解決全球問題的摩擦學測試

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您能否簡要介紹一下摩擦學測試及其在 問題中的重要性？

實驗室中任何可以測量運動部件摩擦力或磨損的科學儀器都可以稱為“摩擦學測試儀”。此類儀器的更大目標是再現(xiàn)真實或“現(xiàn)場”條件下，運行材料的摩擦和磨損機制。 1927 年 Pin on V 塊測試儀器發(fā)明后，開始了摩擦學測試的系統(tǒng)方法，隨之又開發(fā)了幾種標準化的測試方法。

摩擦學測試儀器分為標準儀器和定制儀器兩大類。標準測試儀器符合 ASTM、ISO、DIN、CEC、IP 等組織的規(guī)定，主要側(cè)重于測試結果可重復性和再現(xiàn)性的儀器設計和實驗方法。標準測試方法并非旨在重現(xiàn)實際/現(xiàn)場操作過程中經(jīng)歷的操作參數(shù)和磨損機制。使用定制儀器克服了標準測試儀器的這一缺點。

最近，大眾汽車排放問題和強生公司的髖關節(jié)置換召回事件表明，測試協(xié)議存在故意作弊或測試結果被完全忽略，這將花費數(shù)十億美元。 盡管摩擦學并不是這些問題背后的  原因，但它強調(diào)了測試的重要性及其對我們的影響。

我們相信摩擦學測試將確保產(chǎn)品符合行業(yè)標準，從而保護我們的環(huán)境并提高整體安全性。 存在三個關鍵的 問題：氣候變化、可再生能源和健康老齡化，可以通過技術先進的測試儀器實現(xiàn)最佳研究實踐來解決這些問題。

摩擦學測試如何影響氣候變化？

運輸和采礦是產(chǎn)生導致氣候變化的溫室氣體的兩個關于人類活動的例子。二氧化碳、氮氧化物和硫氧化物是在使用汽車、卡車、公共汽車或在采礦中進行鉆孔、研磨和挖掘時產(chǎn)生的一些廢氣。重要的是，燃料中的大部分能量會因摩擦而損失，例如重型車輛（卡車和公共汽車）中燃料總能量的 33% 用于減少運動部件之間的摩擦（來源： Kenneth Holmberg，芬蘭 VTT）。因此，摩擦是這個“拯救地球”故事中的反派。然而，摩擦學研究表明，可以使用材料科學領域的尖端技術來控制摩擦。由于這項對摩擦的研究，二氧化碳排放量的凈減少是可能的，如圖 1 所示，這表明摩擦和磨損與氣候變化直接相關。

圖 1. 材料的摩擦和磨損與碳排放有關。

摩擦學測試的作用是篩選減摩材料并確定運輸和采礦中最合適的候選材料，其結果見表 1。

表 1. Ducom 摩擦學測試儀器和相關標準，用于研究減少摩擦和磨損的材料。

摩擦學測試如何影響可再生能源？ 

大約 20% 的 能源需求由可再生能源滿足。 如圖 2 所示，2016 年可再生能源總產(chǎn)量為 2017 吉瓦，其中太陽能光伏（PV）和風能的份額分別為 303 吉瓦和 487 吉瓦。 太陽能光伏和風力渦輪機的效率很大程度上取決于它們抵抗風化雨和沙塵暴的能力。

圖 2. 2016 年產(chǎn)生的不同可再生能源來源。

安裝在沙漠地區(qū)的太陽能電池板暴露在沙粒中。這些顆粒撞擊會損壞保護光伏 (PV) 的玻璃面板，這個過程稱為固體顆粒侵蝕。玻璃面板的腐蝕導致漫反射并降低 36% 的光透射率（Bouzid 等人，J. Eur. Ceram. Soc.，2000，20：481488）。

這對太陽能來說是一個重大打擊，因為轉(zhuǎn)換率已經(jīng)很低，只有 20%。正在開發(fā)幾種類型的抗腐蝕涂層，以抵抗顆粒沖擊并將光學傳輸率提高到   。 Ducom Air Jet Erosion Tester 在實驗室中用于重現(xiàn)沙漠中的固體顆粒動力學和相關的侵蝕機制。該測試方法用于選擇可以優(yōu)化太陽能發(fā)電效率的保護涂層。

同樣，風力渦輪機葉片的邊緣會因雨滴的沖擊而損壞，這一過程稱為水滴侵蝕。葉片邊緣可能會出現(xiàn)小凹坑和分層，這反過來會降低風電場的空氣動力學效率。 Sareen 等人的一項研究。 al., (Wind Energy, 17, 2014) 表明渦輪葉片的腐蝕可導致高達 392 MWh/y 的功率損失。 Ducom 水滴侵蝕測試儀可用于實驗室模擬現(xiàn)場運行參數(shù)（雨滴大小、水滴速度、沖擊角度、降雨率等），以測試用于保護渦輪葉片的抗侵蝕涂層。值得一提的是，Ducom 侵蝕測試儀在提高太陽能和風能發(fā)電效率方面發(fā)揮著關鍵作用。

