摩耗の評価方法

摩耗試験では、材料や条件によって、材料除去、塑性変形、移着、亀裂、剥離など、さまざまな表面変化が生じます。評価では、摩擦力の推移、摩耗量、摩耗痕形状、表面観察などを組み合わせて判断します。

この記事では、摩耗試験の結果をどのようにまとめて評価をすればよいか解説していきます。

摩擦力の変化によって評価する

摩擦力の変化は、摩耗の優劣の定量化というよりは、摩耗試験中の接触状態の経時変化を把握するのに適しています。例えば、以下のような往復動によって摩耗データが測定された場合、約50sec、100sec、250sec付近で接触状態または摩擦状態が変化した可能性が考えられます。

このように、摩擦力の変化は、摩耗の進行や摩耗形態の変化がどのくらいの時間（または往復回数や摩耗距離）で起きたかを推定する手がかりになります。ただし、摩擦力の変化だけで摩耗量や摩耗形態を確定することはできません。移着膜、摩耗粉、表面粗さ、温度、潤滑状態などでも波形は変化するため、摩耗痕の観察や摩耗量の測定と併せて判断します。

摩耗した体積の比較によって評価する

摩擦力の変化だけだと、摩耗量を定量化して、耐摩耗性に順列をつけられません。そこで、摩耗の順列は、摩耗試験前後の試料が失った体積の変化で比較します。

このとき、摩耗体積を荷重と滑り距離で除した比摩耗量(specific wear rate)【単位：mm³/(N・m)】が摩耗の優劣評価で用いられます。

摩耗体積を求める方法として、以下2つがあります。

試験前後の質量変化から計算する方法（質量差を試料の密度で除して体積に換算します）
試験後の摩耗痕深さを粗さ計で計測し、以下の計算式によって摩耗断面積を求めてから体積計算を行う方法

ビッカース硬度によって評価する

以下では、引用文献で採用されている定義に従い、比摩耗量に試料のビッカース硬さHvを組み合わせた指標【単位：mm³・Hv/(N・m)】を「摩耗係数」と呼びます。摩耗の激しさを比較する場合に使用され、以下のグラフでは、摩耗係数によって摩耗形態を分類しています。なお、摩耗係数の名称と定義は文献や分野によって異なることがあるため、他の資料と比較する際は定義をご確認ください。