ISO 8251:2011
(Main)Anodizing of aluminium and its alloys — Measurement of abrasion resistance of anodic oxidation coatings
Anodizing of aluminium and its alloys — Measurement of abrasion resistance of anodic oxidation coatings
ISO 8251:2011 specifies the following three test methods: a) abrasive-wheel-wear test method, determining the wear resistance and the wear index of anodic oxidation coatings on flat specimens of aluminium and its alloys; b) abrasive jet test method, comparing the resistance to abrasion of anodic oxidation coatings on aluminium and its alloys with that of a standard specimen or, alternatively, a reference specimen, by use of a jet of abrasive particles; c) falling sand abrasion method, determining the abrasion resistance with falling sand applied to thin anodic oxidation coatings. The use of these methods for coatings produced by hard anodizing is described in ISO 10074.
Anodisation de l'aluminium et de ses alliages — Détermination de la résistance à l'abrasion des couches d'oxyde anodiques
L'ISO 8251:2011 spécifie les trois méthodes d'essai suivantes: a) méthode d'essai d'usure à la roue abrasive, qui détermine la résistance à l'usure et de l'indice d'usure de couches anodiques formées sur des échantillons plats d'aluminium ou d'un de ses alliages; b) méthode d'essai au jet abrasif, qui compare la résistance à l'abrasion de couches anodiques formées sur l'aluminium ou l'un de ses alliages avec celle d'un échantillon normalisé ou, en variante, celle d'un échantillon de référence, à l'aide d'un jet de particules abrasives; c) méthode d'abrasion par chute de sable, qui détermine la résistance à l'abrasion par chute de sable appliquée à des couches anodiques minces. L'application de ces méthodes à des couches produites par anodisation dure est décrite dans l'ISO 10074.
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INTERNATIONAL ISO
STANDARD 8251
Second edition
2011-02-01
Anodizing of aluminium and its alloys —
Measurement of abrasion resistance of
anodic oxidation coatings
Anodisation de l'aluminium et de ses alliages — Détermination
de la résistance à l'abrasion des couches d'oxyde anodiques
Reference number
ISO 8251:2011(E)
©
ISO 2011
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ISO 8251:2011(E)
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ISO 8251:2011(E)
Contents Page
Foreword .iv
Introduction.v
1 Scope.1
2 Normative references.1
3 Terms and definitions .1
4 Characteristics of abrasion tests.2
4.1 Abrasive-wheel-wear test .2
4.2 Abrasive jet test.2
4.3 Falling sand abrasion test .2
5 Abrasive-wheel-wear test .3
5.1 Principle .3
5.2 Apparatus.3
5.3 Procedure.3
5.4 Calculation of results.5
6 Abrasive jet test.8
6.1 Principle .8
6.2 Apparatus.8
6.3 Procedure.9
6.4 Calculation of results.11
7 Falling sand abrasion test .12
7.1 Principle .12
7.2 Apparatus.12
7.3 Test specimen.13
7.4 Test environment.13
7.5 Test conditions .13
7.6 Test procedure.13
7.7 Expression of results.14
8 Test report.15
Annex A (normative) Preparation of standard specimen .16
Annex B (informative) Depth survey of abrasion resistance.18
Annex C (informative) Design of abrasive-wheel-wear test apparatus .21
Annex D (informative) Design of abrasive jet test apparatus.22
Annex E (informative) Design of falling sand abrasion test apparatus.26
Bibliography.27
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ISO 8251:2011(E)
Foreword
ISO (the International Organization for Standardization) is a worldwide federation of national standards bodies
(ISO member bodies). The work of preparing International Standards is normally carried out through ISO
technical committees. Each member body interested in a subject for which a technical committee has been
established has the right to be represented on that committee. International organizations, governmental and
non-governmental, in liaison with ISO, also take part in the work. ISO collaborates closely with the
International Electrotechnical Commission (IEC) on all matters of electrotechnical standardization.
International Standards are drafted in accordance with the rules given in the ISO/IEC Directives, Part 2.
The main task of technical committees is to prepare International Standards. Draft International Standards
adopted by the technical committees are circulated to the member bodies for voting. Publication as an
International Standard requires approval by at least 75 % of the member bodies casting a vote.
Attention is drawn to the possibility that some of the elements of this document may be the subject of patent
rights. ISO shall not be held responsible for identifying any or all such patent rights.
ISO 8251 was prepared by Technical Committee ISO/TC 79, Light metals and their alloys, Subcommittee
SC 2, Organic and anodic oxidation coatings on aluminium.
This second edition cancels and replaces the first edition (ISO 8251:1987) as well as ISO 8252:1987, which
have been technically revised.
The main changes compared to the first edition are as follows:
a) the inclusion of the test previously described in ISO 8252:1987;
b) the inclusion of the falling sand test;
c) the use of the methods for coatings produced by hard anodizing has been moved to ISO 10074:2010.
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ISO 8251:2011(E)
Introduction
The resistance of anodic oxidation coatings to abrasion is an important property. As it is dependent upon the
composition of the metal, the thickness of the coating and the conditions of anodizing and sealing, it can give
information about the quality of the coating, its potential resistance to erosion or wear and its performance in
service. For example, the effect of an abnormally high anodizing temperature, which could cause potential
deterioration in service by chalking of the surface layers, may be readily detected by means of an abrasive
wear resistance test.
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INTERNATIONAL STANDARD ISO 8251:2011(E)
Anodizing of aluminium and its alloys — Measurement
of abrasion resistance of anodic oxidation coatings
1 Scope
This International Standard specifies the following three test methods:
a) abrasive-wheel-wear test method, determining the wear resistance and the wear index of anodic
oxidation coatings on flat specimens of aluminium and its alloys;
b) abrasive jet test method, comparing the resistance to abrasion of anodic oxidation coatings on
aluminium and its alloys with that of a standard specimen or, alternatively, a reference specimen, by use
of a jet of abrasive particles;
c) falling sand abrasion method, determining the abrasion resistance with falling sand applied to thin
anodic oxidation coatings.
The use of these methods for coatings produced by hard anodizing is described in ISO 10074.
