GB_T 43853-2024 激光修复层高温摩擦磨损性能试验 球-盘法.docx

ICS77.(M0.10CCSH22(SB中华人民共和国国家标准GB438532024激光修复层高温摩擦磨损性能试验球一盘法Testforhightemperaturefrictionandwearpropertiesof1.aserrepairingcoatings-Ba1.1.-on-discmethod2024-04-25实施2024-04-25发布国家市场监督管理总局除*国家标准化管理委员会发布目次前言III引言INI范围I2规范性引用文件I3术语和定义14原理25僦钠26材料和试剂27仪器设得27.1 球一盘法试验袋置27.2 体视显微镜473放大镒47.4 测微显微镜47.5 接触式轮牌仪58样册58.1 通用要求58.2 球试样58.3 盘试样59幅程序69.1 试验前试样准备692潞损试脸准备69.3 摩擦力测量69.4 试验后的磨痕形蜕观察69.5 球试样磨菽测量69.6 盘邮磨痕测歌79.7 试验生复次数8IO试验结果计算810.1 球试样的比磨损率810.2 盘试样的比磨损率910.3 赊擦系数IO10.4 数值修约10I1.试脸报告10参考文献11本文件按照G&T1.1-2020后标准化工作导则第1部分：标准化文件的结构和起草规则的规定起草.请注愈本文件的某些内容可能涉及专利。木文件的发布机构不承担识别专利的员任.本文件由中国机械工联合会提出。本文件由全国激光修复技术标准化技木委员会(SA(Vrc482)归11,本文件起草单位：沈阳大学、沈阳大陆激光技木有限公司、湖:ItT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元所有限公司、上海电机学院、上海交通大学、南吕航空大学、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、岳阳大战激光技术有限公司、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、占林大学、国泮川西机器厂、上海船舶工艺研究所.本文件主要起草人：赞春林、陈江、i晒丰、娄德元、向丽、王维、张松、招战、王文、贺有年、周松、刘f5、揄t、马国峰'刘岩、吴臣亮、谢华1、李雷、M剧、彭晓、钱余昕、就凫文、蔡乐、赵军.史昆、陈永惭、陈国喜、奥建成、周武军、占d打'州标、卢正杰、张志辉、凌云现王超、肖久林、牛建民、王娟.激光修女技术是一种先进的表面工程技术,在冶金、石化.电力和跳船等行业有广泛的应用。由于大球激光修型零部件服役工况为高温摩擦环境，如格金额域的连铸设备、热连轧设备和动力设备等，因此激光修里层的高温摩擦磨搅性能评价显得尤为电要球盘配置是一种最常规的高温僚擦磨损试验机型，广泛用于科学研究和产品性设评价.但是，由于没有相关标准可依目前采用的悬温摩擦憎损试脸设得、试脸程序、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流数据相差较大，难F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，其至造成严理的工程i殍1基于对大量高温摩擦工况应用的激光修更层（如铁、馍、钻基及其交合材料）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。主要目的是规范原-盘法测定激光修更层高温耐磨性的试聘方法，指导企业研发人员正确地评价激光修发金属零部件的服役性能。由于激光修史层常为非均质结构（密度变化）,且试验期间修身层不可避免地出现高温辄化、磨屑粘连等现象，本文件规定基于磨损体积而不是磨1员痂状的测后结果来表征耐磨性，以避免出蝴筋性试验数据相关性差的问题,依据本文件获得的试脸结果可为评定激光修发金属零部件在而温摩擦条件下的服役安全提供数据支样,本文件的制定，对推动激光修笈企业技术创新和产品质城体系建立、促进我国激）1修笈技术的发展和工程化应用具有积极作用.IV激光修复层高温摩擦磨损性能试验*盘法1m本文件描述了激光修笈层高量冷擦磨损性能试验球一盘法的试验方法，本文件适用于35C、100Oc的条件下，采用球盘法测定激光修身层间或一种激光修史层与另一种其他材料间同轴滑动接触时产生的耐解性和琮擦力的试验。2般范性型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歙。