CN111566254A - 地面及与其相关的设备和方法 - Google Patents

Abstract

地面，其包括杨氏模量在100Gpa和1000Gpa之间的基底(110)和/或形成工作表面的表面涂层，其中所述地面的一个工作表面(120)的维氏硬度在1300kgf/mm²和10000kgf/mm²之间，其中所述表面涂层包括无定形碳和/或氮化钛和/或氮化铬和/或者碳化钨。

Description

地面及与其相关的设备和方法

技术领域

本发明涉及地面(特别是测试表面)及相关的制造方法。本发明还涉及设备(特别是测试设备)及相关的方法。

背景技术

使用地面(特别是路面)从而设计和测试旨在用于地面的例如为了制造轮胎部件的新型材料和产品。

因此，在轮胎部分(例如轮胎胎面的材料)的设计期间，对其在应力负荷下的表现(例如在驱动扭矩或制动扭矩下，或在转弯下，或在具有地面/轮胎差速滑移情况下的表现)进行表征是重要的。

在室外轨道上(例如在制动轨道上)进行测试相对昂贵，冗长，并且很难考虑轮胎的长期磨损。

因此，可能需要在实验室中在摩擦测试机上进行测量以重现轮胎部分(例如由橡胶制成)与路面之间的摩擦力，该摩擦力占据轮胎与路面接触的接触斑块中产生的大部分力。

目前，已知的地面不允许在实验室中进行代表路面表现的测量。

这是因为已经发现，在实验室测试设备(如摩擦测试机)上测得的抓地力系数远低于在路面上的抓地力系数，通常低一半。

发明内容

本发明的目的为提供一种可以减少这些缺点的地面。本发明的一个目的为提供一种用于实验室测试的地面，所述地面能够表现出路面的特性并且足够坚固以用于重复使用。

为此，提供了一种地面，所述地面包括杨氏模量在100GPa和1000GPa之间，优选在100GPa和500GPa之间的基底，并且其中所述地面的工作表面的维氏硬度在1300kgf/mm²和10000kgf/mm²之间，优选在1500kgf/mm²和3500kgf/mm²之间。为此目的，可替代地或附加地，提供一种地面，所述地面包括基底和形成工作表面的表面涂层，所述基底的杨氏模量在100GPa和1000GPa之间，优选在100GPa和500GPa之间，所述表面涂层包含无定形碳和/或氮化钛和/或氮化铬和/或碳化钨。