2 Normative references
The following referenced documents are indispensable for the application of this document. For dated
references, only the edition cited applies. For undated references, the latest edition of the referenced
document (including any amendments) applies.
ISO 565:1990, Test sieves — Metal wire cloth, perforated metal plate and electroformed sheet — Nominal
sizes of openings
ISO 2360:2003, Non-conductive coatings on non-magnetic electrically conductive basis materials —
Measurement of coating thickness — Amplitude-sensitive eddy-current method
ISO 6344-1, Coated abrasives ― Grain size analysis ― Part 1: Grain size distribution test
ISO 8486-1:1996, Bonded abrasives — Determination and designation of grain size distribution — Part 1:
Macrogrits F4 to F220
3 Terms and definitions
For the purposes of this document, the following terms and definitions apply.
3.1
test specimen
specimen on which the test is to be carried out
3.2
standard specimen
test specimen produced in accordance with the conditions specified in Annex A
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ISO 8251:2011(E)
3.3
reference specimen
test specimen produced under conditions agreed between the anodizer and the customer
3.4
double stroke
ds
one complete reciprocal movement made by the abrasive wheel
4 Characteristics of abrasion tests
There are three kinds of abrasion tests: abrasive-wheel-wear test, abrasive jet test and falling sand abrasion
test.
4.1 Abrasive-wheel-wear test
Determination of the resistance to abrasion by movement of a test specimen relative to an abrasive paper
under a specified pressure. The wear resistance or the wear index of the layers of oxide near the surface, or
of the whole oxidation coating thickness, or of any selected intermediate zone may be determined by the
method described. For most purposes the wear index (see 5.4.3) or the mass wear index (see 5.4.4) will be
the most appropriate characteristic to determine.
The method is applicable to all anodic oxidation coatings of thickness more than 5 μm on flat aluminium or its
alloy specimens.
This method is not applicable to concave or convex specimens; these may be examined using the abrasive jet
test method which will give an average value for the abrasive resistance of the coating (see 4.2 and Clause 6).
NOTE Minimum test specimen dimensions of 50 mm × 50 mm are normally required.
4.2 Abrasive jet test
Determination of the resistance to abrasion by the impact of abrasive particles projected onto a test specimen.
The mean specific abrasion resistance of anodic oxidation coatings may be determined.
NOTE 1 Different batches of the same abrasive are liable to give different results and for this reason the test is a
comparative one.
NOTE 2 With a suitably designed abrasive jet and film-thickness-measuring devices with a small probe, it is possible to
conduct a depth survey which indicates how abrasion resistance varies through the coating thickness (see Annex B).
However, this property is preferably measured using the abrasive-wheel-wear test.
The method described is applicable to all anodic oxidation coatings of thickness more than 5 μm on aluminium
or its alloys. It is primarily intended for surfaces which are not flat. If suitable flat test surfaces are available,
the abrasive-wheel-wear test is the preferred method. Production components may be tested without cutting if
the apparatus chamber can accommodate these.
NOTE 3 This method is particularly suitable for small test specimens because the individual test area required is only
about 2 mm in diameter.
4.3 Falling sand abrasion test
Determination of the resistance to abrasion by the impact of freely falling abrasive particles onto anodic
oxidation coatings.
The method described is applicable to the thin anodic oxidation coatings.
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ISO 8251:2011(E)
5 Abrasive-wheel-wear test
5.1 Principle
The anodic oxidation coatings on a test specimen are abraded, under defined conditions, by reciprocal motion
against a strip of silicon carbide paper attached to the outer circumference of a wheel. After each double
stroke, the wheel turns through a small angle to bring an unused portion of the abrasive strip into contact with
the test area. The decrease in coating thickness or mass obtained is used to calculate the wear resistance or
wear index. This result is compared with that obtained using a standard specimen (see Annex A) or reference
specimen (see 3.3).
The method normally requires an eddy-current meter with a probe of less than 12 mm diameter. If this is not
available, the method of loss in mass should be used.
NOTE A complete presentation of the wear characteristics of the anodic oxidation coatings can be obtained by
progressively abrading the test area, until the substrate metal is revealed, and then constructing a graph to show the
relation between the coating thickness removed and the number of double strokes used. This is referred to as a depth
survey of the anodic oxidation coatings (see Annex B).
The testing environment should be at room temperature and the relative humidity should be under 65 %.
5.2 Apparatus
5.2.1 Abrasive-wheel-wear test apparatus
The apparatus consists of a clamping device or pressure plate for holding the test specimen (see 5.3.2) level
and rigid, and a 50 mm diameter wheel to the outer circumference of which is attached a 12 mm wide strip of
silicon carbide paper (see 5.2.2). The force between the wheel and the test surface shall be capable of being
varied from zero to at least 4,9 N with an accuracy of ±0,05 N. The abrasive action is produced either by the
fixed wheel sliding to and fro in a horizontal plane in parallel contact with the test surface over a 30 mm length
or, alternatively, by the test specimen sliding in a similar way over the stationary wheel. Typical apparatus is
illustrated in Figure C.1.
After each double stroke, the wheel is advanced through a small angle to bring a fresh area of the silicon
carbide paper into contact with the surface before making the next double stroke. The angle of rotation is such
that, after 400 ds, the wheel will have made one complete revolution. At this stage, the strip of silicon carbide
paper shall be renewed. The relative speed of movement shall be (40 ± 2) ds per minute. The number of
double strokes can be registered by means of a counter, and provision is normally made for the apparatus to
switch off automatically after a preset number of double strokes has been reached (400 ds maximum). The
test surface shall be kept free from loose powder or abrasion detritus during the test.
5.2.2 Abrasive strip
The abrasive strip consists of P320 silicon carbide paper (in accordance with ISO 6344-1) 12 mm wide. Its
length shall be such that it covers the abrasive wheel without overlapping, and it shall be either bonded or
mechanically clamped into position.
NOTE P320 paper is 45 μm grade (320 mesh).
5.2.3 Eddy-current meter
An eddy-current meter with a suitable diameter probe is described in ISO 2360.