摩擦學測試如何影響健康老齡化？ 

由于多項拯救生命的醫(yī)療創(chuàng)新，平均預期壽命正在增加，但壽命更長并不一定與更健康的生活相關。 健康老齡化的一個基本概念是在老齡化過程中提供更好的生活質(zhì)量。 一些影響生活質(zhì)量的因素來自與生物材料相關的感染；干燥綜合征——口腔、眼睛和關節(jié)的干燥以及消費者護理產(chǎn)品的質(zhì)量。 在這些情況下，摩擦和磨損起著重要作用，生物材料的磨損是導致植入物失效的主要問題。 無法維持口腔和眼睛的自然潤滑會導致干燥綜合征患者的社交生活不佳，使用消費品后的皮膚刺激也與高摩擦和有限的感官知覺有關。

在這方面，摩擦學測試的責任是雙重的；需要模擬實驗室中的生理操作條件以及提供高水平的可重復性和可再現(xiàn)性測試結果。這些測試儀器用于篩選和選擇耐磨生物材料，超低摩擦生理 潤滑劑和皮膚接觸材料反過來可以改善感官知覺。

我們不斷與生物材料研究領域的主要意見領袖進行討論，這些討論幫助我們開發(fā)了兩種摩擦學測試儀器：Ducom BioTribometer 和 Ducom UniTest。 Ducom BioTribometer（符合與牙科和骨科相關的 ASTM 測試標準）用于篩選低磨損生物材料，如 UHMWPE、TiAV、TiNbN 涂層、DLC 涂層、ZrO、Al O、Stellite 等。 Ducom Unitest 帶有 MicroForce 頭是一種超低力測試儀器，可以模擬眼瞼和角膜之間的接觸壓力（~ 10 kPa），用于開發(fā)更好的隱形眼鏡和合成生理潤滑劑。

DUCOM 如何從您所在領域的其他公司中脫穎而出？ 

Ducom Instruments 創(chuàng)立于1978 年。 我們在摩擦學領域已有 40 年的歷史。 今天，我們在 25 個國家/地區(qū)擁有超過 1500 臺設備，我們通過位于荷蘭、美國、印度和馬來西亞的 中心為 客戶和銷售合作伙伴提供服務。 我們將這一成功歸功于創(chuàng)始人 Dube 先生的哲學，他明確指出銷售只是達到目的的一種手段，目的是為我們的客戶創(chuàng)造價值。 我們繼續(xù)遵循他的哲學，這讓我們 以“以客戶為中心”的方式占領市場。 我們的方法與我們在相同業(yè)務中看到的競爭對手的方法非常不同，我們的客戶可以從我們的方法中獲得長期利益。

我們的產(chǎn)品創(chuàng)造方法是““Not All in One but One for All””——一個提供不同摩擦學測試儀器的單一來源，可解決從 1200 °C 發(fā)動機葉片腐蝕到 10 °C 隱形眼鏡摩擦行為等廣泛問題。 因為我們認為“一體化”方法僅部分涵蓋了多種摩擦學測試儀器的功能，因此產(chǎn)生的結果不太令人滿意，并增加了機會成本并降低了研究吞吐量。

此外，我們的售后服務是獨一無二的，我們提供全面的支持，增加客戶摩擦學測試儀器的價值。作為中小企業(yè)，我們有能力花費“優(yōu)質(zhì)資源”來保障客戶的幸福，我們寧愿追求客戶的滿意，也不愿追求轉(zhuǎn)瞬即逝的利潤。

與 DUCOM 一起前進的計劃是什么？ 

我們認為，摩擦學測試儀器應具有最少的人機交互，以實現(xiàn)高研究吞吐量。在這方面，呂勒奧大學的杜康高溫摩擦儀就是一個很好的例子。該測試儀器經(jīng)過編程，可自動安裝樣品，加熱至 1000 ?C，并根據(jù)預設的操作參數(shù)運行 100 次摩擦和磨損測試。另一個這樣的例子是我們的新型 Ducom 四球測試儀 - FBT3 允許用戶進行 5 到 8 次磨損預防測試，而傳統(tǒng)的四球測試儀每天只能進行 2 到 4 次磨損預防測試。 除了提高測量次數(shù)外，我們還專注于可以幫助科學家理解和分析已生成數(shù)據(jù)的技術，我們的座右銘是“測量、理解和分析”。 我們正在盡最大努力在不顯著改變價格結構的情況下執(zhí)行上述所有操作。我們已將大量資源投入到成本工程中，以使我們在工業(yè)和研究領域的所有潛在客戶都能負擔得起。