解決全球問題的摩擦學(xué)測試

您能否簡要介紹一下摩擦學(xué)測試及其在全球問題中的重要性？

實驗室中任何可以測量運動部件摩擦力或磨損的科學(xué)儀器都可以稱為“摩擦學(xué)測試儀”。此類儀器的更大目標(biāo)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(xué)測試的系統(tǒng)方法，隨之又開發(fā)了幾種標(biāo)準(zhǔn)化的測試方法。

摩擦學(xué)測試儀器分為標(biāo)準(zhǔn)儀器和定制儀器兩大類。標(biāo)準(zhǔn)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(jié)果可重復(fù)性和再現(xiàn)性的儀器設(shè)計和實驗方法。標(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)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(guān)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(jié)果被完全忽略，這將花費數(shù)十億美元。 盡管摩擦學(xué)并不是這些問題背后的唯一原因，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(xué)測試將確保產(chǎn)品符合行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，從而保護我們的環(huán)境并提高整體安全性。 存在三個關(guān)鍵的全球問題：氣候變化、可再生能源和健康老齡化，可以通過技術(shù)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(xué)測試如何影響氣候變化？

運輸和采礦是產(chǎn)生導(dǎo)致氣候變化的溫室氣體的兩個關(guān)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(xué)研究表明，可以使用材料科學(xué)領(lǐng)域的尖端技術(shù)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(guān)。

圖 1. 材料的摩擦和磨損與碳排放有關(guān)。

摩擦學(xué)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(jié)果見表 1。

表 1. Ducom 摩擦學(xué)測試儀器和相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，用于研究減少摩擦和磨損的材料。

摩擦學(xué)測試如何影響可再生能源？ 

大約 20% 的全球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(fēng)能的份額分別為 303 吉瓦和 487 吉瓦。 太陽能光伏和風(fēng)力渦輪機的效率很大程度上取決于它們抵抗風(fēng)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(dǎo)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(xué)傳輸率提高到 100%。 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(xué)和相關(guān)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(fēng)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(fēng)電場的空氣動力學(xué)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(dǎo)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(fēng)能發(fā)電效率方面發(fā)揮著關(guān)鍵作用。

摩擦學(xué)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(yù)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(guān)。 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(guān)的感染；干燥綜合征——口腔、眼睛和關(guān)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(dǎo)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(dǎo)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(guān)。

在這方面，摩擦學(xué)測試的責(zé)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(fù)性和可再現(xiàn)性測試結(jié)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(lǐng)域的主要意見領(lǐng)袖進行討論，這些討論幫助我們開發(fā)了兩種摩擦學(xué)測試儀器：Ducom BioTribometer 和 Ducom UniTest。 Ducom BioTribometer（符合與牙科和骨科相關(guān)的 ASTM 測試標(biāo)準(zhǔn)）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(lǐng)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(xué)領(lǐng)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(shè)備，我們通過位于荷蘭、美國、印度和馬來西亞的全球中心為全球客戶和銷售合作伙伴提供服務(wù)。 我們將這一成功歸功于創(chuàng)始人 Dube 先生的哲學(xué)，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(xué)，這讓我們 以“以客戶為中心”的方式占領(lǐng)市場。 我們的方法與我們在相同業(yè)務(wù)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(xué)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(xué)測試儀器的功能，因此產(chǎn)生的結(jié)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(wù)是獨一無二的，我們提供全面的支持，增加客戶摩擦學(xué)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(xué)測試儀器應(yīng)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(xué)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(yù)設(shè)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(yù)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(yù)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(xué)家理解和分析已生成數(shù)據(jù)的技術(shù)，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(jié)構(gòu)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(lǐng)域的所有潛在客戶都能負擔(dān)得起。