一种耐磨性测试装置和方法

技术领域

本发明涉及高耐磨复合材料的耐磨性测试领域，尤其适用于精细陶瓷材料的耐磨性测试，具体涉及一种耐磨性测试装置和方法。

背景技术

高耐磨复合材料主要利用它们的高硬度、高熔点、耐磨损、耐腐蚀性能，尤其是精细陶瓷材料，其具有良好耐磨性能，其应用日益广泛，广泛应用于制造发动机部件、汽车部件、电视机、吹风机、火灾警报器、高温挤型模具等，还可用于制造耐高温喷嘴，也适合国防的需要；许多的使用环境对高耐磨复合材料的耐磨性有着较高的要求，而产品材质及生产工艺的差异使产品的耐磨性有较大的差异。

目前对于精细陶瓷材料的耐磨性能的评价，国内外没有统一的标准方法，企业往往借用耐火材料及日用陶瓷等低耐磨性产品的检测方法进行产品耐磨性的评价，但是得到的评价数据一方面不能真实反映材料的耐磨性能，另一方面获得的数据误差较大，导致评价数据的精度较低，不利于陶瓷产品的应用及性能的提高。

因此，建立统一的高耐磨复合材料耐磨性的检测方法标准，对指导高耐磨复合材料的应用及其性能的改进均具有十分重要的意义。

发明内容

为了解决上述技术问题，提供一种耐磨性测试装置和方法，耐磨性测试装置设计合理，测试方法严谨，具有较高的测试准确度和测试精度。

根据本发明的一个方面，提供一种耐磨性测试装置，包括：

壳体；

设于所述壳体上的喷砂装置；

设于所述壳体内的样品托盘；

所述样品托盘与水平面的夹角α为15-75°；

所述样品托盘的中心与喷砂装置的喷砂机构之间的距离为120-150mm。

对比与现有技术，本发明有益效果在于：喷砂机构喷出的磨损介质，从一个相对高压的环境中进入相对低压的环境，呈放射状分散，随着磨损介质下降距离不同，其与试样接触时的角度、速度均不相同，距离太小或者倾斜角度不合适，导致多个磨损介质对同一位置造成重复磨损，而对试样其余部分无法造成磨损，距离太大或者倾斜角度不合适，磨损介质与试样接触后容易被弹射而无法对试样造成磨损或者由于磨损介质的动量损失，对试样造成的磨损不符合实际值，通过设置样品托盘的倾斜角度，以及样品托盘的中心与喷砂装置的喷砂机构之间的距离，有效的表征高耐磨复合材料实际应磨损情况，弥补了耐磨测试中直接冲刷无摩擦的缺陷，通过实验验证该方法误差小、可行性高。

进一步的，所述样品托盘与水平面的夹角α为15-45°，最优选α为30°；优选的，所述壳体上设有排气孔。

采用上述进一步技术方案的有益效果在于，样品托盘与水平面的夹角α为15-45°时，最能够表征有效的表征高耐磨复合材料实际的磨损情况，进一步的，作为可选方案，所述壳体还设有U型测压管，排气孔装有阀门来调节测试过程中壳体内压力，保持壳体内与外界压力差为35-55mm水柱，根据实际情况可保持壳体内与外界压力差为35mm或者40mm或者50mm或者55mm水柱，优选为45mm水柱，有利于排出试样磨损时产生的灰尘。

进一步的，还包括角度调节装置，所述角度调节装置与样品托盘连接，所述角度调节装置上设有第一锁定机构；

所述第一锁定机构解锁时，所述样品托盘以其自身的中心为支点可以在与水平面的夹角α在预设角度范围内自由旋转，所述预设角度范围的最大值不大于75°；

所述第一锁定机构锁定时，所述角度调节装置用于支撑并固定样品托盘。

采用上述进一步技术方案的有益效果在于，第一锁定机构锁定时，所述角度调节装置用于支撑并固定样品托盘，有利于根据不同的试样调节样品托盘的倾斜角度，对于高耐磨陶瓷，最优的倾斜角α为30°。

