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耐磨性（耐磨度）检测

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发布时间：2026-02-26 23:37:32 更新时间：2026-07-19 15:14:21

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作者：中科光析科学技术研究所检测中心

耐磨性（耐磨度）检测技术综述

摘要：
耐磨性是材料抵抗机械磨损作用的关键性能指标，直接关系到产品的使用寿命和可靠性。本文旨在全面系统地阐述耐磨性检测的技术体系，详细介绍了不同磨损机理下的各类检测方法及其原理，明确了该检测技术在多个工业领域的应用范围，系统梳理了国内外现行的主要检测标准，并对核心检测仪器的结构与功能进行了专业解析，以期为材料研发、质量控制及工程应用提供参考。

一、检测项目与方法原理

耐磨性检测并非单一试验，而是根据材料在实际工况中承受的磨损类型，模拟并量化其抵抗能力的一系列试验方法。根据磨损机理的不同，主要检测项目可分为以下几类：

1. 摩擦磨损试验

这是最基础、最通用的检测项目，旨在评估材料在滑动、滚动或滑动/滚动复合摩擦条件下的耐磨性能。

销盘摩擦磨损试验：
- 原理： 将待测材料制成的“销”（固定端）以一定的法向载荷压在对磨材料制成的“盘”（旋转端）上。通过盘片的旋转产生相对滑动摩擦。测量试验过程中的摩擦力，计算出摩擦系数；通过测量销或盘的磨损量（如失重、磨痕宽度或深度）来评定材料的耐磨性。该试验可精确控制载荷、速度、润滑条件和环境气氛。
往复式摩擦磨损试验：
- 原理： 模拟如活塞环与缸套、导轨等往复运动部件的工况。试样在另一试样表面做直线往复运动。通过测量磨损体积或深度以及动态摩擦力，评价材料的耐磨性和摩擦特性。
环块摩擦磨损试验：
- 原理： 多用于评价润滑剂的润滑性能及材料的胶合载荷能力。一个静止的矩形块试样在一定载荷下与旋转的圆环试样接触，两者呈线接触滑动摩擦。通过测定块体上的磨痕宽度或特定磨损时间下的磨损量来评定耐磨性。
四球摩擦磨损试验：
- 原理： 主要用于评定润滑剂（尤其是极压润滑油）的承载能力和抗磨损性能。四个钢球呈等边四面体排列，上球旋转并与下方三个固定球接触并施加载荷。通过测量下球磨斑的平均直径，并结合发生烧结（卡咬）时的最小载荷来评价润滑剂的性能，间接反映材料在特定润滑状态下的耐磨表现。

2. 磨料磨损试验

模拟材料在受到硬颗粒或硬微凸体切削、犁削作用时的磨损情况。

橡胶轮磨料磨损试验：
- 原理： 将标准尺寸的试样以一定的力压在旋转的橡胶轮上。在试样与橡胶轮之间，由给料装置连续供给具有一定粒度和硬度的磨料（如石英砂）。橡胶轮将磨料压向试样表面，产生低应力切削或犁削磨损。通过测量试样的质量损失来评定其抵抗低应力划擦式磨料磨损的能力。
干砂/湿砂橡胶轮磨损试验： 是橡胶轮试验的变种，分别使用干磨料和与水混合的浆料，模拟不同工况环境。
销轮磨损试验：
- 原理： 模拟高应力碾碎式磨料磨损。一个圆筒形试样（销）以一定载荷压在旋转的磨轮（轮缘覆盖磨料或由耐磨材料制成）上。两者相对运动产生的高应力使磨料压入试样表面，产生塑性变形或切削。适用于评价挖掘机斗齿、破碎机锤头等工况下的材料耐磨性。
砂浆磨损试验：
- 原理： 用于评价水工混凝土、管道内衬等材料在含有固体颗粒的液流冲刷下的耐磨性。试样被固定在盛有砂浆的容器中，通过旋转或振荡使试样与砂浆产生相对运动，模拟冲刷磨损。

