ملاحظات تطبيقية حول الترايبولوجيا الدورانية - NANOVEA: أجهزة قياس الملامح المتقدمة، وأجهزة قياس الترايبومتر، وأجهزة اختبار النانو، وأجهزة اختبار الخدش لاختبار المواد

اختبار تآكل الصخور باستخدام مقياس تريبيومتر نانوفا

nanovea — الأربعاء، 13 سبتمبر 2023 17:07:17 +0000

علم الاحتكاك الصخري:اختبار كشط الصخور باستخدام مقياس الاحتكاك NANOVEA

أُعدت بواسطة

دوانجي لي ، دكتوراه

مقدمة

تتكون الصخور من حبيبات معدنية. ويحدد نوع هذه المعادن ووفرتها، بالإضافة إلى قوة الترابط الكيميائي بين الحبيبات المعدنية، الخواص الميكانيكية والترايبولوجية للصخور. اعتمادا على دورات الصخور الجيولوجية، يمكن للصخور أن تخضع للتحولات وتصنف عادة إلى ثلاثة أنواع رئيسية: النارية والرسوبية والمتحولة. تظهر هذه الصخور تركيبات معدنية وكيميائية مختلفة، ونفاذية، وأحجام جسيمات، وتساهم هذه الخصائص في تنوع مقاومتها للتآكل. يستكشف علم ترايبولوجيا الصخور سلوكيات التآكل والاحتكاك للصخور في مختلف الظروف الجيولوجية والبيئية.

أهمية اختبار الكشط الصخري

تحدث أنواع مختلفة من التآكل ضد الصخور، بما في ذلك التآكل والاحتكاك، أثناء عملية حفر الآبار، مما يؤدي إلى خسائر مباشرة وتابعة كبيرة تعزى إلى إصلاح واستبدال لقم الحفر وأدوات القطع. ولذلك، فإن دراسة قابلية الحفر، وقابلية التحمل، وقابلية القطع، وكشط الصخور أمر بالغ الأهمية في صناعات النفط والغاز والتعدين. تلعب أبحاث علم ترايبولوجيا الصخور دورًا محوريًا في اختيار استراتيجيات الحفر الأكثر كفاءة وفعالية من حيث التكلفة، وبالتالي تعزيز الكفاءة الشاملة والمساهمة في الحفاظ على المواد والطاقة والبيئة. بالإضافة إلى ذلك، يعد تقليل الاحتكاك السطحي مفيدًا للغاية في تقليل التفاعل بين لقمة الحفر والصخور، مما يؤدي إلى تقليل تآكل الأداة وتحسين كفاءة الحفر/القطع.

هدف القياس

في هذه الدراسة، قمنا بمحاكاة ومقارنة الخصائص الترايبولوجية لنوعين من الصخور لإظهار قدرة مقياس الاحتكاك NANOVEA T50 في قياس معامل الاحتكاك ومعدل التآكل للصخور بشكل محكم ومراقب.

نانوفيا T50 المدمج
مقياس الاحتكاك الحر

العينات

إجراء الاختبار

تم تقييم معامل الاحتكاك وCOF ومقاومة التآكل لعينتين من الصخور بواسطة مقياس Tribometer NANOVEA T50 باستخدام وحدة ارتداء Pin-on-Disc. تم استخدام كرة Al2O3 (قطرها 6 مم) كمادة مضادة. تم فحص مسار التآكل باستخدام مقياس ملف تعريف عدم الاتصال NANOVEA بعد الاختبارات. تم تلخيص معلمات الاختبار أدناه.

تم تقييم معدل التآكل، K، باستخدام الصيغة K=V/(F×s)=A/(F×n)، حيث V هو الحجم البالي، F هو الحمل الطبيعي، s هي مسافة الانزلاق، A هي مساحة المقطع العرضي لمسار التآكل، وn هو عدد الثورات. تم تقييم خشونة السطح ومسارات التآكل باستخدام مقياس التعريف البصري NANOVEA، وتم فحص مورفولوجيا مسار التآكل باستخدام المجهر الضوئي.

يرجى ملاحظة أنه تم استخدام كرة Al2O3 كمادة مضادة كمثال في هذه الدراسة. يمكن تطبيق أي مادة صلبة بأشكال مختلفة باستخدام أداة تثبيت مخصصة لمحاكاة حالة التطبيق الفعلية.