因此，可以获得具有期望特性(例如路面特性)的地面，可以进行反复测试同时即使反复使用也能够保持其摩擦特性，从而能够确保所进行的测试的相关性。

有利地，本发明由以下特征补充，单独考虑这些特征或以其任何技术上可行的组合考虑这些特征：

-表面涂层形成工作表面，

-表面涂层包含无定形碳和/或氮化钛和/或氮化铬和/或碳化钨，

-表面涂层的厚度在0.1μm和100μm之间，优选在2μm和5μm之间，

-基底的杨氏模量在100GPa和500GPa之间，

-地面的工作表面的维氏硬度在1500和3500kgf/mm²之间，

-基底包含不锈钢和/或碳化钨和/或陶瓷，

-地面的工作表面上纹理的平均深度介于0.3mm和1.7mm之间，

-橡胶与地面的工作表面之间的抓地力系数在0.5和2之间。

本发明还涉及用于测试部件的测试设备，其包括：

-所述地面，和

-用于将部件按压在地面上并在部件和地面之间产生相对运动的装置。

有利地，本发明由以下特征补充，单独考虑这些特征或以其任何技术上可行的组合考虑这些特征：

-所述设备为滚动设备，

-所述设备为摩擦测试机。

本发明还涉及一种用于制造所述地面的方法，所述方法包括获得基底的步骤。

有利地，本发明由以下特征补充，单独考虑这些特征或以其任何技术上可行的组合考虑这些特征：

-在基底上产生凸纹的步骤，

-通过增材制造(例如使用陶瓷)在基底上产生凸纹的步骤，

-通过加工(例如通过激光加工)产生凸纹的步骤，

-激光加工是对包含碳化钨的固体块进行激光加工，

-激光加工是对包含不锈钢的固体块进行激光加工，

-用不锈钢粉末通过表面激光熔融产生凸纹的步骤，

-表面处理步骤，其包括形成表面涂层的步骤，所述表面涂层形成工作表面，

-获得基底的步骤进一步包括调整所产生的凸纹的步骤。

本发明还涉及一种通过所述设备测试部件的方法，所述方法包括将部件按压在地面上和/或在部件与地面之间产生相对运动。

附图说明

通过以下一些实施方案的描述，本发明的其他特征和优点将变得显而易见。在附图中：

-图1a和图1b示出了根据本发明示例性实施方案的地面，

-图2示出了根据本发明一个示例性实施方案的制造方法，

-图3示出了根据本发明一个示例性实施方案的设备，和

-图4示出了根据本发明一个示例性实施方案的测试方法，

-图5a示出了根据本发明一个示例性实施方案的参考地面，

-图5b示出了根据本发明一个示例性实施方案处理的参考地面的凸纹，以及

-图5c示出了根据本发明一个示例性实施方案转换的图5b的参考地面的凸纹，

-图6示出了根据本发明一个示例性实施方案，摩擦系数随动态长度变化的测量结果。

具体实施方式

制造方法

参照图2描述一种用于制造地面(例如下文所描述的地面)的方法。

基底的产生

所述方法包括获得基底110(例如下文所描述的基底110)的步骤21。获得基底110的步骤可以是产生基底110的步骤或者是采购基底110的步骤。

步骤21可包括确定待复制的凸纹的步骤212。凸纹可以定义为非平面纹理，例如相对于中平面的例如高度变化。待复制的凸纹可以是宏凸纹。宏凸纹相对于微凸纹定义。可替代地或附加地，宏凸纹可以定义为可以以纹理平均深度的测量精度来测量的凸纹，例如下文所描述的。宏凸纹可以对应于具有约1厘米特征尺寸(例如厘米尺度)的凸纹。

由此可以确定地面上待获得的凸纹。

步骤212可包括步骤2121，该步骤2121例如使用数据处理装置(例如数据处理单元(例如处理器))来获得与待复制的凸纹有关的数据。因此可以将与待复制的凸纹有关的数据预先存储在例如存储装置(例如存储单元(例如存储器))中。因此，与待复制的凸纹有关的数据是可用的，而无需事先进行额外的测量。

可替代地或附加地，步骤212可包括获得参考地面的步骤2122。获得参考地面的步骤2122可以是制造参考地面的步骤。

参考图5a描述参考地面。参考地面可以包含碎屑。碎屑可以是碎天然岩石的碎屑和/或尺寸约为1cm的碎屑。这样的参考地面结构由于其凸纹而显示出良好的耐抛光能力和极小的侵蚀性，远远超出了天然岩石可能表现出的特性。

参考地面可以是道路的核心样本。道路可以是路面，例如室外路面。路面可以包含混凝土和/或沥青和/或碎天然岩石。因此，步骤2122可包括采集道路的核心样本。道路的核心采样可包括对道路表面进行采样。参考地面例如为镶嵌型的地面，也就是说，其包括至少一个碎屑彼此相邻设置的部分，这种地面特别适合与摩擦测试机一起使用。

因此，参考地面可以形成在地面上待复制的新型凸纹。

参考地面可包括纹理环510。所述环510可包括待复制的凸纹。所述环510可以设置在21mm半径和48mm半径之间和/或可以在21mm半径和48mm半径之间延伸。这样的尺寸可以适合于用于这种应用的摩擦测试机试样的尺寸。所述摩擦测试机可以是允许旋转动力学的摩擦测试机或线性摩擦测试机。

步骤212可包括测量参考地面的凸纹(例如待复制的凸纹)的步骤2123。因此，可以获得参考地面的表面的图像。可以使用轮廓仪，例如光学轮廓仪，例如通过投射结构光和/或通过干涉法和/或通过共焦测量来进行步骤2123。轮廓仪可包括具有约10×10cm场尺寸的传感器，例如具有100μm分辨率的传感器。轮廓仪例如是由Nanofocus销售的μsurfexpert型轮廓仪。在步骤2123结束时，可以例如以与对参考地面的凸纹进行的测量相对应的数据的形式来获得所测量的参考地面的凸纹。