进一步的，所述角度调节装置包括与样品托盘的中心连接的转向机构，所述转向机构远离样品托盘的一端连接有支撑架。

采用上述进一步技术方案的有益效果在于，支撑架能够增加样品托盘的稳定性。

进一步的，所述第一锁定机构包括伸缩杆，所述伸缩杆的一端与样品托盘铰接，所述伸缩杆的另一端与支撑架铰接，所述伸缩杆上设有第一锁紧螺母；

或者

所述转向机构为球头万向节，所述球头万向节包括球形万向节、与球形万向节相配合的夹持件，所述第一锁定机构为设置在所述夹持件上的第二锁紧螺母。

采用上述进一步技术方案的有益效果在于，方便将样品托盘与水平面的夹角α，固定在预设角度，有利增加测试的准确性。

进一步的，所述支撑架包括套管，所述套管内滑动连接内杆，所述内杆的另一端是伸出套管与壳体连接，所述套管上述设有紧固螺栓。

采用上述进一步技术方案的有益效果在于，能够方便调节样品托盘与喷砂机构之间的距离。

进一步的，所述喷砂机构包括：

气源，作为可选方案，所述气源设有调压阀和压力表；

出气管，所述出气管与气源连通；

与出气管出气端连接的进砂管，所述进砂管上设有进砂孔；作为可选方案，所述进砂管连通有真空表。

设于所述进砂管内的喷气嘴，所述喷气嘴与出气管连通；

套设与所述进砂管内的喷砂管，所述喷砂管与喷气嘴的距离为1.5-3.5mm，所述喷砂管通过密封件与进砂管连接。

采用上述进一步技术方案的有益效果在于，喷砂管外圆应装尺寸合适的橡胶密封垫，使密封件外壁紧贴进砂管内壁，保证进料正常。保证喷砂管一端距喷气嘴出口端1.5-3.5mm，根据实际情况可选择喷砂管一端距喷气嘴出口端的距离为1.5mm或者2mm或者2.5mm或者3mm水柱或者3.5mm，优选为2mm，有利于磨损介质能够流畅的进入喷砂管然后作用于试样表面。

进一步的，所述喷砂装置包括：

位于所述壳体上的喷砂机构，所述喷砂机构的出砂口位于壳体内；

供砂装置，所述供砂装置通过供砂管与喷砂机构连通，所述供砂装置可在480s±10s内控制1000g±5g磨损介质流入喷砂机构；作为可选方案，所述供砂装置包括与壳体连接的固定架，所述固定架设有主供料漏斗和供料漏斗，所述供料漏斗位于主供料漏斗的下方用于承接主供料漏斗流出的磨损介质，所述供料漏斗的出料管与喷砂机构连通。

采用上述进一步技术方案的有益效果在于，能够确定在一定冲刷时间内能够有适量的磨损介质进行测试，有利于统计测试结果；供砂装置包括主供料漏斗和供料漏斗，主供料漏斗的出料管直径大于供料漏斗的直径，能够方便调节和控制磨损介质流入喷砂机构的速率。

根据本发明的另一个方面，提供一种耐磨性测试方法，包括以下步骤：

测试前在105℃～11O℃温度下将试样干燥至恒量，根据实际情况可选择105℃或108℃或110℃；即试样烘干间隔1-2h两次称量之差小于其前一次的0.1％视为恒重；

调节样品托盘与水平面的夹角α至预设角度，所述预设角度的取值为15-75°，优选的，所述预设角度的取值范围为15-45°，最优选为30°；

调节样品托盘与喷砂机构的距离为120-150mm，优选的，所述预设角度的取值范围为135-145mm，最优选为138mm；

称量试样后，将试样置于样品托盘上；

打开气源，调节气源压力至400-600Pa，并使壳体内压力大于外界压力；

将1000g±5g的磨损介质在480s±10s内通过喷砂装置作用于试样表面。

对比与现有技术，本发明有益效果在于：通过设置样品托盘的倾斜角度，以及样品托盘的中心与喷砂装置的喷砂机构之间的距离，配合适宜的压强、冲刷时间、磨损介质的数量等条件下进行了测试，有效的表征高耐磨复合材料实际应磨损情况，弥补了耐磨测试中直接冲刷无摩擦的缺陷，通过实验验证该方法误差小、可行性高。