معلمات الاختبار

عينات	الحجر الجيري والرخام
ارتداء نصف قطر الحلقة	5 ملم
قوى طبيعية	10 شمال
مدة الاختبار	10 دقائق
سرعة	100 دورة في الدقيقة

النتائج والمناقشة

تتم مقارنة الصلابة (H) والمعامل المرن (E) لعينات الحجر الجيري والرخام في الشكل 1، وذلك باستخدام وحدة المسافة البادئة الدقيقة في جهاز اختبار NANOVEA الميكانيكي. أظهرت عينة الحجر الجيري قيمًا أقل لـ H وE، حيث بلغت 0.53 و25.9 GPa، على التوالي، على عكس الرخام، الذي سجل قيم 1.07 لـ H و49.6 GPa لـ E. وقد لوحظ التباين الأعلى نسبيًا في قيم H وE في يمكن أن تعزى عينة الحجر الجيري إلى عدم تجانس سطحها بشكل أكبر، وذلك بسبب خصائصها الحبيبية والمسامية.

يظهر الشكل 2 تطور COF أثناء اختبارات التآكل لعينتي الصخور. يواجه الحجر الجيري في البداية زيادة سريعة في COF إلى حوالي 0.8 في بداية اختبار التآكل، مع الحفاظ على هذه القيمة طوال مدة الاختبار. يمكن أن يعزى هذا التغيير المفاجئ في COF إلى اختراق كرة Al2O3 في العينة الصخرية، نتيجة للتآكل السريع وعملية الخشونة التي تحدث عند وجه التلامس داخل مسار التآكل. في المقابل، تُظهر عينة الرخام زيادة ملحوظة في COF إلى قيم أعلى بعد حوالي 5 أمتار من مسافة الانزلاق، مما يدل على مقاومتها الفائقة للتآكل عند مقارنتها بالحجر الجيري.

شكل ١: مقارنة الصلابة ومعامل يونغ بين عينات الحجر الجيري والرخام.

الشكل 2: تطور معامل الاحتكاك (COF) في عينات الحجر الجيري والرخام أثناء اختبارات التآكل.

يقارن الشكل 3 الملامح المقطعية لعينات الحجر الجيري والرخام بعد اختبارات التآكل، ويلخص الجدول 1 نتائج تحليل مسار التآكل. ويبين الشكل 4 مسارات تآكل العينات تحت المجهر الضوئي. يتماشى تقييم مسار التآكل مع ملاحظة تطور COF: تظهر عينة الرخام، التي تحافظ على COF منخفض لفترة أطول، معدل تآكل أقل يبلغ 0.0046 مم مكعب / نيوتن متر، مقارنة بـ 0.0353 مم مكعب / نيوتن متر للحجر الجيري. تساهم الخصائص الميكانيكية الفائقة للرخام في مقاومة التآكل بشكل أفضل من الحجر الجيري.

الشكل 3: ملامح المقطع العرضي لمسارات التآكل.

الجدول 1: ملخص نتائج تحليل مسار التآكل.

الشكل 4: قم بارتداء المسارات تحت المجهر الضوئي.

خاتمة

تم في هذه الدراسة عرض قدرة جهاز NANOVEA Tribometer في تقييم معامل الاحتكاك ومقاومة التآكل لعينتين صخريتين، وهما الرخام والحجر الجيري، بطريقة مضبوطة ومراقبتها. تساهم الخصائص الميكانيكية الفائقة للرخام في مقاومته الاستثنائية للتآكل. هذه الخاصية تجعل من الصعب الحفر أو القطع في صناعة النفط والغاز. وعلى العكس من ذلك، فهو يزيد من عمره الافتراضي بشكل ملحوظ عند استخدامه كمادة بناء عالية الجودة، مثل بلاط الأرضيات.

توفر أجهزة قياس الاحتكاك NANOVEA إمكانات دقيقة ومتكررة لاختبار التآكل والاحتكاك، مع الالتزام بمعايير ISO وASTM في كل من الوضعين الدوراني والخطي. بالإضافة إلى ذلك، فهو يوفر وحدات اختيارية للتآكل الناتج عن درجات الحرارة العالية، والتشحيم، والتآكل الثلاثي، وكلها مدمجة بسلاسة في نظام واحد. تعد مجموعة NANOVEA التي لا مثيل لها حلاً مثاليًا لتحديد النطاق الكامل للخصائص الترايبولوجية للطبقات الرقيقة أو السميكة، الناعمة أو الصلبة، والأفلام، والركائز، وعلم احتكاك الصخور.

هل لديك تطبيق مماثل؟

The post Rock Abrasivity Testing with NANOVEA Tribometer appeared first on NANOVEA: Advanced Profilometers, Tribometers, Nanoindenters, and Scratch Testers for Materials Testing.

