ASTM G 99-23 金属摩擦磨损试验

以下是关于 ASTM G99-23《Standard Test Method for Wear Testing with a Pin-on-Disk Apparatus》（销-盘式摩擦磨损试验）的详细解读及操作指南：

一、标准概述

• 适用范围：用于评估金属、涂层、陶瓷等材料在干摩擦或润滑条件下的滑动摩擦磨损性能。

• 核心参数：摩擦系数、磨损率、磨损形貌分析。

• 试验原理：固定销试样（Pin）在旋转盘试样（Disk）上滑动，通过测量力、位移和时间计算摩擦磨损数据。

二、试样制备

1. 试样要求

2. 预处理

• 清洁：用丙酮或酒精超声清洗试样，去除表面油脂。

• 干燥：50℃烘箱中干燥1小时，避免氧化。

三、试验设备与参数

1. 仪器配置

• 销-盘摩擦试验机（如CSM Tribometer、Bruker UMT）：

• 法向载荷范围：1~200N（典型值5~50N）。

• 转速：50~1000rpm（对应滑动速度0.1~2m/s）。

• 摩擦力测量精度：±0.01N。

• 环境控制：可选室温/高温、空气/惰性气体氛围。

2. 试验条件（典型值）

四、试验步骤

1. 安装试样：

• 销试样垂直固定在载荷臂上，盘试样水平安装在旋转平台。

• 确保接触面平行，预加载荷（如5N）消除间隙。

2. 参数设置：

• 输入法向载荷、转速、总滑动距离。

• 开启摩擦力实时记录（采样频率≥10Hz）。

3. 运行试验：

• 启动旋转，记录初始摩擦系数（跑合阶段通常持续5~10分钟）。

• 持续监测摩擦系数曲线，直至达到设定滑动距离。

4. 终止与取样：

• 停机后卸载，取出试样避免二次损伤。

• 用电子天平（精度0.1mg）称量销和盘的磨损质量损失（Δm）。

五、数据分析

1. 摩擦系数计算

�=����μ=FnFt

• ��Ft：平均摩擦力（N）

• ��Fn：法向载荷（N）

2. 磨损率计算

Wear Rate=Δ��⋅��⋅�Wear Rate=ρ⋅Fn⋅dΔm

• Δ�Δm：质量损失（g）

• �ρ：材料密度（g/cm³）

• �d：滑动距离（m）

3. 磨损形貌分析

• 工具：白光干涉仪、SEM（扫描电镜）、3D轮廓仪。

• 关键指标：磨痕宽度、深度、剥落坑面积。