试验概述
试验名称：耐磨性能对比测试
试验单位：中国水产科学研究院东海所
试验方法：采用耐磨试验仪(MLA·200·WET型，意大利)进行耐磨试验，接触方式为销-盘面与面接触形式，销在盘上做圆周运动。
试验设备
MLA·200·WET型耐磨试验仪（意大利）
试验标准
GB/T 12444-2006 金属材料 磨损试验方法
实验原理
本试验主要研究以下三个方面的规律：
- 力和转速对高清合金材料与PET材料的平均摩擦系数的影响规律
- 力和转速对高清合金单丝与PET单丝的质量损失的影响规律
- 力和转速对高清合金材料和PET材料的平均磨损率的影响规律
试验结果与分析
1. 摩擦系数分析
试验研究了不同载荷和转速条件下，高清合金材料与PET材料的平均摩擦系数变化规律。
从图3(a)中可知，当力增大，高清合金的平均摩擦系数先减小后增大，在36N时取得最小摩擦系数38.83%，18N时摩擦系数为71.53%，而108N时摩擦系数下降至46.875%；当力增大时，PET材料的平均摩擦系数逐渐减小，摩擦系数在18N时为39.11%，在36N时摩擦系数为39.025%，108N时摩擦系数最小为27.115%。结果表明：当转速为0.36m/s，随着载荷的增大，平均摩擦系数为PET<高清合金。
图3(b)为转速对高清合金材料与PET材料平均摩擦系数的影响规律。随转速的增大，高清合金材料的平均摩擦系数呈现先减小后增大趋势，在0.24m/s时，高清合金材料取得最小摩擦系数38.83%，转速为0.12m/s时，摩擦系数为48.055%，转速为0.48m/s时，摩擦系数为44.76%；PET材料的平均摩擦系数呈现逐渐增大趋势，在0.12m/s时，PET取得最小平均摩擦系数为32.295%；转速为0.48m/s时，取得最大摩擦系数43.28%，转速为0.24m/s时，PET的平均摩擦系数为39.025%。结果表明：当载荷为36N时，随着转速的增大，平均摩擦系数为PET<高清合金。
分析结论：从图中可知，随着载荷和转速的增大，平均摩擦系数为PET<高清合金。载荷的增大使得接触表面上粗糙峰的面积增大、数量增多，接触峰点的应力也随之增大造成微观切削和挤压变形，导致摩擦力的增大，从而使摩擦系数增大。转速的增大导致摩擦表面温度升高、变形和化学反应等现象，也使得摩擦系数增大。
2. 质量损失分析
试验研究了不同载荷和转速条件下，高清合金单丝与PET单丝的质量损失变化规律。
由图可知，当力增大时，高清合金单丝与PET单丝的质量损失整体呈现逐渐增大的趋势，在18N时高清合金单丝取得最小质量损失12mg，而108N时质量损失为37mg；当力增大时，PET单丝在18N时为取得最小质量损失7mg，而108N时质量损失为16.5mg。
图4(b)为转速对高清合金单丝与PET单丝的质量损失的影响规律。随转速的增大，高清合金单丝与PET单丝的质量损失整体呈现逐渐增大的趋势，在0.12m/s时，高清合金单丝与PET单丝都取得最小质量损失，分别为10mg和5.5mg，转速为0.24m/s时，高清合金单丝的质量损失为14mg，PET单丝的质量损失为10mg，转速为0.48m/s时，高清合金单丝的质量损失为23.5mg，PET单丝的质量损失为13mg。
机理分析：两种单丝的质量损失随力增加而增加原因如下：载荷的增加导致了接触面温度的升高，使材料表面的硬度降低，材料发生软化，塑性变形增大，当循环应力作用于试样表面时，试样的磨损表面容易产生裂纹，导致大块材料的剥落，脱落的磨屑粒子又加速了磨损。
滑动速度对金属的磨损有较大影响，有研究表明，在较低滑动速度下，合金的磨损表面产生一层转移层，随着滑动速度的增加，产生的摩擦热增加从而引起温度的升高，这时基体的材质发生软化，导致真实的接触面增大，从而导致质量损失的增大。
3. 磨损率分析
试验研究了不同载荷和转速条件下，高清合金材料和PET材料的平均磨损率变化规律。
图5(a)为力对高清合金材料和PET材料的平均磨损率的影响规律。从图4(a)可知，随着载荷的增大，高清合金材料和PET材料的平均磨损率均呈现逐渐减小的趋势。当转速为0.24m/s时，载荷为36N时，PET的磨损率为0.01385%，高清合金的磨损率为0.00305%，PET的磨损率为高清合金的磨损率的4.5倍；当载荷增至108N时，高清合金的磨损率为0.003%，PET的磨损率为0.0076%，PET的磨损率为高清合金的磨损率的2.5倍。
由图5(b)可见，随着转速的增大，高清合金材料和PET材料的平均磨损率均呈现逐渐减小的趋势。当载荷为36N，转速为0.12m/s时，PET的磨损率为0.01525%，高清合金的磨损率为0.0043%，PET的磨损率为高清合金的磨损率的3.5倍；转速为0.24m/s时，PET的磨损率为0.01385%，高清合金的磨损率为0.00305%，PET的磨损率为高清合金的磨损率的4.5倍。
关键发现：高清合金材料的磨损率在0.0028%-0.0056%范围内，PET材料的磨损率在0.0069%-0.0194%之间。可得出，高清合金材料的耐磨性能优于PET材料。此外，载荷和转速的增大在加重摩擦表面粗糙峰的犁沟作用的同时，摩擦热的软化和氧化物的产生起到减磨润滑的作用，减小了磨损。所以两种材料的磨损率会出现下降趋势。
磨损机理分析
为了进一步探究高清合金磨损机理，利用SEM对磨损表面进行观察其磨损形貌（氧化磨损、粘着磨损、磨粒磨损）。
材料在摩擦过程中与周围介质中的氧元素发生反应从而引起的物质表面上损失的现象称为氧化磨损。这种磨损同时有两种作用产生，即氧化作用和机械作用。纯净的金属暴露在空气中时，表面会很快与空气中的氧反应，形成一层只有几十个分子厚度的氧化膜，形成十分迅速。氧化膜的形成主要存在如下过程，即氧元素析入金属中，氧化膜的生成与长大，以及最终由于相互接触导致氧化膜的破碎。因为氧化膜附着在金属的能力不好，当发生相互接触及相互运动时，很可能使氧化膜因接触及运动发生破裂而脱落，但是新的氧化膜又迅速形成。继续进行摩擦，氧化膜再脱落，从而造成氧化磨损。
试验结论
1. 高清合金材料的耐磨性能显著优于PET材料，其磨损率仅为PET材料的1/4到1/2。
2. 随着载荷和转速的增大，两种材料的摩擦系数均呈现不同变化趋势，但PET材料的摩擦系数始终低于高清合金材料。
3. 两种材料在磨损过程中表现出不同的磨损机理，高清合金主要受氧化磨损影响，而PET材料则表现出更明显的塑性变形特征。
4. 试验结果为水产养殖装备材料选择提供了重要参考依据，特别是在需要高耐磨性能的应用场景中。