步骤212可包括处理在步骤2123中测得的与参考地面的凸纹有关的数据的步骤2124。步骤2124可包括重新组合在步骤2123中测得的参考地面的凸纹。步骤2124可包括对在步骤2123中测得的参考地面的凸纹进行滤波，例如低通滤波(例如截止波长为300μm的低通滤波)，例如滑动窗口空间滤波(例如窗口尺寸为300μm的滑动窗口空间滤波)。步骤2124可包括对在步骤2123中测得的参考地面的凸纹进行矫直，例如旋转凸纹平面，例如平均平面，平均平面可以是例如使用线性回归获得的凸纹的峰的平均平面。步骤2124可以通过数据处理装置进行。因此，在步骤2124结束时，在数据处理之后，例如以与对参考地面的凸纹进行的测量相对应的数据的形式来获得参考地面的经处理的凸纹。该方法可包括例如在终端上显示和/或描绘经处理的参考地面的凸纹。在图5b中示出了在步骤2124中获得的对应于表面的经处理的参考地面凸纹的实例。

因此，例如可以获得试图在地面上复制的轮廓测定法。

步骤212可包括步骤2125，所述步骤2125将例如在步骤2123中测得的和/或在步骤2124中处理的参考地面的凸纹转换成实体。步骤2125可包括将参考地面凸纹从二维描绘转换为三维描绘，例如将其转换为三维文件。步骤2125可以通过数据处理装置进行。因此，在步骤2125结束时，可能在数据处理之后以及在转换之后，可以例如以与对参考地面的凸纹进行的测量相对应的数据的形式来获得参考地面的经转换的凸纹。该方法可包括例如在终端上显示和/或描绘经转换的参考地面的凸纹。在图5c中示出了在步骤2125中获得的经转换以对应于实体的参考地面凸纹的实例。

由此获得的数据可以形成一组指令，以提供给生产设备和/或制造设备(例如加工装置)，以产生地面，特别是基底和/或凸纹。

步骤212可包括步骤2126，所述步骤2126记录例如在步骤2123中测得和/或在步骤2124中处理，和/或在步骤2125中转换为实体的参考地面的凸纹。记录可以例如通过数据处理装置在存储装置上执行。

步骤212可包括步骤2127，所述步骤2127根据在步骤2126中进行的记录和/或根据在步骤2121中获得的数据来制造原型。可以使用3-D打印来进行制造。原型可以由树脂制成。因此，可以验证经由步骤212获得的凸纹。

步骤21可包括步骤213，所述步骤213产生基底110的凸纹，例如基底的第一凸纹，例如宏凸纹。可以根据在步骤212中确定的，例如在步骤2126中记录的待复制的凸纹来产生基底的凸纹。

可以在步骤213中通过例如使用消融技术去除材料来产生凸纹。

凸纹可以通过加工来产生。

凸纹可以通过激光(例如通过激光加工)来产生。可以通过激光加工来产生凸纹，例如连续或脉冲激光加工，例如使用纳秒激光加工，例如聚焦在表面上的光束直径在10μm至100μm之间，例如在25μm至35μm之间，例如约30μm。凸纹可以通过激光加工工件(例如固体块)来产生。

工件可以是金属工件，特别是固体金属块，所述固体金属块例如包含钢，例如不锈钢，例如X4CrNiMoN21-9-4不锈钢。固体金属块可以是钢例如不锈钢，例如X4CrNiMoN21-9-4不锈钢的固体块。

工件可以包含碳化物，例如碳化钨。工件可以为碳化物(例如碳化钨)的固体快。

工件的整体尺寸可以约为完成部件的整体尺寸和/或可以为光滑的和/或可以具有比纹理的预期深度更大，至少大一个数量级(例如大约一个数量级)的厚度。

因此，这种加工允许通过材料的消融来形成凸纹。该技术特别有利于产生代表由新鲜沥青制成的路面的地面，特别是在湿润时橡胶与地面之间的抓地力系数方面。

可以通过使用切削工具去除材料进行加工来产生凸纹，该切削工具具有例如切削刃。

可以在步骤213中使用增材制造来产生凸纹。

凸纹可以通过印刷(例如通过3-D打印)来产生。凸纹可以用陶瓷来产生。该步骤213可包括沉积陶瓷粉末和/或烧制陶瓷粉末的一个或几个步骤。这种技术可以整体地产生基底。

凸纹可以通过表面激光熔融，例如由粉末，例如粉末状钢，例如不锈钢，例如X4CrNiMoN21-9-4不锈钢来产生。这种技术可以整体地产生基底。

由此产生的凸纹可以是地面基底110确定的凸纹。可替代地，所述方法可包括修改在步骤213中所产生的凸纹。

因此，所述方法(例如步骤21)可包括步骤214，所述步骤214调整所产生的凸纹，例如调整步骤213中所产生的凸纹的粗糙度，例如调整例如微凸纹或微粗糙度的幅度，从而例如获得在基底上的第二凸纹。因此，所述方法(例如步骤21)可包括步骤214，所述步骤214减弱所产生的凸纹，例如减弱步骤213中所产生的凸纹的粗糙度，例如减小例如微凸纹或微粗糙度的幅度。因此，可替代地或附加地，所述方法(例如步骤21)可包括步骤214，所述步骤214放大所产生的凸纹，例如放大步骤213中所产生的凸纹的粗糙度，例如增大例如微凸纹或微粗糙度的幅度。

