【国家标准】 激光修复层高温摩擦磨损性能试验 球-盘法

ICS77.040.10
CCs H 22
中华人民共和国国家标准書
GB/T 438532024
激光修复层高温摩擦磨损
性能试验
球-盘法
Test for high temperature friction and wear properties of laser repairingcoatingsBall-on-disc method
2024-04-25发布
国家市场监督管理总局
国家标准化管理委员会
2024-04-25实施
引信言
2规范性引用文件
术语和定义
试验条件
材料和试剂
仪器设备
7.1球-盘法试验装置
体视显微镜
放大镜
测微显微镜
7.5接触式轮廓仪
8样品
通用要求
球试样
盘试样
9试验程序
试验前试样准备
磨损试验准备
摩擦力测量
试验后的磨痕形貌观察
球试样磨痕测量
盘试样磨痕测量
试验重复次数
试验结果计算
球试样的比磨损率
盘试样的比磨损率bZxz.net
摩擦系数
数值修约
试验报告
参考文献
GB/T43853—2024
GB/T43853—2024
本文件按照GB/T1.1一2020《标准化工作导则第1部分：标准化文件的结构和起草规则》的规定起草。
请注意本文件的某些内容可能涉及专利。本文件的发布机构不承担识别专利的责任。本文件由中国机械工业联合会提出。本文件由全国激光修复技术标准化技术委员会(SAC/TC482)归口。本文件起草单位：沈阳大学、沈阳大陆激光技术有限公司、湖北工业大学、沈阳航空航天大学、沈阳工业大学、中国科学院金属研究所、中国机械总院集团沈阳铸造研究所有限公司、上海电机学院、上海交通大学、南昌航空大学、上海大陆天瑞激光表面工程有限公司、中国航发商用航空发动机有限责任公司、宝武装备智能科技有限公司、宝山钢铁股份有限公司、岳阳大陆激光技术有限公司、南京航空航天大学、西安陕鼓动力股份有限公司、泰安市质量技术检验检测研究院、吉林大学、国营川西机器厂、上海船舶工艺研究所。
本文件主要起草人：贺春林、陈江、谭海丰、娄德元、回丽、王维、张松、姚戈、王文、贺有年、周松、文刘豫、杨光、马国峰、刘岩、吴臣亮、谢华生、李雷、冯凯、彭晓、钱余昕、陈晓文、蔡乐、赵军、史昆、陈永畅陈国喜、樊建成、周武军、占小红、孙标、卢正杰、张志辉、凌云鹤、王超、肖久林、牛建民、王娟。Ⅲ
GB/T43853—2024
激光修复技术是一种先进的表面工程技术，在治金、石化、电力和舰船等行业有广泛的应用。由于大量激光修复零部件服役工况为高温摩擦环境，如治金领域的连铸设备、热连轧设备和动力设备等，因此激光修复层的高温摩擦磨损性能评价显得尤为重要。球-盘配置是一种最常规的高温摩擦磨损试验机型，广泛用于科学研究和产品性能评价。但是，由于没有相关标准可依，自前采用的高温摩擦磨损试验设备、试验程序、测试参数、试验结果处理等均不尽相同，往往导致不同人员获得的试验数据相差较大，难于比较。显然，这会给有关科学研究和工程开发人员带来极大混乱，甚至造成严重的工程误判。基于对大量高温摩擦工况应用的激光修复层(如铁、镍、钻基及其复合材料)的高温耐磨性及工程化应用研究，通过产学研合作，制定了本文件。主要目的是规范球-盘法测定激光修复层高温耐磨性的试验方法，指导企业研发人员正确地评价激光修复金属零部件的服役性能。由于激光修复层常为非均质结构（密度变化），且试验期间修复层不可避免地出现高温氧化、磨屑黏连等现象，本文件规定基于磨损体积而不是磨损质量的测量结果来表征耐磨性，以避免出现耐磨性试验数据相关性差的问题。依据本文件获得的试验结果可为评定激光修复金属零部件在高温摩擦条件下的服役安全提供数据支撑。本文件的制定，对推动激光修复企业技术创新和产品质量体系建立、促进我国激光修复技术的发展和工程化应用具有积极作用。N
1范围
激光修复层高温摩擦磨损
性能试验球-盘法