5.3 Procedure
5.3.1 Standard specimen
Prepare the standard specimen using the method specified in Annex A.
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ISO 8251:2011(E)
5.3.2 Test specimen
Cut a suitably sized test specimen from the item to be tested without damaging the area to be tested.
Test dimensions of 50 mm × 50 mm are usually required.
5.3.3 Calibration of apparatus
5.3.3.1 Select and mark the area of the standard specimen (see 5.3.1) to be abraded. Accurately
measure the anodic oxidation coating thicknesses in each of at least three positions along the test area by
means of the eddy-current meter (see 5.2.3) in accordance with the method specified in ISO 2360 and
calculate an average thickness value (d ).
1
5.3.3.2 Clamp the standard specimen into position on the apparatus (see 5.2.1).
5.3.3.3 Attach a new strip of silicon carbide paper (see 5.2.2) to the circumference of the abrasive wheel.
Adjust the abrasive wheel, in accordance with the manufacturer’s instructions, so that it gives uniform
abrasion across the width of the test area. Adjust the force between the wheel and the test surface to
3,9 N ± 0,1 N.
5.3.3.4 Allow the apparatus to run for 400 ds or an adequate number of double strokes corresponding to
the coating thickness and the kind of aluminium alloys. Keep the abrasive action uniform by adjusting and
maintaining the alignment of the abrasive wheel in accordance with the manufacturer's instructions.
Continuously remove any abrasion detritus by suction, blowing or frequent wiping with a fine brush.
5.3.3.5 Remove the standard specimen from the apparatus, wipe carefully to remove any loose oxide
and determine the average thickness of the coating at the test area (d ) using the eddy-current meter in
2
accordance with 5.3.3.1.
A 3 mm length at one extremity of the test area may be subject to extra wear because of the continual wheel
rotation which takes place at this point; this area should be ignored when taking the thickness measurements.
5.3.3.6 Carry out at least two further determinations on the standard specimen in test areas that do not
overlap, using the procedure specified in 5.3.3.1 to 5.3.3.5.
5.3.3.7 Calculate the wear rate for the standard specimen (see 5.4.3) from the average of the
determinations.
5.3.4 Determination
Take the test specimen (see 5.3.2) and carry out the procedure specified in 5.3.3.1 to 5.3.3.6 using abrasive
strips from the same batch as that used for the calibration. If the test specimen is not rigid, bond it firmly with
an adhesive to a rigid metal sheet with a flat surface before carrying out the determination.
Calculate the wear rate for the test specimen and, from the wear rates for the standard specimen and for the
test specimen, calculate the wear index in accordance with 5.4.3.
5.3.5 Use of a reference specimen
5.3.5.1 General
Because of the relatively high abrasion resistance of integral colour anodized specimens, testing of these
finishes normally requires the use of a reference specimen produced by the same process (see 3.3) in a
comparative-wear-testing method (see 5.3.6).
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ISO 8251:2011(E)
5.3.5.2 Initial determination
Carry out an initial determination in accordance with 5.3.4. If the thickness loss in the test area is less than
3 μm, adjust the abrasion conditions either by increasing the force between the wheel and the test specimen
surface, or by employing a coarser grade of silicon carbide paper. Alternatively, an increased number of
double strokes may be used.
Unless a depth survey is being carried out (see Annex B), the abrasion conditions should be adjusted to give
a coating thickness loss of (5 ± 3) μm after 400 ds. If loss of mass is to be determined, the mass equivalent of
(5 ± 3) μm coating thickness is required to be known. This necessitates an assumption to be made about the
coating density or, alternatively, this should be estimated by means of ISO 2106.
5.3.5.3 Determination
Determine the loss in thickness or loss in mass of the test specimen and the reference specimen under the
conditions established in 5.3.5.2, following the procedure specified in 5.3.6.
Calculate the comparative wear rate in accordance with 5.4.5, or the comparative mass wear rate in
accordance with 5.4.6, as appropriate.
5.3.6 Comparative wear testing
5.3.6.1 General
Comparison of the abrasion of the test specimen (see 5.3.2) can be made with that of a reference specimen
(see 3.3) or with the standard specimen (see 3.2). In these cases, either comparative loss in thickness or
comparative loss in mass can be determined. The comparative wear rate is expressed as a percentage of that
of the reference specimen.
5.3.6.2 Comparative loss of thickness
Determine the loss in thickness of the test specimen and of the reference specimen using the procedure
specified in 5.3.4.
Calculate the comparative wear rate in accordance with 5.4.5.
5.3.6.3 Comparative loss of mass
5.3.6.3.1 Select and mark the area of the test specimen to be abraded. Weigh the test specimen to the
nearest 0,1 mg (m ). Carry out the procedure specified in 5.3.3.2 to 5.3.3.4.
1
5.3.6.3.2 Remove the test specimen from the apparatus, wipe to remove any loose oxide and weigh to the
nearest 0,1 mg (m ).
2
Carry out at least two further determinations on the test specimen in test areas that do not overlap.
NOTE Freshly exposed anodic oxidation coatings can gain in mass by absorbing water vapour. Multiple tests on a
single panel can therefore be subject to errors dependent upon variations in atmospheric humidity.
5.3.6.3.3 Repeat the procedure specified in 5.3.6.3.1 and 5.3.6.3.2 on the reference specimen. Calculate
the comparative mass wear rate in accordance with 5.4.6.
5.4 Calculation of results
The calculation of results shall be chosen from the following.
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ISO 8251:2011(E)
5.4.1 Wear resistance
Calculate the wear resistance, WR, in double strokes per micrometre, using Equation (1):
400
WR= (1)
dd−
12
where
d is the average thickness, in micrometres, before abrasion (see 5.3.3.1);
1
d is the average thickness, in micrometres, after 400 ds abrasion (see 5.3.3.5).
