مقدمة

يحدث التآكل في كل قطاع صناعي تقريبًا ويفرض تكاليف تبلغ ~ 0.75% من الناتج المحلي الإجمالي 1. تعتبر أبحاث الترايبولوجي أمرًا حيويًا في تحسين كفاءة الإنتاج وأداء التطبيق ، فضلاً عن الحفاظ على المواد والطاقة والبيئة. يحدث الاهتزاز والتذبذب حتمًا في مجموعة واسعة من التطبيقات الترايبولوجية. يعمل الاهتزاز الخارجي المفرط على تسريع عملية التآكل ويقلل من أداء الخدمة مما يؤدي إلى أعطال كارثية للأجزاء الميكانيكية.

تطبق مقاييس الحمل الميتة التقليدية أحمالًا عادية حسب أوزان الكتلة. لا تقصر تقنية التحميل هذه خيارات التحميل على حمل ثابت فحسب ، بل إنها تخلق أيضًا اهتزازات شديدة لا يمكن التحكم فيها عند الأحمال والسرعات العالية مما يؤدي إلى تقييمات محدودة وغير متسقة لسلوك التآكل. من المستحسن إجراء تقييم موثوق لتأثير التذبذب المتحكم فيه على سلوك تآكل المواد في البحث والتطوير ومراقبة الجودة في التطبيقات الصناعية المختلفة.

حمولة عالية رائدة من Nanovea تريبومتر يتمتع بقدرة تحميل قصوى تبلغ 2000 نيوتن مع نظام تحكم ديناميكي في الحمل. يمكّن نظام تحميل الهواء المضغوط الهوائي المتقدم المستخدمين من تقييم السلوك الاحتكاكي للمادة تحت الأحمال العادية العالية مع ميزة تخميد الاهتزازات غير المرغوب فيها التي تنشأ أثناء عملية التآكل. لذلك، يتم قياس الحمل مباشرة دون الحاجة إلى النوابض العازلة المستخدمة في التصميمات القديمة. تطبق وحدة التحميل المتأرجحة بمغناطيس كهربائي متوازي تذبذبًا يتم التحكم فيه جيدًا بالسعة المطلوبة حتى 20 نيوتن وتردد يصل إلى 150 هرتز.

يتم قياس الاحتكاك بدقة عالية مباشرة من القوة الجانبية المطبقة على الحامل العلوي. تتم مراقبة الإزاحة في الموقع، مما يوفر نظرة ثاقبة لتطور سلوك التآكل لعينات الاختبار. يمكن أيضًا إجراء اختبار التآكل تحت تحميل التذبذب المتحكم فيه في بيئات التآكل ودرجة الحرارة المرتفعة والرطوبة والتشحيم لمحاكاة ظروف العمل الحقيقية للتطبيقات الاحتكاكية. متكاملة عالية السرعة مقياس عدم الاتصال يقوم تلقائيًا بقياس شكل مسار التآكل وحجم التآكل في بضع ثوانٍ.

هدف القياس

في هذه الدراسة ، نعرض قدرة Nanovea T2000 Dynamic Load Tribometer في دراسة السلوك التراثي لعينات الطلاء والمعادن المختلفة في ظل ظروف تحميل متذبذبة محكومة.

إجراء الاختبار

تم تقييم السلوك الترابيولوجي ، على سبيل المثال معامل الاحتكاك ، COF ، ومقاومة التآكل لطلاء مقاوم للتآكل بسمك 300 ميكرومتر ومقارنته بواسطة Nanovea T2000 Tribometer بمقياس ترايب للحمل الميت التقليدي باستخدام دبوس على إعداد القرص باتباع ASTM G992.

تم تقييم العينات المطلية بالنحاس والتين المنفصلة مقابل كرة Al₂0₃ مقاس 6 مم تحت تذبذب متحكم فيه بواسطة وضع احتكاك التحميل الديناميكي لمقياس Tribometer Nanovea T2000.

تم تلخيص معلمات الاختبار في الجدول 1.

يقوم مقياس التآكل المدمج ثلاثي الأبعاد المزود بمستشعر خط بمسح مسار التآكل تلقائيًا بعد الاختبارات ، مما يوفر قياس حجم التآكل الأكثر دقة في ثوانٍ.

النتائج والمناقشة

نظام التحميل الهوائي مقابل نظام الحمولة الميتة

تتم مقارنة السلوك الترايبولوجي للطلاء المقاوم للاهتراء باستخدام Nanovea T2000 Tribometer مع مقياس الضغط التقليدي للحمل الميت (DL). يظهر تطور COF للطلاء في الشكل 2. نلاحظ أن الطلاء يعرض قيمة COF قابلة للمقارنة تبلغ 0.6 ~ أثناء اختبار التآكل. ومع ذلك ، تشير الأشكال الجانبية العشرين للمقطع العرضي في مواقع مختلفة من مسار التآكل في الشكل 3 إلى أن الطلاء تعرض لتآكل أكثر شدة في ظل نظام الحمل الميت.

تم إنشاء اهتزازات شديدة من خلال عملية التآكل لنظام الحمولة الميتة عند التحميل والسرعة العالية. يؤدي الضغط المركّز الهائل على وجه التلامس جنبًا إلى جنب مع سرعة الانزلاق العالية إلى خلق وزن كبير واهتزاز هيكل يؤدي إلى تآكل متسارع. يطبق مقياس تربومتر الحمل الميت التقليدي الحمل باستخدام أوزان الكتلة. هذه الطريقة موثوقة في أحمال التلامس المنخفضة في ظروف التآكل الخفيف ؛ ومع ذلك ، في ظل ظروف التآكل الشديدة في الأحمال والسرعات العالية ، يؤدي الاهتزاز الكبير إلى ارتداد الأوزان بشكل متكرر ، مما يؤدي إلى مسار تآكل غير متساوٍ مما يتسبب في تقييم ترايبولوجي غير موثوق به. معدل التآكل المحسوب هو 8.0 ± 2.4 × 10-4 مم 3 / نيوتن متر ، مما يدل على معدل تآكل مرتفع وانحراف معياري كبير.