本文件描述了激光修复层高温摩擦磨损性能试验球-盘法的试验方法。GB/T438532024
本文件适用于35℃~1000℃的条件下，采用球-盘法测定激光修复层间或一种激光修复层与另一种其他材料间同轴滑动接触时产生的耐磨性和摩擦力的试验。2规范性引用文件
下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。其中，注日期的引用文件，仅该日期对应的版本适用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本(包括所有的修改单)适用于本文件。
GB/T678化学试剂乙醇（无水乙醇）GB/T686化学试剂丙酮
GB/T6062产品几何技术规范(GPS）表面结构轮廓法接触（触针）式仪器的标称特性GB/T8170数值修约规则与极限数值的表示和判定GB/T17754摩擦学术语
GB/T19864.2体视显微镜第2部分：高性能体视显微镜GB/T20968无损检测目视检测辅助工具低倍放大镜的选用GB/T29037热喷涂抗高温腐蚀和氧化的保护涂层GB/T29795激光修复技术术语和定义3术语和定义
GB/T17754和GB/T29795界定的以及下列术语和定义适用于本文件。3.1
laser repairing coating
激光修复层
采用激光修复技术，在损伤零部件表面形成的与基材呈治金结合的表面覆层3.2
磨损试验
weartest
评定滑动接触材料摩擦磨损性能的方法。[来源：ISO　2
20808:2016,3.2]
比磨损率
specific wearrate
磨损对材料的去除率。
注：用单位法向力F(N)和单位滑动距离L(m)的磨损体积V(mm)表示，其关系式为：Wz=V/FXL)，单位为立方毫米每牛顿米[mm3/(N-m)]。GB/T43853—2024
[来源：ISO20808:2016,3.6,有修改］4原理
在一定的高温气氛下，通过恒定载荷将一个球试样推到一个旋转圆盘试样上而产生滑动接触，经规定滑动距离或时间后，获得球和盘试样间的耐磨性和摩擦力。5试验条件
5.1试验条件宜满足以下条件。
a）施加载荷：典型载荷范围为5N100N,载荷宜为50N。b）滑动速度：典型滑动速度范围为0.05m/s～0.5m/s,推荐速度是0.1m/s。滑动圆的直径宜为20mm或30mm，盘固定架的旋转速度由公式（1）确定：n=V2元R
式中：
一旋转速度，单位为转每秒(r/s);V—滑动速度，单位为米每秒(m/s);R一滑动圆半径，单位为米(m)。c）滑动距离：典型滑动距离范围为180m～1800m,滑动距离宜为360m。. (1)
d）试验温度：试验温度范围为35℃~1000℃，试验温度应与服役环境温度一致，在无法获得服役环境温度时，应与用户协商确定。e）试验气氛：大气，也可根据用户要求选择循环气体(如：情性气体)。f）摩擦磨损试验机放置房间温度范围为10℃~35℃，相对湿度范围为20%～70%。5.2试验条件可根据试验过程的特殊需要进行更改。6材料和试剂
6.1盘试样材料为激光修复层材料，球试样材料为金属材料或陶瓷材料，6.2丙酮（化学纯，GB/T686)、无水乙醇（化学纯，GB/T678)或其他无氯、不成膜的清洗剂和溶剂(如：碳氢清洗剂、汽油)。
仪器设备
7.1球-盘法试验装置
7.1.1概述
将球-盘法摩擦磨损测试系统（见图1）置入可控的高温气氛中，即为球-盘型高温摩擦磨损测试系统。
标引说明：
作用在球上的载荷；
盘直径；
盘转速。
d—球直径：
磨痕半径：
图1球-盘型摩擦磨损测试系统示意图GB/T
7.1.1.2球-盘型高温摩擦磨损试验系统（见图2）包括一个盘驱动轴和一个盘固定架，43853—2024
一个用来固定球