3. 冲蚀磨损试验

模拟材料受到含有固体粒子的流体冲击表面时产生的磨损。

气体冲蚀试验：
- 原理： 利用高压气体将一定粒度、形状的磨料粒子加速，通过喷嘴以一定的速度、角度（攻角）冲击固定在真空室或封闭腔体内的试样表面。通过测量试样在不同冲蚀角度（如30°、90°）下的体积或质量损失，绘制冲蚀率与角度的关系曲线，评价材料的抗冲蚀性能。此方法对研究航空发动机叶片、管道弯头等的磨损至关重要。
浆料冲蚀试验： 将试样浸没在含有磨料的浆料中，通过搅拌器或使试样旋转，产生固-液两相流对试样的冲击磨损。

4. 微动磨损试验

模拟紧密配合的接触表面在受到小振幅振动时产生的磨损。

原理： 在规定的接触载荷下，使两个接触表面产生微小振幅（通常在微米量级）的往复相对运动。通过测量磨损体积、磨屑分析以及表面损伤形貌，评估材料在微动条件下的损伤机理和耐磨性。这对航空发动机榫接结构、螺栓连接件等至关重要。

二、检测范围与应用领域

耐磨性检测覆盖了几乎所有涉及相对运动和摩擦的工业领域，是材料选型、工艺优化和质量控制的重要手段。

机械制造与汽车工业：
- 检测对象： 发动机缸体、活塞环、曲轴、轴承、齿轮、凸轮轴、制动盘/片、离合器面片、液压系统元件等。
- 需求： 确保动力传输效率，降低能耗，延长大修周期，保障安全。
矿业与建筑材料：
- 检测对象： 挖掘机斗齿、破碎机颚板、衬板、输送管道、溜槽、研磨介质（钢球）、混凝土路面、瓷砖、天然石材等。
- 需求： 抵抗高应力、高冲击的磨料磨损，延长设备更换周期，降低维护成本。
航空航天：
- 检测对象： 起落架部件、发动机叶片（抗冲蚀）、轴承、齿轮、液压泵、滑环、电连接器等。
- 需求： 在极端温度、高真空、特殊气氛下保持低磨损、长寿命和高可靠性，防止微动磨损导致的疲劳失效。
电子电器与涂层技术：
- 检测对象： 印刷电路板触点、按键、连接器镀层（如金、银、锡）、触摸屏表面硬化层、光学镜片增透膜、刀具涂层（TiN, DLC等）、装饰性镀层。
- 需求： 确保微/轻载荷下的电气接触可靠性，保持表面光洁度和功能特性，防止涂层剥落失效。
纺织与皮革制品：
- 检测对象： 各类纺织品（服装、家纺、汽车内饰）、皮革、人造革、鞋底。
- 需求： 模拟穿着和使用过程中的摩擦起球、表面破损、颜色脱落，评定产品的耐用性和外观保持性。
医疗器械：
- 检测对象： 人工关节（髋关节、膝关节）、牙科材料、手术器械、导管等。
- 需求： 人工植入物需在人体体液环境下具备极低的磨损率，以避免磨屑引发炎症；手术器械需保持长期锋利或表面完好。

三、国内外主要检测标准

耐磨性检测已形成完善的标准体系，国内外标准相互协调或各有侧重，为检测提供了统一依据。

国际标准化组织 (ISO) 标准：

ISO 20871 鞋类 — 外底试验方法 — 耐磨性
ISO 4649 橡胶或热塑性橡胶 — 用旋转滚筒装置测定耐磨性
ISO 5470-1/-2 橡胶或塑料涂层织物 — 耐磨性测定
ISO 28080 硬金属 — 耐磨性试验
ISO 12156-1 柴油机喷油泵用润滑性评定 — 高频往复试验机(HFRR)法

美国材料与试验协会 (ASTM) 标准：

ASTM G65 用干砂/橡胶轮装置测量耐磨性的标准试验方法
ASTM G99 销盘摩擦磨损试验标准方法
ASTM G133 线性往复摩擦磨损试验标准方法
ASTM G76 用气体射流进行固体粒子冲蚀试验的标准方法
ASTM D4060 用泰伯耐磨试验机测定有机涂层耐磨性的标准方法
ASTM D3389 涂层织物耐磨性标准试验方法（旋转平台双头磨耗机）

德国工业标准 (DIN)：

DIN 50320 磨损 — 术语、磨损参数、磨损研究系统分析
DIN 50321 磨损 — 磨损测量
DIN 50322 磨损 — 磨损试验分类
DIN 50324 摩擦学 — 摩擦磨损试验
DIN 53516 橡胶和弹性体的耐磨性测定（与ISO 4649类似）