其中，注F1.期的引用文件，仅该11期时应的版本适用于本文件：不注R期的引用文件，其及新版本（包括所有的修改单）适用于本文件.GBT678化学试剂乙醉（无水乙醉）GB"686化学试剂丙胴GBn'6062产品几何技术规范（GPS）表面结构轮廓法接触（触针）式仪岩的标称特性GBT8170数值修约规则与极限数值的表示和判定GBT17754摩擦学术语GB"19864.2体视显微饿第2部分：高性能体视显微使GBT20968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Gtiri29795激光修好技术术语和定义3GBT17754和GBT29795界定的以及下列术语和定义适用于本文件。3.1Ibt（K81.aserreiBiringcoetiDg采用激光修笈技术，在损伤零部件表面形成的与卷材呈冶金结合的表面覆层。3.2weartest评定滑动接触材料摩擦磨损性能的方法。来源：ISo20808:2016,3.2）3.3比磨损率SPeCifiCwearrateW磨损对材料的去除率.注：用单位法向力HN）和电位滑动距离Um）的磨处体枳V（mn发示，其关系式为：W2=W1.FMA单位为立方充米每牛顿米ImmV（N如小来源：ISo20808:2016.3.6彳j修改4 *a在一定的高温气象H.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，经规定滑动距黑或J时间后，获得球和盘试样间的耐磨性和摩擦力.5.1试验条件宜涵足以下条件。a）施tt1.载荷：典型收荷范用为5N100N.我荷亢为50Mb）滑动速度：典型滑动速度范围为0.05Hs-0.511V推荐速度是0.1ms.激动园的直径宜为20mn域30mm.盘固定架的旋转速度由公式（D确定：n211R式中：n旋转速度.单位为转行杪（电V.滑动速度，单位为米每秒（nVs）:R一溜动圆半径，单位为米（m）.O滑动距离：典型滑动距座范围为180m-1800m；滑动距岗立为360m。d）送脸温度：试脸温度枪因为35C1000C,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）试验气究：大气，也可根据用户要求选择循环气体（如：惰性气体）。0摩擦磨损试验机放置房间温度范国为10C'33匕,相对湿度范国为20%70%.5.2试验条件可根据试脸过程的特殊需要进行更改.6a1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宛材料.6.2丙谓（化学纯,GRT686）,无水乙醉（化学纯.GIVr678）或其他无氯、不成限的清洗剂和溶剂GUI：碳额解侪J、汽湖.7仪IHft务7.17.1.1侬7.1.1.1将球-盘法摩擦磨损测试系统（见图1）就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IF作用在球上的软荷1D一盘底往：N施转速.d球应径IR1.ft1B1tt-ftBa*KKK*m*B标引序号说明：1SyJ杠杆；2Mi1.1.S:3球试杯：4独试样：5fitS球G冷却水仍7驱动Wh8施力杆：9球固定架:IO一任码托点：I1.加热炉.7.1.1.2球-鹿型而温瞅掠酹阴试吩泰统（见图2）包括一个盘印动釉和个点固定架.个用来IAI足球试样的装置以及将球试样推到脚做试样上的加改装W.M-种类型的试验系统是却闺绕固定的就中心艇转.在任何情况下.盘上的唐我轨逸15是一个Wh涉及同一轨迹上的多次磨投.该系统还包括芈幼系s2*-ftB*a*fticft*s*B7.1.2.1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。7.1.22驱动轴转速葩围为60rmin-6（X）DEn.驱动系统应配备转数计数器或类似的奘置，转速将度应不超过土现，7.1.2.3应配备水冷却循环装置对驱动轴进彳可寺续降温,保证驱动轴正常运转。7.1.3fi½ft用于固定盘试样。盘固定架应在水平或垂百平面内旋转。转轴的同轴度应小TQ02Inm.其轴向跳动应小于0.05imi,盘固定架宜为而温合金材料，7.1.4S½ft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时运动，球固定架立为高温合金材料。