进一步的，将1000g±5g的磨损介质在480s±10s内通过喷砂装置作用于试样表面前，还包括，调节进砂管内真空度，使进砂管内的真空度大于0.05MPa。

采用上述进一步技术方案的有益效果在于，磨损介质在喷出喷砂管时的速度达到测试要求，有利有效的表征高耐磨复合材料实际应磨损情况。

附图说明

图1为支撑架的结构示意图一；

图2为支撑架的结构示意图二；

图3为耐磨性测试装置的结构示意图；

图4为喷砂装置的结构示意图；

图5为供砂装置的结构示意图；

图6为喷气嘴的结构示意图。

图中所示标号：1、壳体；11-排气孔；12-U型测压管；13-伸缩杆；14-第一锁紧螺母；2-喷砂装置；21-喷砂机构；22-气源；23-出气管；24-进砂管；25-进砂孔；26-喷气嘴；27-喷砂管；28-密封件；3-供砂装置；31-供砂管；32-固定架；33-主供料漏斗；34-供料漏斗；35-真空表；4-样品托盘；5-角度调节装置；51-支撑架；52-套管；53-内杆；54-紧固螺栓；55-转向机构；56-第二锁紧螺母；6-调压阀；7-压力表。

具体实施方式

为了更好的了解本发明的技术方案，下面结合说明书附图和具体实施例对本发明作进一步说明。

实施例1：

一种耐磨性测试装置，包括：

壳体1，作为可选方案，所述壳体1上设有排气孔11和箱门，箱门用于放置，排气孔11用于调节壳体1内的压力，进一步的，作为可选方案，所述壳体1还设有U型测压管12，排气孔11装有阀门来调节测试过程中箱内压力，保持箱内与外界压力差为35-55mm水柱，有利于排出试样磨损时产生的灰尘。

设于所述壳体1上的喷砂装置2，所述喷砂装置2包括：位于所述壳体1上的喷砂机构21，所述喷砂机构21的出砂口位于壳体1内；供砂装置3，所述供砂装置3通过供砂管31与喷砂机构21连通，所述供砂装置3可在480s±10s内控制1000g±5g磨损介质流入喷砂机构21。作为一种可选方案，所述喷砂机构21包括：气源22，所述气源22设有调压阀6和压力表7；出气管23，所述出气管23与气源22连通；与出气管23出气端连接的进砂管24，所述进砂管24上设有进砂孔25，所述进砂管24连通有真空表35；设于所述进砂管24内的喷气嘴26，所述喷气嘴26与出气管23连通；套设与所述进砂管24内的喷砂管27，所述喷砂管27与喷气嘴26的距离为1.5-3.5mm，所述喷砂管27通过密封件28与进砂管24连接。所述供砂装置3包括与壳体1连接的固定架32，所述固定架32设有主供料漏斗33和供料漏斗34，所述供料漏斗34位于主供料漏斗33的下方用于承接主供料漏斗33流出的磨损介质，所述供料漏斗34的出料管与喷砂机构21连通。

设于所述壳体1内的样品托盘4；

所述样品托盘4与水平面的夹角α为15-75°优选为15-45°；还包括角度调节装置5，所述角度调节装置5与样品托盘4连接，所述角度调节装置5上设有第一锁定机构；所述第一锁定机构解锁时，所述样品托盘4以其自身的中心为支点可以在与水平面的夹角α在预设角度范围内自由旋转，所述预设角度范围的最大值不大于75°；所述第一锁定机构锁定时，所述角度调节装置5用于支撑并固定样品托盘4，第一锁定机构锁定时，所述角度调节装置5用于支撑并固定样品托盘4，有利于根据不同的试样调节样品托盘4的倾斜角度，对于高耐磨陶瓷，最优的倾斜角α为30°；作为一种实施例，所述角度调节装置5包括与样品托盘4的中心连接的转向机构55，所述转向机构55远离样品托盘4的一端连接有支撑架51，所述支撑架51包括套管52，所述套管52内滑动连接内杆53，所述内杆53的另一端是伸出套管52与壳体1连接，所述套管52上述设有紧固螺栓54。