2
5.4.2 Wear resistance coefficient
Calculate the wear resistance coefficient, WRC, using Equation (2):
WR dd−
t1s 2s
WRC== (2)
WR dd−
s1t 2t
where
WR is the wear resistance, in double strokes per micrometre, of the test specimen;
t
WR is the wear resistance, in double strokes per micrometre, of the standard specimen;
s
d is the average thickness, in micrometres, of the standard specimen before abrasion (see 5.3.3.1);
1s
d is the average thickness, in micrometres, of the standard specimen after 400 ds abrasion (see
2s
5.3.3.5);
d is the average thickness, in micrometres, of the test specimen before abrasion (see 5.3.3.1);
1t
d is the average thickness, in micrometres, of the test specimen after 400 ds abrasion (see 5.3.3.5).
2t
NOTE The wear resistance coefficient is the reciprocal of wear index and is a measure of resistance to abrasive wear.
The wear resistance coefficient of a standard specimen is 1. Values greater than 1 indicate a lower degree of wear than
that on the standard specimen. Values less than 1 indicate a greater degree of wear than that on the standard specimen.
5.4.3 Wear index
Calculate the wear index, WI, using Equation (3):
Wd −d
t1t 2t
WI== (3)
Wd −d
s1s 2s
where
W is the wear rate of the test specimen, in micrometres per 100 ds;
t
dd−
1t 2t
W =
t
4
d and d are as defined in 5.4.2.
1t 2t
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ISO 8251:2011(E)
W is the wear rate of the standard specimen, in micrometres per 100 ds;
s
dd−
1s 2s
W =
s
4
d and d are as defined in 5.4.2.
1s 2s
NOTE The wear index is a ratio and is dimensionless; it is an indication of the relative rate of wear and is the
reciprocal of the wear resistance coefficient. The wear index of a standard specimen is 1. Values greater than 1 indicate a
greater degree of wear than that on the standard specimen. Values less than 1 indicate a lower degree of wear than that
on the standard specimen.
5.4.4 Mass wear index
Calculate the mass wear index, MWI, using Equation (4):
MW mm−
t1t 2t
MWI== (4)
MW mm−
s1s 2s
where
MW is the mass wear rate of the test specimen;
t
MW is the mass wear rate of the standard specimen;
s
m is the average mass, in milligrams, of the test specimen before abrasion (see 5.3.6.3.1);
1t
m is the average mass, in milligrams, of the test specimen after 400 ds abrasion (see 5.3.6.3.2);
2t
m is the average mass, in milligrams, of the standard specimen before abrasion (see 5.3.6.3.1);
1s
m is the average mass, in milligrams, of the standard specimen after 400 ds abrasion (see 5.3.6.3.2).
2s
NOTE The mass wear index is a ratio and is dimensionless; it is an indication of the relative rate of wear. The mass
wear index of a standard specimen is 1. Values greater than 1 indicate a greater degree of wear than that on the standard
specimen. Values less than 1 indicate a lower degree of wear than that on the standard specimen.
5.4.5 Comparative wear rate
Calculate the comparative wear rate, CWR, expressed as a percentage, using Equation (5):
Wd −d
r1r2r
CWR=×100= ×100 (5)
Wd −d
t1t2t
where
W is the wear rate of the reference specimen, in micrometres per 100 ds;
r
dd−
1r 2r
W =
r
4
d is the average thickness, in micrometres, of the reference specimen before abrasion;
1r
d is the average thickness, in micrometres, of the reference specimen after 400 ds abrasion;
2r
W is the wear rate of the test specimen, in micrometres per 100 ds;
t
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ISO 8251:2011(E)
dd−
1t 2t
W =
t
4
d and d are as defined in 5.4.2.
1t 2t
5.4.6 Comparative mass wear rate
Calculate the comparative mass wear rate, CWR , expressed as a percentage, using Equation (6):
m
MW mm−
r1r2r
CWR=×100= ×100 (6)
m
MW mm−
t1t2t
where
MW is the comparative mass wear rate of the reference specimen, in milligrams per 100 ds;
r
mm−
1r 2r
MW =
r
4
m is the average mass, in milligrams, of the reference specimen before abrasion (see 5.3.6.3.1);
1r
m is the average mass, in milligrams, of the reference specimen after 400 ds abrasion (see 5.3.6.3.2);
2r
MW is the comparative mass wear rate of the test specimen, in milligrams per 100 ds;
t
mm−
1t 2t
MW =
t
4
m and m are as defined in 5.4.4.
1t 2t
6 Abrasive jet test
6.1 Principle
Dry silicon carbide particles are projected in a stream of dry air or inert gas under carefully controlled
conditions onto a small area of the surface to be tested. The test is continued until the substrate metal is
exposed, after which the abrasion resistance of the coating is calculated from either the time taken or the
mass of silicon carbide used. The result is compared with that obtained using a standard specimen
(see Annex A) or reference specimen (see 3.3).
6.2 Apparatus
6.2.1 Abrasive jet test apparatus
The abrasive jet test apparatus is shown in Figures D.1 to D.3.
6.2.1.1 Abrasive jet assembly, consisting essentially of two glass or metal tubes supported rigidly and
coaxially. The outer tube is connected to a supply of clean, dry, compressed air or inert gas, which can be
delivered at a carefully regulated flow rate. Dry abrasive particles are supplied to the inner tube, at the exit end
of which they mix with the air stream to form an abrasive jet which is directed onto the test specimen.
No restriction is placed upon the design of the abrasive jet assembly, except that it shall give reproducible
results in successive tests, and that it shall allow con
...