中国国家标准 (GB)：

GB/T 3960 塑料滑动摩擦磨损试验方法
GB/T 12444 金属材料磨损试验方法
GB/T 17603 塑料用砂和水的浆料测定耐磨性
GB/T 18301 耐火材料常温耐磨性试验方法
GB/T 5478 塑料滚动磨损试验方法
GB/T 12967 铝及铝合金阳极氧化膜检测方法第2部分：用轮式磨损试验仪测定阳极氧化膜的耐磨性和耐磨系数

其他国际及行业标准：

JIS (日本工业标准)：如JIS K7204 塑料耐磨性试验方法。
SAE (国际自动机工程师学会)：如SAE J1535 汽车内饰材料耐磨性测试方法。
EN (欧洲标准)：如EN 660-1 弹性地板覆盖物 — 耐磨性的测定。

四、检测仪器及其功能

根据上述检测方法，衍生出了功能各异的专业检测仪器。这些设备通常由加载系统、运动系统、测量系统和控制系统组成。

多功能摩擦磨损试验机：
- 结构： 通常采用模块化设计，主机配备高精度加载单元（砝码、弹簧或伺服电机加载）、多种运动转换模块（可实现销盘、球盘、往复、环块等多种模式）、高灵敏度摩擦力传感器和磨损量在线测量装置（如LVDT位移传感器）。
- 功能： 可在不同载荷、速度、温度、湿度及润滑条件下，精确测量材料的摩擦系数、磨损率、摩擦温升，并可实时记录摩擦力的变化曲线，用于分析摩擦过程的动态特性。
专用磨料磨损试验机：
- 橡胶轮磨损试验机： 核心部件是橡胶轮和磨料供给系统。通过控制橡胶轮的硬度、转速、载荷以及磨料的种类和流量，模拟低应力划擦磨损工况。配备高精度天平用于称量试样试验前后的质量损失。
- 销轮磨损试验机： 由高硬度磨轮（如白口铸铁）、加载系统和试样夹具组成。用于模拟高应力碾碎磨损，对材料的耐磨性要求极高。
冲蚀磨损试验机：
- 结构： 由空压机、粒子加速系统（文丘里管或旋转离心盘）、高温或常温试验腔、试样夹具、粒子回收系统和控制系统组成。
- 功能： 可精确控制冲蚀粒子的速度、浓度、冲蚀角度，并可模拟高温环境。用于研究材料在不同攻角下的冲蚀机理和抗冲蚀性能。
泰伯耐磨试验机：
- 结构： 由旋转样品台、一对加载臂（可安装不同材质的磨轮，如Calibrase或Calibrade）、吸尘装置和计数器组成。
- 功能： 主要用于测试片状材料（如涂层、塑料板、皮革、纺织品）的表面耐磨性。试样在旋转时，两个磨轮在其表面产生滑动摩擦。通过测量规定转数后的质量损失、厚度损失或观察表面破损的终点来判断耐磨等级。
马丁代尔耐磨仪：
- 结构： 包含多个试样夹具和磨料夹具。下平台做李萨如（Lissajous）轨迹运动。
- 功能： 主要用于纺织品、皮革的耐磨性及起球性测试。试样在规定压力下，与标准羊毛织物或自身进行多方向的摩擦，通过评估试样外观变化（如破损、起球）来确定耐磨性能。
高频往复试验机：
- 结构： 包括一个高精度往复驱动系统、一个球夹持加载系统、一个油浴加热平台以及数据采集系统。
- 功能： 主要用于评定液体燃料（如柴油）或润滑油的润滑性能。一个钢球在小的冲程和高的频率下在金属平板上往复滑动，通过测量平板上形成的磨斑直径来评价液体的抗磨性，这是评价低粘度燃料润滑性的关键设备。
Taber线性磨耗仪：
- 结构： 由直线驱动臂、可更换的磨头夹具、载荷调节砝码和平台组成。
- 功能： 适用于测试较小区域或曲面试样的耐磨性。磨头（可以是笔、球、特定摩擦块等）在试样表面做直线往复运动，可模拟指甲、橡皮擦等的摩擦，广泛用于按键、手机外壳、镜片等表面涂层的耐磨测试。