7.1.5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致荷.7.1.6摩擦力通过测力传感器、板弹簧变形或转动扭矩等测量。测盘不应膨响摩擦条件。摩擦力测量的精度应不超过所加我荷的1:1%，摩擦力测量数据使用数据记录器或其他记录设名记录.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,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6001C时，温度允许偏差为±3匕；b）在试验温度大于60QC但不大于80（C时，温度允许偏差为±4C;C）在试验海度大于800C但不大干100OC时,制度允许偏差为±54C7.1.7.2 炉内空间应能容纳球、盘试样及其固定架、测温传嬷器。7.1.8电气控制和显示系统应满足试验相度要求，界面应具有试脸参数设置、数据栗集、存储和显示功能.当到达预设滑动距离或试防时间后，系统应自动停止试验.7.2 mUMM体视显微镜应符合GB，TI98N.2的精度要求，7.3放大镜应符合GB“20968规定的不小于4倍的放大倍数.7.4 Sff1.UMMt测微显微镜测量精度为QO1.nun.7.5 接触式轮廓仪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、表面过度翻化儿8.1.2 应提供试样尺寸、表面相槌厦复层厚度、硬度、花材相关信息。8.2 球试样8.2. 1球试样可为球体或端部加工成球帕的销，球体或销的直径应不小于5mm.宜为6mm或10mm.8.2.2球试样的衣面粗糙位Ra应不大于0.8m8. 2.3当球试样为i光熔粒修更层材料时，修更层厚度应不小于2mm,8.3盘试样1.1.1 3.1典型的盘试样内径范用为30mm-1.mm.导度范附为3mmK)mm.其中激光焙海使史层厚度不小于0.2mm.盘试样剖面图见图3.牛位为名米标引号号询明,I一一激光修史足;2一-基材.图3激光修复盘试样剖面图1.1.2 盘的表面应为平面，且上下两面的平行度公差应不大于Q02三,1.1.3 测试表面及下面基材的衣向粗植度Ra应不大于0.8um.8.3.4嘱材衣面弱化膜在试裟条件下不应脱落，针对可能出现的范材表面氧化严正或氧化漠脱落的情况,试验前应按照GB"29037的燃定.在基材表面深覆一层高温防护涂层.99.1 题前试样准备用丙酮、无水乙酹或其他无氯、不成腴的清洗剂和溶剂(6.2)超声清洗试样至少10min.直至试样表面清沽。对试样进行彻底干燥，消除所有可能度留在试样上的清洗液。9.2 磨损试验准各9.2.1 将盘试样牢固地固定在盘固定架(7.1.3)上。92.2将球试样球固地固定在球固定架(7.1.4)匕9.23设定试验条件(5D。924轻轻地使球和微接触,然后施加设定的载荷。9.2.5启动加热装置(7.1.7),待试验气定温度升至设定的温度，并在7.1.7要求的允许偏差范困内稳定10minV9.2.6启动驱动系统(7.1.2),以设定的试验条件(9.2.3)旋转盘试样开始试脸。9.3 *yjM在试验过程中，使用摩擦力测量装说(7.1.6)连续测hi摩擦力并记录测以数据，9.4 班后的形物瞟9.4.1 4.1经规定的滑动即离或时间后，关闭.阴动系统电机电源、加热装置电滁。待试验气氛降至室温后，取出试样。9.4.2 应收集也试样上的磨屑，以便进步分析。9.4.3 对试样进行与9.1相同的清洗处理，9.4.4 使用体视显微设(7.2)或不小于4倍的放大慢(7.3)观察腐痕形貌特征.在可能情况下，用体视显微镜对磨痕形貌进行拍照。9.5试验完成后，球试样上会有一个大致圈形的磨痕，如图1所示。用测微显微镜(7.4)测量最小直径A和与其垂直方向的直径B标引说明:A最小直径;B延宜直径.B4球*，上的,9.试验完成后,僦试样上会出现一MI形格崩痕迹，如图5所示.使用接触式轮廊仪（7.5）或类似的仪鼎,以90.为间隔,在四个位置测地战痕的横破面枳,并计徵用数在每个内置的横被面面积（S、S2.S,、S4）.图6为一个史暨世试样络笊HJ1.ft面粒凰，共第损榻板面枳应为S,标引序号说明:R4Ms1.s2.s3,S1-四个位JK的横核面根.B5M试棒标引序号说明I1-解用粘连；2 »姐柚i：3 野痕横截山注仑睨：4 ½1.S;5 -性史层型蜀横战面积，图6盘试杆磨痕横截面轮麻及横截面选取9.7试蛉重复次数在相同的试脸条件下,至少里更三次试验.10试验结果计算10.1 球试样的比磨损率10.1.1 磨搅体积10.1.1.1 磨制比较规则时的磨损体积根擀9.5测显的磨痕最小直径和弓其垂直方向的磨痕直径.