NORME ISO
INTERNATIONALE 8251
Deuxième édition
2011-02-01
Anodisation de l'aluminium et de ses
alliages — Détermination de la résistance
à l'abrasion des couches d'oxyde
anodiques
Anodizing of aluminium and its alloys — Measurement of abrasion
resistance of anodic oxidation coatings
Numéro de référence
ISO 8251:2011(F)
©
ISO 2011
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ISO 8251:2011(F)
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ISO 8251:2011(F)
Sommaire Page
Avant-propos .iv
Introduction.v
1 Domaine d'application .1
2 Références normatives.1
3 Termes et définitions .1
4 Caractéristiques des essais d'abrasion.2
4.1 Essai d'usure à la roue abrasive.2
4.2 Essai au jet abrasif.2
4.3 Essai d'abrasion par chute de sable .2
5 Essai d'usure à la roue abrasive.3
5.1 Principe .3
5.2 Appareillage .3
5.3 Mode opératoire.4
5.4 Calcul des résultats.6
6 Essai au jet abrasif.9
6.1 Principe .9
6.2 Appareillage .9
6.3 Mode opératoire.10
6.4 Calcul des résultats.11
7 Essai d'abrasion par chute de sable .12
7.1 Principe .12
7.2 Appareillage .13
7.3 Échantillon pour essai .13
7.4 Environnement d'essai .13
7.5 Conditions d'essai.13
7.6 Mode opératoire.14
7.7 Expression des résultats.15
8 Rapport d'essai.15
Annexe A (normative) Préparation de l'échantillon normalisé .17
Annexe B (informative) Étude en profondeur de la résistance à l'abrasion .19
Annexe C (informative) Conception de l'appareil d'essai d'usure à la roue abrasive .23
Annexe D (informative) Conception de l'appareil d'essai au jet abrasif.24
Annexe E (informative) Conception de l'appareil d'essai d'abrasion par chute de sable .28
Bibliographie.29
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ISO 8251:2011(F)
Avant-propos
L'ISO (Organisation internationale de normalisation) est une fédération mondiale d'organismes nationaux de
normalisation (comités membres de l'ISO). L'élaboration des Normes internationales est en général confiée
aux comités techniques de l'ISO. Chaque comité membre intéressé par une étude a le droit de faire partie du
comité technique créé à cet effet. Les organisations internationales, gouvernementales et non
gouvernementales, en liaison avec l'ISO participent également aux travaux. L'ISO collabore étroitement avec
la Commission électrotechnique internationale (CEI) en ce qui concerne la normalisation électrotechnique.
Les Normes internationales sont rédigées conformément aux règles données dans les Directives ISO/CEI,
Partie 2.
La tâche principale des comités techniques est d'élaborer les Normes internationales. Les projets de Normes
internationales adoptés par les comités techniques sont soumis aux comités membres pour vote. Leur
publication comme Normes internationales requiert l'approbation de 75 % au moins des comités membres
votants.
L'attention est appelée sur le fait que certains des éléments du présent document peuvent faire l'objet de
droits de propriété intellectuelle ou de droits analogues. L'ISO ne saurait être tenue pour responsable de ne
pas avoir identifié de tels droits de propriété et averti de leur existence.
L'ISO 8251 a été élaborée par le comité technique ISO/TC 79, Métaux légers et leurs alliages, sous-comité
SC 2, Couches organiques et couches d'oxydation anodique sur l'aluminium.
Cette deuxième édition annule et remplace la première édition (ISO 8251:1987) ainsi que l'ISO 8252:1987,
qui ont fait l'objet d'une révision technique.
Par rapport à la première édition, les principales modifications sont les suivantes:
a) l'introduction de l'essai précédemment décrit dans l'ISO 8252:1987;
b) l'introduction de l'essai par chute de sable;
c) l'application des méthodes de revêtement pour des couches produites par anodisation dure a été
déplacée dans l'ISO 10074:2010.
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ISO 8251:2011(F)
Introduction
La résistance à l'abrasion des couches d'oxyde anodiques est une propriété importante. Vu qu'elle dépend de
la composition du métal, de l'épaisseur de la couche ainsi que des conditions d'anodisation et de colmatage,
elle peut donner des renseignements intéressants sur la qualité d'un revêtement, sa résistance potentielle à
l'érosion ou à l'usure et ses propriétés en service. Par exemple, les effets d'une température d'anodisation
anormalement élevée, susceptible de provoquer une détérioration en service par farinage des couches
superficielles, peut être facilement détectée par un essai de résistance à l'usure par abrasion.
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NORME INTERNATIONALE ISO 8251:2011(F)
Anodisation de l'aluminium et de ses alliages — Détermination
de la résistance à l'abrasion des couches d'oxyde anodiques
1 Domaine d'application
La présente Norme internationale spécifie les trois méthodes d'essai suivantes:
a) méthode d'essai d'usure à la roue abrasive, qui détermine la résistance à l'usure et de l'indice d'usure
de couches anodiques formées sur des échantillons plats d'aluminium ou d'un de ses alliages;
b) méthode d'essai au jet abrasif, qui compare la résistance à l'abrasion de couches anodiques formées
sur l'aluminium ou l'un de ses alliages avec celle d'un échantillon normalisé ou, en variante, celle d'un
échantillon de référence, à l'aide d'un jet de particules abrasives;
c) méthode d'abrasion par chute de sable, qui détermine la résistance à l'abrasion par chute de sable
appliquée à des couches anodiques minces.
L'application de ces méthodes à des couches produites par anodisation dure est décrite dans l'ISO 10074.
2 Références normatives
Les documents de référence suivants sont indispensables pour l'application du présent document. Pour les
références datées, seule l'édition citée s'applique. Pour les références non datées, la dernière édition du
document de référence s'applique (y compris les éventuels amendements).
ISO 565:1990, Tamis de contrôle — Tissus métalliques, tôles métalliques perforées et feuilles
électroformées — Dimensions nominales des ouvertures
ISO 2360:2003, Revêtements non conducteurs sur matériaux de base non magnétiques conducteurs de
l'électricité — Mesurage de l'épaisseur de revêtement — Méthode par courants de Foucault sensible aux
variations d'amplitude
ISO 6344-1, Abrasifs appliqués — Granulométrie — Partie 1: Contrôle de la distribution granulométrique
ISO 8486-1:1996, Abrasifs agglomérés — Détermination et désignation de la distribution granulométrique —
Partie 1: Macrograins F4 à F220
3 Termes et définitions
Pour les besoins du présent document, les termes et définitions suivants s'appliquent.