在这种情况下，在步骤213中产生的凸纹是在地面的制造中在步骤214中修改的第一凸纹。调整的粗糙度例如为微凸纹和/或微粗糙度。微凸纹例如相对于宏凸纹定义，所述宏凸纹的幅度大于微凸纹。可替代地或附加地，微凸纹可以定义为尺寸小于100μm的凸纹。可替代地或附加地，微凸纹可以定义为尺寸小于步骤213中使用的凸纹生成技术(例如加工或消融，特别是激光加工或消融)所允许的精度的凸纹，例如可以用纹理平均深度测量精度进行测量(例如下面所描述的)，但无法使用步骤213中使用的凸纹生成技术来掌握。微粗糙度是指例如波长短于步骤2127中记录的凸纹和/或步骤2121中获得的凸纹数据所描述的最小粗糙度，和/或小于步骤213中使用的凸纹生成技术(例如加工或消融，特别是激光加工或消融)所允许的精度的凸纹。因此，可以接近在实验室中待复制的地面(例如路面)上测得的微凸纹。

可以使用激光来进行调整。因此，步骤214可包括使用表面激光熔融进行调整的第一步骤2141。因此，例如为了调整凸纹的局部粗糙度，可以重新熔融凸纹的表面。步骤214可包括飞秒脉冲激光调整的第二步骤2142，例如在第一步骤2141之后或作为第一步骤2141的替代。步骤214(优选步骤2141和/或2142)优选在步骤212之后进行，在步骤212中通过增材制造(特别是通过3D打印)产生凸纹。

因此，在步骤21结束时，获得基底110的凸纹。基底的凸纹可以限定或对应于如下所描述的工作表面120的凸纹。基底110上凸纹所位于的那部分可以至少部分地或完全地形成工作表面120。可替代地，可以在凸纹上施加如下文所描述的处理，例如形成表面涂层，以便例如至少部分地或完全地形成工作表面120。在这种情况下，工作表面至少部分地布置在基底110的凸纹的顶部上。

表面处理

所述方法可包括表面处理步骤22。所述步骤22可包括步骤222，所述步骤222获得(例如形成，例如沉积)表面涂层122，所述表面涂层122例如包含无定形碳和/或氮化钛和/或氮化铬，例如由无定形碳和/或氮化钛和/或氮化铬和/或碳化钨制成。表面涂层可以是如下文所描述的表面涂层。

因此可以增大表面硬度，例如工作表面的硬度，例如如下面所描述的。由此，可以提供高的耐抛光性。

当通过对不锈钢的固体块进行表面激光熔融和/或通过纳秒激光加工已经实现了产生凸纹的步骤213时，优选实施步骤22。

所述方法可以以下方式进行：优选地当如下所描述的施加装置312包括被设计为使部件32相对运动的电机时，为基底选择的材料确保在没有表面涂层情况下的高硬度水平。

检验

所述方法可包括检验在步骤21和/或22中获得的地面的步骤23。该检验可以在干摩擦和/或湿摩擦的条件下进行。检验可包括使用摩擦测试机(特别是线性摩擦测试机)和/或使用滚动设备的测量。检验可包括将测量结果与摩擦曲线进行比较。

地面

参考图1a和图1b描述地面。地面例如为测试地面，例如用于测试部件的地面，例如用于测试轮胎和/或轮胎部分和/或橡胶的地面。

地面包括基底110。所述基底110的杨氏模量在100GPa和1000GPa之间，优选在100GPa和500GPa之间。该杨氏模量比橡胶的杨氏模量高得多，例如在玻璃体区域压缩时，橡胶的模量至多为3GPa至10GPa。这样的杨氏模量还超过了铝的杨氏模量。因此，即使在使用过程中，橡胶也比相对不变形的基底保持更大的可变形性。

地面包括工作表面120。所述工作表面可以是基底110的表面和/或如下文所描述的表面涂层的表面。地面的工作表面120的维氏硬度在1300kgf/mm²和10000kgf/mm²之间，优选在1500kgf/mm²和3500kgf/mm²之间，和/或地面包括形成工作表面的表面涂层，其中表面涂层包含无定形碳和/或氮化钛和/或氮化铬和/或碳化钨。因此工作表面使得地面达到高水平的硬度。