试样的装置以及将球试样推到圆盘试样上的加载装置。另一种类型的试验系统是球围绕固定的盘中心旋转。在任何情况下，盘上的磨损轨迹都是一个圆，涉及同一轨迹上的多次磨损。该系统还包括驱动系统、摩擦力测量装置、加热装置、控制和显示系统，以及上述部件的辅助装置等。标引序号说明：
施力杠杆；
测温传感器：
一球试样：
盘试样；
盘固定架：
冷却水套；
驱动轴；
施力杆；
球固定架；
码托盘；
加热炉。
球-盘型高温摩擦磨损试验系统示意图GB/T43853—2024
7.1.2驱动系统
7.1.2.1驱动系统包括驱动轴和电机，用于旋转盘试样的驱动系统能在产生的摩擦力影响下提供稳定的可控滑动速度。
7.1.2.2驱动轴转速范围为60r/min～600r/min。驱动系统应配备转数计数器或类似的装置，转速精度应不超过士1%
7.1.2.3应配备水冷却循环装置对驱动轴进行持续降温，保证驱动轴正常运转。7.1.3盘固定架
用于固定盘试样。盘固定架应在水平或垂直平面内旋转。转轴的同轴度应小于0.02mm.其轴向跳动应小于0.05mm。盘固定架宜为高温合金材料。7.1.4球固定架
用于固定球试样。在测试温度下，球固定架不应有变形，与球试样间不应有相对运动。球固定架宜为高温合金材料。
7.1.5加载装置
用于将球试样推到盘试样上。加载装置应直接或通过杠杆、液压或气动系统对球固定架施加受控载荷。
7.1.6摩擦力测量装置
摩擦力通过测力传感器、板弹簧变形或转动扭矩等测量。测量不应影响摩擦条件。摩擦力测量的精度应不超过所加载荷的士1%。摩擦力测量数据使用数据记录器或其他记录设备记录。7.1.7加热装置
7.1.7.1用于快速加热并稳定试验气氛温度，加热炉内温度通过测温传感器测量，应符合：a）在试验温度不大于600℃时，温度允许偏差为土3℃；b）在试验温度大于600℃但不大于800℃时，温度允许偏差为土4℃；c）在试验温度大于800℃但不大于1000℃时，温度允许偏差为土5℃。7.1.7.2炉内空间应能容纳球、盘试样及其固定架、测温传感器。7.1.8控制和显示系统
电气控制和显示系统应满足试验精度要求，界面应具有试验参数设置、数据采集、存储和显示功能，当到达预设滑动距离或试验时间后，系统应自动停止试验。7.2体视显微镜
体视显微镜应符合GB/T19864.2的精度要求。7.3放大镜
放大镜应符合GB/T20968规定的不小于4倍的放大倍数。7.4测微显微镜
测微显微镜测量精度为0.01mm。4
7.5接触式轮廓仪
43853—2024
接触式轮廓仪应符合GB/T6062的精度要求。可采用精度更高的非接触式轮廓仪，如三维白光干涉轮廓仪。
8样品
8.1通用要求
8.1.1球和盘试样应能承受测试过程中施加的应力和温度，不应出现失效（如：过度弯曲、表面过度氧化)。
8.1.2应提供试样尺寸、表面粗糙度、修复层厚度、硬度、基材相关信息。8.2球试样
8.2.1球试样可为球体或端部加工成球帽的销，球体或销的直径应不小于5mm，宜为6mm或10 mm。
8.2.2球试样的表面粗糙度Ra应不大于0.8μm。8.2.3当球试样为激光熔覆修复层材料时，修复层厚度应不小于2mm。8.3盘试样
8.3.1典型的盘试样直径范围为30mm～100mm厚度范围为3mm～10mm,其中激光熔覆修复层厚度不小于0.2mm。盘试样剖面图见图3。单位为毫米
标引序号说明：
1—一激光修复层：
2—--基材。
图3激光修复盘试样剖面图
8.3.2盘的表面应为平面，且上下两面的平行度公差应不大于0.02mm。8.3.3测试表面及下面基材的表面粗糙度Ra应不大于0.8μm。8.3.4基材表面氧化膜在试验条件下不应脱落。针对可能出现的基材表面氧化严重或氧化膜脱落的情况，试验前应按照GB/T29037的规定，在基材表面涂覆一层高温防护涂层。5
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