所述第一锁定机构包括伸缩杆13，所述伸缩杆13的一端与样品托盘4铰接，所述伸缩杆13的另一端与支撑架51铰接(本实施例铰接位置位于套管52上)，所述伸缩杆13上(如图2所示)设有第一锁紧螺母；或者所述转向机构55为球头万向节，所述球头万向节包括球形万向节、与球形万向节相配合的夹持件，所述第一锁定机构为设置在所述夹持件上的第二锁紧螺母56(如图1所示)。

所述样品托盘4的中心与喷砂装置2的喷砂机构21之间的距离为120-150mm。

本实施例提供一种耐磨性测试方法，以刚玉为例，包括以下步骤：

步骤1：测试前在105℃～11O℃温度下将试样干燥至恒量。即试样烘干间隔1-2h两次称量之差小于其前一次的0.1％视为恒重；

步骤2：调节样品托盘4与水平面的夹角α至预设角度，所述预设角度的取值为15-75°，优选的，所述预设角度的取值范围为15-45°，本实施例最优选取夹角α为30°；

步骤3：调节样品托盘4与喷砂机构21的距离为120-150mm，本实施例调节至138mm；

步骤4：称量试样，精确至0.01g，然后将试样置于样品托盘4上；

步骤5：关闭壳体1的箱门，打开气源22，调节气源22压力至400-600Pa，本实施例调节至441Pa(45mm水柱)，并使壳体1内压力大于外界压力；

步骤6：调节进砂管内真空度，使进砂管内的真空度大于0.05MPa，若大于0.05MPa，将1000g±5g的磨损介质在480s±10s内通过喷砂装置2作用于试样表面；

步骤7：记录喷砂时间(t)；

步骤8：取出试样，扫去粉尘后，称量精确至0.01g。如果试样被磨穿，本次测试无效。

步骤9：按GB/T 25995规定测量试样体积密度。

步骤10：测定结果的计算

计算公式：根据公式(1)计算试样耐磨性Φ：

Φ＝t·ρ/[60×(m

式(1)中：

ρ—体积密度，单位为克每立方厘米(g/cm3)；

t—喷砂时间，单位为秒(s)；

m

m

步骤10：结果处理

计算结果按GB/T 8170进行修约，修约后结果保留一位小数。

实施例1测试条件的确定

1.压力、喷砂时间、喷砂距离不变，改变样品倾斜角对同批次刚玉样品进行测试，结果如表1所示。

表1

实际使用情况，磨料与样品的接触角一般在45°-75°之间，测试表明，60°时，样品磨损质量最大，因此标准选择60°，即所述样品托盘4与水平面的夹角α为15-45°，最优为30°。

2.压力、倾斜角度、喷砂时间不变，改变样品喷砂距离对同批次刚玉进行测试，结果如表2所示。

表2

表2表明，喷砂距离在138mm时，样品磨损质量最大。

实验例1：

分别以刚玉、碳化硅、氧化硅等精细陶瓷材料进行测试，测试结果精密度的验证结果如表3所示。

表3

通过对刚玉、碳化硅、氧化锆典型精细陶瓷的测试，测试验证表明，数据最大相对误差4.4％，不超过标准规定误差范围；标准偏差最大为0.8，耐磨性测试装置设计合理，测试方法严谨，具有较高的测试精度。

以上描述仅为本申请的较佳实施例以及对所运用技术原理的说明。本领域技术人员应当理解，本申请中所涉及的发明范围，并不限于上述技术特征的特定组合而成的技术方案，同时也应涵盖在不脱离所述发明构思的情况下，由上述技术特征或其等同特征进行任意组合而形成的其它技术方案。例如上述特征与本申请中公开的(但不限于)具有类似功能的技术特征进行互相替换而形成的技术方案。