法、光譜和色譜分析可確定磨屑顆粒的組成和總量；鐵譜分析法不僅能對磨損顆粒按大小分布分類，而且也能進(jìn)一步作定量測定；用放射性同位素源可以對過濾收集到的磨屑照射，激發(fā)磨屑中所含各元素的特征X射線，再用儀器進(jìn)行定量測定。
　　
　　微磨損測試方法及存在的問題測量對表面工程系統(tǒng)抗磨損性能的定量評價(jià)極為重要，尤其對于薄硬涂層，采用傳統(tǒng)的測量方法，相當(dāng)困難，因?yàn)橥繉拥暮穸认拗屏四p的深度或體積。
　　
　　在這種情況下，采用質(zhì)量損失測定法是無效的，甚至輪廓測量技術(shù)也不能應(yīng)用于薄膜零件，因?yàn)槟p深度在測量的不確定性范圍之內(nèi)，不確定性是由原始表面粗糙度引起的。因此，有必要采用新的、可靠的微磨損測試方法和檢測系統(tǒng)，對材料上磨損的小坑在微米級進(jìn)行測定和計(jì)算，保證測試結(jié)果的度，從而深入了解材料的磨損機(jī)理。
　　
　　國內(nèi)研究現(xiàn)狀為了很好地研究微磨損，我國很多研究者自行研制微磨損試驗(yàn)裝置，以滿足自行設(shè)定的試驗(yàn)條件和參數(shù)。如北京石油化工學(xué)院姚斌<19>等利用自行研制的微量磨損試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行了線接觸摩擦試驗(yàn)，研究了聚氨酯的摩擦磨損規(guī)律。上海大學(xué)的何鋒<20>等把在線表面粗糙度檢測技術(shù)應(yīng)用在動(dòng)態(tài)微磨損的研究中，通過設(shè)計(jì)環(huán)塊試驗(yàn)機(jī)模擬部分膜彈性流體動(dòng)力潤滑（PEHL）下的微磨損工況，考察了在線檢測技術(shù)在潤滑條件下對微磨損檢測的有效性。該套技術(shù)成功地測得表面粗糙度在微磨損過程中的變化，并通過計(jì)算獲得了磨損表面的微磨損量。錢文富等<21>用自制的試驗(yàn)臺，利用體式顯微鏡觀察了工業(yè)用齒輪表面涂層的磨損形貌，對比研究了涂鍍方法、涂層厚度、基體表面粗糙度等對涂層耐磨性的影響。
　　
　　國外研究現(xiàn)狀國外對微磨損的測試方法研究比較早，可追溯到20世紀(jì)50年代，但真正意義上的材料微磨損研究始于90年代。劍橋大學(xué)Rutherford和Hutchings<22>等從微磨損的量化這一角度，首先很好地對磨痕的幾何形狀進(jìn)行了定義（，磨痕形狀為理想的球冠），從而可通過幾何測量計(jì)算微小磨損量，并試制了微磨損試驗(yàn)裝置，然后由Plint公司生產(chǎn)制備出了*微磨料磨損試驗(yàn)機(jī)。
　　
　　存在的問題國內(nèi)目前還沒有商業(yè)化用途的微磨損試驗(yàn)機(jī)，自行研制的微磨損試驗(yàn)機(jī)或者仍采用傳統(tǒng)的質(zhì)量損失法計(jì)算磨損率，或者局限于一些運(yùn)動(dòng)工件表面形貌的檢測，或者還不能定量地評價(jià)涂層的磨損程度。
　　
　　用原子力顯微鏡和（微納米）單顆粒劃痕試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行微磨損的研究，是研究材料微磨損機(jī)理的有效方法，但只能模擬單顆粒摩擦學(xué)情況，磨損方式與實(shí)際工況差別較大，因此不能模擬實(shí)際工況的微摩擦學(xué)規(guī)律的研究，而且試驗(yàn)成本高。
　　
　　作為一個(gè)系統(tǒng)的評價(jià)方法，現(xiàn)有微磨料磨損試驗(yàn)機(jī)也存在諸多不足：微磨損測試技術(shù)僅局限于用來評價(jià)點(diǎn)接觸狀態(tài)下微磨損特性，還未建立其它接觸形式的磨損評定方法，微磨損數(shù)學(xué)模型單一；忽視了摩擦系數(shù)是測定材料摩擦學(xué)性能的一項(xiàng)重要指標(biāo)，因而不能對摩擦系數(shù)和磨損機(jī)理進(jìn)行較系統(tǒng)的研究；試驗(yàn)條件如磨料類型、介質(zhì)種類、載荷、速度、球的材料、球的表面狀態(tài)等變化范圍較大，磨損數(shù)據(jù)分散性較大，目前還沒有一個(gè)較好的數(shù)據(jù)分析方法；%磨痕形狀為理想球冠這一假設(shè)并不適合所有材料，因此現(xiàn)有磨損模型可能不適合于所有類型材料（如延性較大的材料）。在實(shí)際工況中，摩擦副材料是多種多樣的，磨損現(xiàn)象也十分復(fù)雜：一方面，微磨損方式跟常規(guī)磨損一樣，可能是干滑動(dòng)磨損或磨料磨損，也可能是腐蝕磨損或邊界潤滑摩擦；另一方面，摩擦副的接觸狀態(tài)可以是點(diǎn)接觸，也可以是線接觸或面接觸。目前國內(nèi)外還沒有統(tǒng)一的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)來評價(jià)材料在不同微磨損形式下的微摩擦磨損性能，不能比較準(zhǔn)確地預(yù)測涂層等材料的耐磨壽命。
　　
　　展望綜上所述，有必要研制一臺能模擬實(shí)際工況的多功能微磨損試驗(yàn)臺，以探討表面工程零件和整體材料的微磨損機(jī)理及其影響因素；制定一套可行的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，以確保實(shí)驗(yàn)結(jié)果的可靠性和重現(xiàn)性，進(jìn)一步完善涂層/薄膜的微磨損性能測試規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)。涂層/薄膜的微磨損研究將為適當(dāng)選擇涂鍍方法、合理控制涂層厚度、基體表面粗糙度等參數(shù)的確定提供指導(dǎo)，進(jìn)一步擴(kuò)大多種多層涂層的應(yīng)用，以滿足國防建設(shè)與經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需要。微磨損理論的研究，不但可以豐富摩擦學(xué)理論，而且其研究成果對我國建立節(jié)能型、環(huán)保型社會(huì)有著重要意義。