“kgf”表示千克力，1kgf＝9.80665N。

因此，能够获得具有期望特性的地面，例如路面的地面，可以进行反复测试同时即使反复使用也能够保持其摩擦特性，从而能够确保所进行的测试的相关性。这样的地面对于例如在干地面和/或湿地面上的测试抓地特性特别有效。

地面例如使用上述制造方法获得。

此外，这样的地面对于例如使用如下文所描述的测试设备来测试轮胎/地面力特性也是有效的，对于这些特性，已知的地面要么不能实现代表路面的形貌，要么表现出过度的磨损，因此需要经常更换地面。由于与已知的地面不同，因此可以避免成本问题和可重复性问题。

具体地，实验室中使用的现有技术的地面不会再现路面的特性和/或过早地磨损，因此使用现有技术的地面进行测试的可重复性降低。

轮胎在湿地面上抓握的机制之一是由于在地面上滑动的橡胶的变形。由于轮胎材料的粘弹性，这种变形导致能量耗散，该能量耗散与摩擦力直接相关。因此，与在制动轨道上对整个轮胎的抓地力测量相比，对地面粗糙度的了解和控制对于确保实验室中摩擦测量的相关性至关重要。

路面通常由沥青粘合剂和碎石的碎屑制成，碎石的岩石学性质和尺寸可以在地面之间彼此不同。就粗糙度而言，路面的特征在于其多尺度性质(特征粗糙度尺寸范围为1cm至1μm或更小)和准分形结构。

此处所描述的地面(可以改善实验室测量的相关性)克服的困难之一是确保在测试过程中橡胶所摩擦的地面的粗糙度确实可以代表路面的特性。在这方面，此处可以将术语“动态长度”定义为橡胶在地面上某个点滑过的累计长度。在轮胎的橡胶与密集使用的制动轨道的路面之间的真实接触中，在制动轨道的两年使用期间，地面上的某个点所经历的动态长度约为十米。相比之下，在实验室中，表征橡胶的多个操作点(压力、速度、温度)，以及摩擦总是在同一位置发生的事实，使地面上的某个点经历的动态长度要高出几个数量级(在实验室的一年使用中，碎屑约10km)。这导致表现出岩石的抛光/侵蚀现象，该现象在实验室中发生的速度比在室外轨道上发生的速度快得多。这表现在实验室抓地力水平上，该水平总体上低于室外轨道，并且在地面寿命期间变化很大。

现有技术表明，天然岩石都不能限制抛光机制并保持与室外轨道相当的抓地力水平。

由于基底的弹性模量及地面的工作表面和/或表面涂层材料的硬度，此处描述的并且可以通过上述方法获得的地面能够克服这些缺点。

基底110可包括固体块(例如金属固体块)或由固体块形成。基底110可包括钢，例如不锈钢，例如X4CrNiMoN21-9-4不锈钢，和/或奥氏体不锈钢，例如X2CrNi18-9不锈钢，和/或碳化物，例如碳化钨，和/或陶瓷，例如氧化锆陶瓷，例如氧化锆Zr700。基底110可包括固体钢块或由固体钢块形成和/或由固体钢块组成，例如由不锈钢(例如，X4CrNiMoN21-9-4不锈钢)和/或奥氏体不锈钢(例如，X2CrNi18-9不锈钢)，碳化钨，和/或陶瓷(例如氧化锆陶瓷，例如氧化锆Zr700)制成。

地面的工作表面120可以具有在1300kgf/mm²和10000kgf/mm²之间，优选在1500kgf/mm²和3500kgf/mm²之间的维氏硬度。

地面可包括表面涂层130。因此可以增加表面硬度，特别是工作表面的硬度。由此，可以提供高的耐抛光性。

表面涂层130的厚度可以在0.1和100μm之间，优选在2和5μm之间，优选为3μm。因此，可以选择涂层的厚度，以使其不改变粗糙度的幅度，并因此不改变基底的摩擦响应。

表面涂层130包含以下物质或由以下物质组成：无定形碳(类金刚石碳)和/或氮化钛和/或氮化铬和/或碳化钨。

表面涂层130可包括工作表面120。

工作表面120可以形成测试表面。工作表面120可以设计为使得将待测试的部件按压在工作表面120上。

工作表面120可具有如上所描述的凸纹。

工作表面120上的平均纹理深度可以介于0.3和1.7mm之间，例如为1mm。平均纹理深度根据2011年3月7日的欧盟委员会(EU)第228/2011号法规(附件V 3.1(4))确定。