利用公式(2)计算球试样的磨损体积,式中：Vb球试样的磨损体积,单位为立方皂米(mm王A磨痕的最小直径.侬粒为亮米(mm):B率出于公小口径方向的口径，单位为毫米(mm);d球试样直径，单位为皂米(mm),10.1.1.2 磨痕不规则或磨痕很小时的磨根体积当出现下列情况,应使用接触式轮联仪(7.5)或类似仪器精确测量磨制轮,得到快靛的磨损体积.a)球磨的形状因盘试样上的磨痕较大而发生翘曲(B>1.SA);b)球的损很少，或者磨痕被任何磨损期间形成的固体膜所覆液；C)球磨损依少旦磨短不平整，10.1.2 比磨损率球试样的比磨损率由公式(2)中的V.或用轮廓测/法测域的V.通过公式(3)求得：一品式中：W.b球试样的比磨损率,单位为立方毫米每牛顿米Imm3(Nm):Vb球试样的照损体积，单位为立方米(nnF);F能加的段荷，旗位为牛顿(N);1.一滑动距离，单位为米(n»,102盘试样的比磨根率10.2.1磨损体积102.1.1磨痕横截面相近时的磨损体积当9.6测出中的最大横放而枳与最小横极面积之比不大于1.5时,采用公式(4).计尊盘试样的磨损体枳：式中：V«一盆试样的磨损体积，雅位为立方密米(mm，)：R磨痕半径，单位为汽米(mm):，、S?、S,、S.磨痕IB上四个位区的横鼓面枳，单位为平方名米(mm%10.2.1.2磨痕横截面积相差较大时的磨扳体积当9.6冽设中的最大横裁面枳与最小横截面积之比大于1.5时,可依加磨痕宽度和/或深度,将磨痕分为n个区,分别测量第iK(iT2.n)内至少两个有代表性位区的磨痕横破面枳Sn、S?(第i区中最大横械面枳与以小横截面积之比不大于1.2和第i区内磨痕长度1.,取算术平均值，则:VIE(SS1./.ArIhVa盘试样的跳揽体枳，单位为立方皂米(mn?)：R磨掖半径，单位为亮米(mm):S1.S2磨痕网上第i区中两个位置的横截面积.第位为平方毫米(mn/);1.:第i区内磨菽氏度，单位为塞米(mm).10. 2.2比磨授率盘试样的比磨由i率由公式(4)或公式(5)中的Va通过公式(6)求得：%晶(6)式中：Ws.盘试样的比磨损率,单位为立方皂米每牛顿米mm*(Nm*V一盘试样的磨损体积，单位为立方毫米(mnF);F施加的栽荷，的位为牛顿（N）：1.一滑动距高，单位为米（m）.10.2.3不适应条件如果被测的盘和球试样之间有明显的物防转格而没有从系统中损失,那么体枳畏失可能不能充分反唉济损的实际数依或严近程度.在这种情况下，不应使用这种评价耐磨性的试验方法.103摩擦系数利用公式（7）,由施黑的我荷和摩擦力的平均值计算摩擦系数，.-（7>式中：一摩擦系的平均优，单位为牛顿（N）：-F一施加的载荷，单位为牛顿（N）。由于摩擦系数通常随滑动距离的变化而变化，因此，在可能的情况下，宜确定并报告摩擦系数的初始值、IS态值、最大值和助MA。10.4数值修约比磨损率和修擦系数应按照GB,T8170规定，以2位有效数字去示.11试验报告试验报告应包含但不限于以卜信息。a）试验材料的描述.b）照损试依装置规格（0!盘驱动方式、切盘转动方向、加软方式、摩擦力检测方式、温度控恻方式等）。C）试验条件（毂荷、滑动速度、滑动曲直径、圈盘传速、滑动用璃、温度,摩擦介质或气氛等）.d）绿个单独试骆应报告下列项目：D试验温度及其范阚,试验机放置房间温度、湿度及其范用：2）球和盘试样的尺寸，激光修IX层厚度：3）球试样的磨损体积.并由此计算出的比磨损率：4）盘试样的磨损体积.并由此计算出的比磨损率：5）初始、稳态、最大和最小,摩擦系数（条件许可时）：6试验后的试样描述，包括球和盘试样磨战情况、辄化情况以及磨痕两侧凸起、然屑黏连等情况，磨痕照片（条件许可时）；7）其他需要说明的事项,特别是关干试验状态的描述.若需要相同试验条件卜的代表值，时于比磨损率，则应取各假的豫术平均值：对于睢擦系数，则应取各稳态值的算术平均值.IO(IISO20808:2016FineCeraIniCS(advancedCeramiC工advancedtechnica1.ceramicsDeterminationoffrictionandwearcharacteristicsof11>no1.ithicceramicsbyba1.H>n-discmethod