صُمم مقياس الاحتكاك Nanovea T2000 بنظام تحكم ديناميكي في التحميل لتخميد التذبذبات. يطبق الحمل العادي بهواء مضغوط مما يقلل الاهتزاز غير المرغوب فيه الناتج أثناء عملية التآكل. بالإضافة إلى ذلك ، يضمن التحكم النشط في تحميل الحلقة المغلقة تطبيق حمل ثابت طوال اختبار التآكل ويتبع القلم تغيير عمق مسار التآكل. يتم قياس ملف مسار تآكل أكثر اتساقًا بشكل ملحوظ كما هو موضح في الشكل 3 أ ، مما يؤدي إلى معدل تآكل منخفض يبلغ 3.4 ± 0.5 × 10-4 مم 3 / نيوتن متر.

يؤكد تحليل مسار التآكل الموضح في الشكل 4 أن اختبار التآكل الذي تم إجراؤه بواسطة نظام تحميل الهواء المضغوط الهوائي لمقياس Nanovea T2000 يخلق مسار تآكل أكثر سلاسة واتساقًا مقارنةً بمقياس الحمل الميت التقليدي. بالإضافة إلى ذلك ، يقيس مقياس الانحراف Nanovea T2000 إزاحة القلم أثناء عملية التآكل مما يوفر مزيدًا من المعلومات حول تقدم سلوك التآكل في الموقع.

يتمتع نظام التحميل الهوائي المتقدم لمقياس Nanovea T2000 بميزة جوهرية كمثبط اهتزاز سريع بشكل طبيعي مقارنة بأنظمة الأحمال الميتة التقليدية. هذه الميزة التكنولوجية للأنظمة الهوائية صحيحة مقارنة بالأنظمة التي يتم التحكم فيها بالحمل والتي تستخدم مجموعة من المحركات المؤازرة والينابيع لتطبيق الحمل. تضمن هذه التقنية تقييم التآكل الموثوق به والتحكم فيه بشكل أفضل عند الأحمال العالية كما هو موضح في هذه الدراسة. بالإضافة إلى ذلك ، يمكن لنظام تحميل الحلقة المغلقة النشطة تغيير الحمل العادي إلى القيمة المطلوبة أثناء اختبارات التآكل لمحاكاة تطبيقات الحياة الواقعية التي تظهر في أنظمة الفرامل.

بدلاً من التأثير من ظروف الاهتزاز غير المتحكم فيها أثناء الاختبارات ، أظهرنا أن Nanovea T2000 Dynamic-Load Tribometer يمكّن المستخدمين من التقييم الكمي للسلوكيات الترايبولوجية للمواد في ظل ظروف تذبذب محكومة مختلفة. تلعب الاهتزازات دورًا مهمًا في سلوك التآكل لعينات طلاء المعدن والسيراميك.

توفر وحدة التحميل المتذبذب الكهرومغناطيسي المتوازي اهتزازات يتم التحكم فيها بدقة عند السعات والترددات المحددة ، مما يسمح للمستخدمين بمحاكاة عملية التآكل في ظل ظروف الحياة الواقعية عندما تكون الاهتزازات البيئية غالبًا عاملاً مهمًا. في حالة وجود تذبذبات مفروضة أثناء التآكل ، تُظهر عينات طلاء Cu و TiN زيادة كبيرة في معدل التآكل. يعد تطور معامل الاحتكاك وإزاحة القلم المقاس في الموقع مؤشرات مهمة لأداء المادة أثناء التطبيقات الترايبولوجية. يوفر مقياس التشكيل الجانبي غير المتصل ثلاثي الأبعاد أداة لقياس حجم التآكل بدقة وتحليل الشكل التفصيلي لمسارات التآكل في ثوانٍ ، مما يوفر مزيدًا من التبصر في الفهم الأساسي لآلية التآكل.

تم تجهيز T2000 بمحرك عزم دوران عالي الجودة وعالي الضبط ذاتيًا مع سرعة داخلية 20 بت ومشفّر موضع خارجي 16 بت. إنه يتيح لمقياس الترايبوميتر توفير نطاق لا مثيل له من سرعات الدوران من 0.01 إلى 5000 دورة في الدقيقة والتي يمكن أن تتغير في القفزات التدريجية أو بمعدلات مستمرة. على عكس الأنظمة التي تستخدم مستشعر عزم الدوران الموجود في الأسفل ، يستخدم Nanovea Tribometer أعلى خلية تحميل عالية الدقة لقياس قوى الاحتكاك بدقة وبشكل منفصل.

تقدم Nanovea Tribometer اختبارات تآكل واحتكاك دقيقة وقابلة للتكرار باستخدام أوضاع دوارة وخطية متوافقة مع ISO و ASTM (بما في ذلك اختبارات 4 كرات ، وغسالة دفع ، واختبارات كتلة على الحلقة) ، مع تآكل اختياري عالي درجة الحرارة ، وتزييت ، ووحدات تآكل تريبو متوفرة في واحد مسبق. -نظام متكامل. تعد مجموعة Nanovea T2000 التي لا مثيل لها حلاً مثاليًا لتحديد النطاق الكامل للخصائص الترايبولوجية للطلاء الرقيق أو السميك ، واللين أو الصلب ، والأغشية ، والركائز.