橡胶与地面的工作表面120之间的抓地力系数可以介于0.5和2之间。在湿条件下(例如在工作表面120和/或地面浸入水中的条件下)，例如使用稳态线性摩擦测试测量在25℃的水温下，在4巴下以1m/s速度的累积滑移长度或动态长度为100mm时的抓地力系数。累积滑移长度或动态长度是两个表面(例如橡胶表面和地面表面)在地面的参考平面中累积的相对位移量。

用于建立抓地力系数的橡胶可以是具有代表轮胎胎面配混物中所用橡胶的组成的橡胶。

用于建立抓地力系数的橡胶的特征在于损耗因子tan(δ)和复数模量G*。

动力学性质max(tan(δ))例如根据标准ASTM D 5992-96在粘度分析仪5(MetravibVA4000)上测量。测量包括根据标准ASTM D 1349-99，记录硫化组合物样品(例如，厚度为4mm，横截面为400mm²的圆柱形试样)在10Hz的频率下，在标准温度条件下(例如23℃)经受简单交替正弦剪切应力下的响应。然后将记录的响应由0.1％至50％(向外循环)，然后由50％至1％(返回循环)进行峰至峰的应变振幅扫描。使用的结果为损耗因子tan(δ)。对于返回循环，标明观察到的最大tan(δ)值max(tan(δ))。

复数模量例如以以下方式测量。测量包括记录硫化组合物样品在温度扫描过程中经受简单交替正弦剪切应力的响应，在10Hz的频率下，温度范围为-60℃至100℃，速率为1.5℃/分钟经受施加的0.7MPa的正弦应力的响应。对于记录的响应，橡胶tan(δ)最大值的温度表示为“Tg(℃)max(tan(δ))”。使用的另一个结果为复数动态剪切模量(G*)(例如在60℃下)。为了更好的可读性，G*结果将以基数100显示，将值100分配给对照。小于100的结果表示相关值的减少，相反，大于100的结果表示相关值的增大。

工作表面(例如地面)可以具有包括至少一个弯曲部分的形状，例如，圆弧。工作表面(例如地面)可以具有包括至少一个闭合曲线的形状，例如，圆形。因此，地面可以形成滚动道路鼓。

工作表面(例如地面)可以具有包括至少一个形成带的部分的形状，例如自身结合在一起的带的形式，例如履带的形式。这样的工作表面或这样的地面可以通过如下文所描述的“平轨”类型的滚动设备来使用。

地面可以形成试样。地面的尺寸可适于形成如下文所描述的适于由测试设备使用的试样。

设备

参照图3描述了用于测试部件32的设备31。所述设备31包括如上所描述的地面1。设备31包括装置312，所述装置312用于将部件32按压在地面1上(例如，将部件32按压在工作表面120上)和/或用于使部件32和地面1相对运动。

按压装置312可包括施加器，该施加器设计为将部件32压向地面1。所述施加器可包括臂。

运动可以是直线运动或旋转运动。运动可以是地面的运动，而部件32保持静止。

按压装置312可包括电机和/或轴和/或臂，该电机和/或轴和/或臂设计为引起部件32和地面之间的相对运动。

部件32可以为或包括轮胎和/或轮胎部分和/或橡胶。部件32可以为或包括车轮的至少一部分，例如一个车轮。

按压装置312可以设计为调节部件31相对于地面的速度，例如线性行进的速度或环形行进的速度(例如旋转速度)。速度可以介于0.5m/s和1.5m/s之间，例如介于0.9m/s和1.2m/s之间。

该设备可包括温度控制装置，该温度控制装置可以控制环境温度和/或部件31的初始温度。该设备和/或包括该设备的组件或系统可包括温度控制装置。温度控制装置可包括温度控制设备，例如恒温器，例如加热器，例如电阻元件，和/或冷却设备。该设备例如被配置为以将温度保持在20℃至30℃之间，例如保持在25℃的方式来控制温度。