3.1
échantillon pour essai
échantillon sur lequel l'essai doit être effectué
3.2
échantillon normalisé
échantillon pour essai produit conformément aux conditions spécifiées dans l'Annexe A
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ISO 8251:2011(F)
3.3
échantillon de référence
échantillon pour essai produit dans des conditions convenues entre l'anodiseur et l'acheteur
3.4
double course
ds
mouvement complet de va-et-vient exécuté par la roue abrasive
4 Caractéristiques des essais d'abrasion
Il existe trois sortes d'essais d'abrasion: essai d'usure à la roue abrasive, essai au jet abrasif et essai
d'abrasion par chute de sable.
4.1 Essai d'usure à la roue abrasive
Détermination de la résistance à l'abrasion par le mouvement d'un papier abrasif sous une pression spécifiée
sur un échantillon pour essai. La méthode décrite permet de déterminer la résistance à l'usure ou l'indice
d'usure des couches d'oxyde au niveau de la surface ou sur toute l'épaisseur du revêtement anodique ou bien
de n'importe quelle zone intermédiaire choisie. Dans la plupart des cas, l'indice d'usure (voir 5.4.3) ou l'indice
d'usure en masse (voir 5.4.4) est la caractéristique la plus pertinente à déterminer.
La méthode est applicable à toutes les couches d'oxyde anodiques d'épaisseur supérieure à 5 μm formées
sur des échantillons plats en aluminium ou ses alliages.
Cette méthode n'est pas applicable à des échantillons concaves ou convexes; ceux-ci peuvent être examinés
par la méthode au jet abrasif qui donne une valeur moyenne de la résistance à l'abrasion du revêtement
(voir 4.2 et Article 6).
NOTE Des dimensions minimales de 50 mm × 50 mm sont normalement requises pour les échantillons pour essai.
4.2 Essai au jet abrasif
Détermination de la résistance à l'abrasion par l'impact de particules abrasives projetées sur l'échantillon pour
essai. La résistance spécifique moyenne à l'abrasion des couches anodiques peut être déterminée.
NOTE 1 Des lots différents du même abrasif peuvent donner des résultats différents; c'est la raison pour laquelle cet
essai est un essai comparatif.
NOTE 2 L'emploi d'un jet abrasif convenablement conçu et d'appareils à petit palpeur pour mesurer les épaisseurs de
revêtements permet d'effectuer une étude en profondeur qui indique la façon dont la résistance à l'abrasion varie sur
l'épaisseur du revêtement (voir l'Annexe B). Toutefois, cette propriété est mesurée de préférence par la méthode d'essai à
la roue abrasive.
La méthode décrite est applicable à toutes les couches anodiques formées sur l'aluminium ou ses alliages,
d'épaisseur supérieure à 5 μm. Elle convient tout particulièrement aux surfaces qui ne sont pas planes.
Lorsque les surfaces d'essai sont planes, il est préférable d'utiliser la méthode d'essai à la roue abrasive. Les
articles de production courante peuvent être soumis à essai sans découpage préalable si l'appareil peut les
loger.
NOTE 3 Cette méthode convient particulièrement bien aux petits échantillons pour essai car la surface d'essai
nécessaire n'a que 2 mm environ de diamètre.
4.3 Essai d'abrasion par chute de sable
Détermination de la résistance à l'abrasion par l'impact de particules abrasives tombant librement sur des
couches d'oxyde anodiques.
La méthode décrite est applicable aux couches d'oxyde anodiques minces.
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5 Essai d'usure à la roue abrasive
5.1 Principe
Les couches d'oxyde anodiques formées sur l'échantillon pour essai sont usées par frottement, dans des
conditions déterminées, par une bande de papier au carbure de silicium fixée à la périphérie d'une roue
animée d'un mouvement de va-et-vient. Après chaque double course, la roue tourne d'un angle de faible
valeur pour amener une partie non usée de la bande abrasive au contact de la surface d'essai. La diminution
d'épaisseur de la couche anodique ou de masse ainsi obtenue permet de calculer la résistance à l'usure ou
l'indice d'usure. Ce résultat est comparé à celui obtenu sur un échantillon normalisé préparé à cet effet (voir
l'Annexe A) ou sur un échantillon de référence (voir 3.3).
Cette méthode nécessite normalement l'utilisation d'un appareil de mesure à courants de Foucault dont le
palpeur a un diamètre inférieur à 12 mm. Si l'on ne dispose pas d'un tel appareil, il convient d'utiliser la
méthode par perte de masse.
NOTE Une représentation complète des caractéristiques d'usure des couches d'oxyde anodiques peut être obtenue
par abrasion progressive de la surface d'essai jusqu'à apparition du métal de base, puis par construction d'une courbe
représentant l'épaisseur de revêtement enlevée par rapport au nombre de doubles courses utilisé. C'est ce que l'on
appelle l'étude en profondeur des couches d'oxyde anodiques (voir l'Annexe B).
Il convient de réaliser l'essai à température ambiante et à une humidité relative inférieure à 65 %.
5.2 Appareillage
5.2.1 Appareil d'essai d'usure à roue abrasive
L'appareil d'essai se compose d'un dispositif de serrage ou d'une plaque de compression permettant de
maintenir l'échantillon pour essai (voir 5.3.2) dans une position horizontale et rigide, et d'une roue de 50 mm
de diamètre, recouverte sur sa circonférence extérieure d'une bande de papier au carbure de silicium de
12 mm de largeur (voir 5.2.2). La force de maintien en contact de la roue sur la surface d'essai doit pouvoir
varier de zéro à au moins 4,9 N, avec une précision de ±0,05 N. L'action abrasive est produite soit par le
déplacement horizontal de la roue sur une longueur de 30 mm, parallèlement à la surface d'essai, soit par le
déplacement de l'échantillon sur la roue fixe. Un appareil type est illustré à la Figure C.1.
Après chaque double course, l'orientation de la roue est modifiée d'un angle de faible valeur pour amener une
portion neuve de papier au carbure de silicium au contact de la surface avant de procéder à la double course
suivante. L'angle de rotation est tel que, après 400 ds, la roue aura effectué un tour complet. À ce stade, la
bande de papier au carbure de silicium doit être changée. La vitesse relative de mouvement doit être de
(40 ± 2) ds par minute. Le nombre de doubles courses peut être enregistré à l'aide d'un compteur et il est
normalement prévu que l'appareil s'arrête automatiquement dès que le nombre prédéfini de doubles courses
est atteint (400 ds maximum). La surface d'essai doit rester exempte de poudre ou de débris d'abrasion
pendant toute la durée de l'essai.