该设备可包括用于测量至少一个物理量，例如一个或多个物理量的装置。测量装置可包括用于感测至少一个物理量，例如力和/或力矩的测量传感器。

该设备可包括数据处理装置，例如数据处理单元，例如处理器。数据处理装置例如与在制造方法的上下文中已经描述的那些和/或在以下使用方法的上下文中已经描述的那些相同。

设备31可以为摩擦测试机，例如线性摩擦测试机或具有旋转构造的摩擦测试机或旋转摩擦测试机。

按压装置312可以设计为施加垂直于地面的负荷，例如垂直于中平面的负荷，例如垂直于对应于工作表面的中平面的负荷，从而例如控制部件32与地面之间的平均接触压力。

按压装置312例如设计为使部件31相对于地面切向运动，例如相对于工作表面切向运动。当摩擦测试机为线性摩擦测试机时，该运动可以为直线平移运动。可替代地，当摩擦测试机为旋转摩擦测试机时，运动可以遵循环形路径，例如可以旋转。

测量装置可以设计成测量力，特别是切向力。可以在部件32和地面之间的界面处测量一个或多个物理量，例如力。

该设备(例如数据处理装置)可以设计为通过用法向力对切向力进行归一化来确定输出处的无量纲摩擦系数。

设备31可以为滚动设备。滚动设备可以是设计为使部件32滚动的设备。滚动设备可以设计为控制部件32的方向，例如部件32的中平面的方向，例如车轮或部件32的车轮部分或形成部件32的车轮部分的中平面的方向，从而将应力负荷施加至部件32上。可替代地或附加地，滚动设备可以设计为控制部件32的速度，从而将应力负荷施加至部件32上。可替代地或附加地，所述滚动设备可以设计为控制施加在部件32(例如部件32的中心，例如车轮的中心或部件32的车轮部分的中心)上的扭矩。

装置312可以设计为向地面上的部件32施加力，例如强度随时间增加直至达到设定力值的力。

测量装置可以设计为测量力和/或力矩。至少一个物理量(例如力)可以在部件的中心处(例如在部件32的车轮的中心处)测量。

所述设备(例如数据处理装置)可以设计为例如通过测量由测量装置测得的力和/或力矩来确定部件相对于地面的抓地力。

滚动设备可以为“平轨”型的滚动设备。对于这种滚动设备，工作表面(例如地面)可以具有包括至少形成如上所描述的带的部分的形式。

使用方法

参考图4描述了一种用于测试部件的方法。可以借助于设备31来测试部件。

所述方法可包括将部件32按压在地面1上的步骤41。

所述方法可包括测量部件32在地面1上(特别是在工作表面110上)的表现的步骤42。

滚动设备

该设备为或包括例如如上所描述的滚动设备。

可以在部件和/或地面没有相对旋转和/或绝对旋转的情况下实施步骤41。则步骤41可包括向地面上的部件32施加力，例如，强度随时间增加直至达到设定力值的力。

可替代地或附加地，在将部件按压在地面上的另一步骤41中，步骤41可包括使地面相对于部件旋转，例如使得地面驱动部件旋转从而使得地面和部件在实验室的参考系中均旋转。可以例如根据控制设定点调节部件32旋转的扭矩和/或滑移率。控制设定点可包括零转矩设定点或具有预定值的非零设定点。控制设定点可包括零滑移设定点或具有预定值的非零设定点。

可替代地或附加地，在将部件按压在地面上的另一步骤41中，可以将动态水平施加至部件32上，例如，部件相对于地面的滑移角的变化和/或部件相对于地面的外倾角的变化和/或负荷的变化和/或滑移率的变化。

步骤42可包括例如当部件32包括如上所描述的车轮时，在车轮的中心处测量一个或多个力和/或一个或多个力矩。

该方法可包括例如使用处理装置，例如通过力测量和力矩测量获得部件相对于地面的抓地力。

摩擦测试机

该设备为或包括例如如上所描述的摩擦测试机。

步骤41可包括施加垂直于地面的力，例如垂直于中平面的力，例如垂直于对应于工作表面的中平面的力，从而例如控制部件32与地面之间的平均接触压力。

步骤41可包括相对于地面(例如相对于工作表面)切向地按压部件31。当摩擦测试机为线性摩擦测试机时，运动可以为直线平移运动。可替代地，运动可以遵循环形路径，例如可以旋转。