5.2.2 Bande abrasive
La bande abrasive est une bande de papier au carbure de silicium P320 (conformément à l'ISO 6344-1) de
12 mm de largeur. Elle doit être d'une longueur suffisante pour envelopper la roue abrasive sans
recouvrement. Elle doit être collée ou fixée par des moyens mécaniques.
NOTE Le papier P320 est de qualité 45 μm (320 mesh).
5.2.3 Appareil de mesure à courants de Foucault
Un appareil de mesure à courants de Foucault ayant un palpeur de diamètre approprié est décrit dans
l'ISO 2360.
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5.3 Mode opératoire
5.3.1 Échantillon normalisé
Préparer l'échantillon normalisé selon la méthode spécifiée dans l'Annexe A.
5.3.2 Échantillon pour essai
Découper, dans l'article à soumettre à essai, un échantillon pour essai de dimensions convenables, sans
endommager la surface d'essai.
Des dimensions de 50 mm × 50 mm sont généralement requises pour l'essai.
5.3.3 Étalonnage de l'appareil
5.3.3.1 Choisir et repérer la surface à user sur l'échantillon normalisé (voir 5.3.1). Mesurer avec précision
l'épaisseur de la couche anodique en au moins trois points de la surface d'essai à l'aide de l'appareil de
mesure à courants de Foucault (voir 5.2.3) conformément à la méthode spécifiée dans l'ISO 2360 et calculer
une valeur d'épaisseur moyenne (d ).
1
5.3.3.2 Fixer l'échantillon normalisé en position dans l'appareil (voir 5.2.1).
5.3.3.3 Placer une bande neuve de papier au carbure de silicium (voir 5.2.2) sur le pourtour de la roue
abrasive. Régler la roue abrasive conformément aux instructions du fabricant de façon à obtenir une abrasion
uniforme sur toute la largeur de la surface d'essai. Régler la force exercée entre la roue et la surface d'essai à
(3,9 ± 0,1) N.
5.3.3.4 Laisser l'appareil effectuer 400 ds ou un nombre adéquat de doubles courses correspondant à
l'épaisseur de la couche et au type d'alliages d'aluminium. Maintenir uniforme l'action abrasive en suivant les
instructions du fabricant concernant le réglage et l'alignement de la roue abrasive. Éliminer en continu les
débris d'abrasion par aspiration, soufflage ou essuyage fréquent à la brosse fine.
5.3.3.5 Enlever l'échantillon normalisé de l'appareil, l'essuyer soigneusement pour éliminer toute trace
d'oxyde libre et déterminer l'épaisseur moyenne de la couche subsistant sur la surface d'essai (d ) à l'aide de
2
l'appareil de mesure à courants de Foucault conformément à 5.3.3.1.
Il est possible qu'une longueur de 3 mm située à l'extrémité de la surface d'essai ait subi une usure excessive
due à la rotation continue de la roue à cet endroit; il convient de ne pas tenir compte de cette surface lors des
mesurages d'épaisseur.
5.3.3.6 Effectuer au moins deux autres mesurages sur l'échantillon normalisé sur des surfaces d'essai ne
se chevauchant pas, en appliquant le mode opératoire spécifié de 5.3.3.1 à 5.3.3.5.
5.3.3.7 Calculer le taux d'usure de l'échantillon normalisé (voir 5.4.3) à partir de la moyenne des
déterminations.
5.3.4 Détermination
Prendre l'échantillon pour essai (voir 5.3.2) et appliquer le mode opératoire spécifié de 5.3.3.1 à 5.3.3.6 en
utilisant des bandes abrasives provenant du même lot que celles utilisées pour l'étalonnage. Si l'échantillon
pour essai n'est pas rigide, le coller fermement sur une tôle métallique rigide et plane à l'aide d'un adhésif
avant d'effectuer la détermination.
Calculer le taux d'usure de l'échantillon pour essai et, à partir des taux d'usure de l'échantillon normalisé et de
l'échantillon pour essai, calculer l'indice d'usure conformément à 5.4.3.
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5.3.5 Utilisation d'un échantillon de référence
5.3.5.1 Généralités
En raison de la résistance relativement élevée à l'abrasion des échantillons formés par anodisation
autocolorante, l'essai de ces finitions nécessite normalement l'utilisation d'un échantillon de référence produit
par le même procédé (voir 3.3), selon une méthode d'essai d'usure comparée (voir 5.3.6).
5.3.5.2 Détermination initiale
Effectuer une détermination initiale conformément à 5.3.4. Si la diminution d'épaisseur de la surface d'essai
est inférieure à 3 μm, régler les conditions de frottement en augmentant la force exercée par la roue sur la
surface d'essai de l'échantillon ou en utilisant un papier au carbure de silicium de qualité plus grossière. Il est
également possible d'augmenter le nombre de doubles courses.
À moins de réaliser une étude en profondeur (voir l'Annexe B), il convient d'ajuster les conditions de
frottement de manière à obtenir une diminution d'épaisseur de revêtement de (5 ± 3) μm après 400 ds. Si la
perte de masse est à déterminer, il faut alors connaître l'équivalent en masse d'une épaisseur de revêtement
de (5 ± 3) μm. Pour cela, il est nécessaire de supposer une masse volumique ou de l'estimer au moyen de
l'ISO 2106.
5.3.5.3 Détermination
Déterminer la diminution de l'épaisseur ou la perte de masse de l'échantillon pour essai et celle de
l'échantillon de référence dans les conditions établies en 5.3.5.2, en appliquant le mode opératoire spécifié en
5.3.6.
Calculer le taux d'usure comparée conformément à 5.4.5, ou le taux d'usure comparée en masse
conformément à 5.4.6, selon le cas approprié.