步骤41可包括控制环境温度和/或部件31的初始温度。该设备和/或包括该设备的组件或系统可包括温度控制装置。

步骤42可包括测量力，特别是切向力。可以在部件32和地面之间的界面处测量至少一个物理量，例如力。

该方法可包括例如通过使用处理装置，通过用法向力对切向力进行归一化来确定输出处的无量纲摩擦系数。

详细实施例

参照图6描述了使用测试地面的详细实施例。

地面的基底是由X4CrNiMoN21-9-4不锈钢制成的金属，其凸纹是通过对固体块的脉冲激光加工(例如使用纳秒脉冲激光加工)而产生的。

地面的表面涂层由大约3μm的无定形碳制成。

复制的凸纹对应于参考地面。

对于测试地面，仅参考地面的介于30mm半径和46mm半径之间的环以这种方式进行纹理从而显示出凸纹。

参考地面的表面已预先转换为实体并进行记录，以允许制造测试地面。

使用摩擦测试机测试地面因摩擦而变化的方式。图6以对数刻度显示了在1.2m/s的速度，4巴的压力和25℃的环境温度下，最大归一化摩擦系数随动态长度(以m计)的变化。

针对总动态长度(1m、25m、250m、1000m、2500m)，在抛光的各个阶段观察经受摩擦的测试地面。在单个操作点(4巴，1.2m/s，25℃)下进行试运转。

即使在非常高的累积动态长度或滑移长度下，测试地面也可提供非常高的归一化摩擦系数(μ)。

此外，在测量过程中，测试地面的可见变化很小。

无定形碳涂层的存在不会明显改变凸纹，然而却改善了耐抛光性能。

曲线601和曲线602代表在沙砾制成的试运转地面上观察到的变化。测试地面的曲线603对抛光完全不敏感。

Claims (21)

1.地面，其包括杨氏模量在100GPa和1000GPa之间的基底(110)，其中所述地面的工作表面(120)的维氏硬度在1300kgf/mm²和10000kgf/mm²之间。

2.根据权利要求1所述的地面，其包括形成工作表面的表面涂层。

3.根据权利要求2所述的地面，其中所述表面涂层包含无定形碳和/或氮化钛和/或氮化铬和/或碳化钨。

4.地面，其包括杨氏模量在100GPa和1000GPa之间的基底(110)和形成工作表面的表面涂层，其中所述表面涂层包含无定形碳和/或氮化钛和/或氮化铬和/或碳化钨。

5.根据权利要求2至4中任一项所述的地面，其中，所述表面涂层的厚度在0.1μm和100μm之间，优选在2μm和5μm。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的地面，其中，所述基底的杨氏模量在100GPa和500GPa之间，和/或其中，所述地面的工作表面的维氏硬度在1500kgf/mm²和3500kgf/mm²之间。

7.根据前述权利要求中任一项所述的地面，其中，所述基底包含不锈钢和/或碳化钨和/或陶瓷。

8.根据前述权利要求中任一项所述的地面，其中，地面的工作表面的纹理的平均深度介于0.3mm和1.7mm之间。

9.根据前述权利要求中任一项所述的地面，其中，橡胶和地面的工作表面之间的抓地力系数在0.5和2之间。

10.用于测试部件的测试设备，其包括：

-根据前述权利要求中任一项所述的地面，和

-用于将部件按压在地面上和/或用于在部件和地面之间产生相对运动的装置(312)。

11.根据权利要求10所述的测试设备，其中，所述设备为滚动设备。

12.根据权利要求10所述的测试设备，其中，所述设备为摩擦测试机。

13.用于制造根据权利要求1至9中任一项所述的地面的方法，所述方法包括获得基底的步骤(21)。

14.根据权利要求13所述的方法，其中，获得基底的步骤包括使用陶瓷通过增材制造在基底上产生凸纹的步骤(213)。

15.根据权利要求13所述的方法，其中，获得基底的步骤包括通过加工，例如通过激光加工产生凸纹的步骤(213)。

16.根据权利要求15所述的方法，其中，激光加工是对包含碳化钨的固体块进行激光加工。

17.根据权利要求15所述的方法，其中，激光加工是对包含不锈钢的固体块进行激光加工。

18.根据权利要求13所述的方法，其中，获得基底的步骤包括使用不锈钢粉末通过表面激光熔融产生凸纹的步骤(213)。

19.根据权利要求13至18中任一项所述的方法，所述方法包括表面处理步骤(22)，所述表面处理步骤(22)包括形成表面涂层的步骤(222)，所述表面涂层形成工作表面。

20.根据权利要求13至19中任一项所述的方法，其中，获得基底的步骤还包括调整所产生的凸纹的步骤(214)。

21.通过根据权利要求10至12中任一项所述的设备来测试部件的测试方法，所述测试方法包括将部件按压在地面上和/或在部件和地面之间产生相对运动。

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