5.3.6 Essai d'usure comparée
5.3.6.1 Généralités
Il est possible de comparer l'abrasion de l'échantillon pour essai (voir 5.3.2) avec celle d'un échantillon de
référence (voir 3.3) ou avec celle de l'échantillon normalisé (voir 3.2). On peut ainsi déterminer soit la perte
comparée d'épaisseur, soit la perte comparée de masse. Le taux d'usure comparée est exprimé en
pourcentage du taux d'usure de l'échantillon de référence.
5.3.6.2 Perte comparée d'épaisseur
Déterminer la diminution de l'épaisseur de l'échantillon pour essai et celle de l'échantillon de référence en
appliquant le mode opératoire spécifié en 5.3.4.
Calculer le taux d'usure comparée conformément à 5.4.5.
5.3.6.3 Perte comparée de masse
5.3.6.3.1 Choisir et repérer la surface à user sur l'échantillon pour essai. Peser l'échantillon pour essai à
0,1 mg près (m ). Procéder comme spécifié de 5.3.3.2 à 5.3.3.4.
1
5.3.6.3.2 Enlever l'échantillon pour essai de l'appareil, l'essuyer pour éliminer toute trace d'oxyde libre et
peser à 0,1 mg près (m ).
2
Effectuer au moins deux autres déterminations sur l'échantillon pour essai sur des surfaces d'essai ne se
chevauchant pas.
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NOTE Des revêtements anodiques fraîchement mis à nu peuvent augmenter de masse par absorption de vapeur
d'eau. Plusieurs essais sur une même plaque peuvent donc être sujets à erreur suivant les variations du taux d'humidité
atmosphérique.
5.3.6.3.3 Répéter les opérations spécifiées en 5.3.6.3.1 et 5.3.6.3.2 sur l'échantillon de référence. Calculer
le taux de perte comparée en masse conformément à 5.4.6.
5.4 Calcul des résultats
Le calcul des résultats doit être sélectionné parmi ce qui suit.
5.4.1 Résistance à l'usure
Calculer la résistance à l'usure, WR, exprimée en nombre de doubles courses par micromètre, à l'aide de
l'Équation (1):
400
WR= (1)
dd−
12
où
d est l'épaisseur moyenne, en micromètres, avant abrasion (voir 5.3.3.1);
1
d est l'épaisseur moyenne, en micromètres, après abrasion de 400 ds (voir 5.3.3.5).
2
5.4.2 Coefficient de résistance à l'usure
Calculer le coefficient de résistance à l'usure, WRC, à l'aide de l'Équation (2):
WR dd−
t1s 2s
WRC== (2)
WR dd−
s1t 2t
où
WR est la résistance à l'usure, en doubles courses par micromètre, de l'échantillon pour essai;
t
WR est la résistance à l'usure, en doubles courses par micromètre, de l'échantillon normalisé;
s
d est l'épaisseur moyenne, en micromètres, de l'échantillon normalisé avant abrasion (voir 5.3.3.1);
1s
d est l'épaisseur moyenne, en micromètres, de l'échantillon normalisé après abrasion de 400 ds
2s
(voir 5.3.3.5);
d est l'épaisseur moyenne, en micromètres, de l'échantillon pour essai avant abrasion (voir 5.3.3.1);
1t
d est l'épaisseur moyenne, en micromètres, de l'échantillon pour essai après abrasion de 400 ds
2t
(voir 5.3.3.5).
NOTE Le coefficient de résistance à l'usure est l'inverse de l'indice d'usure et constitue une mesure de la résistance
à l'usure par abrasion. Le coefficient de résistance à l'usure d'un échantillon normalisé est égal à 1. Des valeurs
supérieures à 1 indiquent un degré d'usure inférieur à celui de l'échantillon normalisé. Des valeurs inférieures à 1
indiquent un degré d'usure supérieur à celui de l'échantillon normalisé.
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5.4.3 Indice d'usure
Calculer l'indice d'usure, WI, à l'aide de l'Équation (3):
Wd −d
t1t 2t
WI== (3)
Wd −d
s1s 2s
où
W est le taux d'usure de l'échantillon pour essai, en micromètres par 100 ds;
t
dd−
1t 2t
W =
t
4
d et d sont tels que définis en 5.4.2.
1t 2t
W est le taux d'usure de l'échantillon normalisé, en micromètres par 100 ds;
s
dd−
1s 2s
W =
s
4
d et d sont tels que définis en 5.4.2.
1s 2s
NOTE L'indice d'usure est un rapport; il est donc sans dimension. C'est une indication du taux relatif d'usure et
correspond à l'inverse du coefficient de résistance à l'usure. L'indice d'usure d'un échantillon normalisé est égal à 1. Des
valeurs supérieures à 1 indiquent un degré d'usure supérieur à celui de l'échantillon normalisé. Des valeurs inférieures à 1
indiquent un degré d'usure inférieur à celui de l'échantillon normalisé.
5.4.4 Indice d'usure en masse
Calculer l'indice d'usure en masse, MWI, à l'aide de l'Équation (4):
MW mm−
t1t 2t
MWI== (4)
MW mm−
s1s 2s
où
MW est l'indice d'usure en masse de l'échantillon pour essai;
t
MW est l'indice d'usure en masse de l'échantillon normalisé;
s
m est la masse moyenne, en milligrammes, de l'échantillon pour essai avant abrasion
1t
(voir 5.3.6.3.1);
m est la masse moyenne, en milligrammes, de l'échantillon pour essai après abrasion de 400 ds
2t
(voir 5.3.6.3.2);
m est la masse moyenne, en milligrammes, de l'échantillon normalisé avant abrasion
1s
(voir 5.3.6.3.1);
m est la masse moyenne, en milligrammes, de l'échantillon normalisé après abrasion de 400 ds
2s
(voir 5.3.6.3.2).
NOTE L'indice d'usure en masse est un rapport; il est donc sans dimension. C'est une indication du taux relatif
d'usure. L'indice d'usure en masse d'un échantillon normalisé est égal à 1. Des valeurs supérieures à 1 indiquent un degré
d'usure supérieur à celui de l'échantillon normalisé. Des valeurs inférieures à 1 indiquent un degré d'usure inférieur à celui
de l'échantillon normalisé.
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