تقييم الخدوش والتآكل في الطلاءات الصناعية

nanovea — الجمعة، 27 مايو 2022 22:23:41 +0000

طلاء صناعي

خدش وارتدِ التقييم باستخدام جهاز ثلاثي الأبعاد

أُعدت بواسطة

دوانجي لي ، دكتوراه وأندريا هيرمان

مقدمة

طلاء اليوريثان الأكريلي هو نوع من الطلاء الواقي سريع الجفاف المستخدم على نطاق واسع في مجموعة متنوعة من التطبيقات الصناعية ، مثل طلاء الأرضيات وطلاء السيارات وغيرها. عند استخدامه كطلاء للأرضيات ، يمكن أن يخدم المناطق ذات الأقدام الكثيفة وحركة المرور ذات العجلات المطاطية ، مثل الممرات والأرصفة ومواقف السيارات.

أهمية اختبار الخدش والارتداء لمراقبة الجودة

تقليديا ، تم إجراء اختبارات توبر للتآكل لتقييم مقاومة التآكل لطلاء أرضيات أكريليك يوريتان وفقًا لمعيار ASTM D4060. ومع ذلك ، كما هو مذكور في المعيار ، "بالنسبة لبعض المواد ، قد تخضع اختبارات الكشط التي تستخدم أداة تابر للتغير بسبب التغيرات في خصائص الكشط للعجلة أثناء الاختبار." 1 قد يؤدي هذا إلى ضعف استنساخ نتائج الاختبار وإنشاء صعوبة في مقارنة القيم المبلغ عنها من مختبرات مختلفة. علاوة على ذلك ، في اختبارات التآكل في تابر ، يتم حساب مقاومة التآكل على أنها خسارة في الوزن في عدد محدد من دورات الكشط. ومع ذلك ، فإن دهانات أرضيات أكريليك يوريتان لها سماكة موصى بها للفيلم الجاف تتراوح من 37.5-50 ميكرومتر.

يمكن لعملية التآكل الشديدة التي تقوم بها شركة Taber Abraser أن تتآكل بسرعة من خلال طلاء اليوريثان الأكريليكي وتؤدي إلى فقد كتلة الركيزة مما يؤدي إلى أخطاء كبيرة في حساب فقدان وزن الطلاء. يساهم أيضًا غرس الجزيئات الكاشطة في الطلاء أثناء اختبار التآكل في حدوث أخطاء. لذلك ، فإن القياس الكمي والموثوق الذي يتم التحكم فيه جيدًا أمر بالغ الأهمية لضمان تقييم التآكل القابل للتكرار للطلاء. بالإضافة إلى ذلك ، فإن اختبار الصفر يسمح للمستخدمين باكتشاف حالات فشل الالتصاق / الالتصاق السابقة لأوانها في تطبيقات الحياة الواقعية.

هدف القياس

في هذه الدراسة، نعرض أن NANOVEA ترايبومتر و أجهزة فحوصات الميكانيكية مثالية لتقييم ومراقبة جودة الطلاءات الصناعية.

تتم محاكاة عملية التآكل لدهانات الأكريليك المصنوعة من مادة الأكريليك للأرضيات مع طبقات طلاء نهائية مختلفة بطريقة خاضعة للرقابة والمراقبة باستخدام NANOVEA Tribometer. يستخدم اختبار الخدش الدقيق لقياس الحمل المطلوب لإحداث فشل في التماسك أو المادة اللاصقة للطلاء.

نانوفيا T100

مقياس ضغط الهواء المضغوط

نانوفيا PB1000

الفاحص الميكانيكي ذو المنصة الكبيرة

إجراء الاختبار

تقوم هذه الدراسة بتقييم أربعة طلاءات أرضيات أكريليك مائي متوفرة تجارياً والتي لها نفس الطلاء التمهيدي (طبقة الأساس) وطبقات نهائية مختلفة من نفس الصيغة مع تناوب صغير في الخلطات المضافة بغرض تعزيز المتانة. يتم تحديد هذه الطلاءات الأربعة على أنها عينات A و B و C و D.

إختبار الإرتداء

تم تطبيق مقياس Tribometer NANOVEA لتقييم السلوك الاحتكاكي، على سبيل المثال، معامل الاحتكاك، COF، ومقاومة التآكل. تم تطبيق رأس كروي SS440 (قطر 6 مم، درجة 100) على الدهانات التي تم اختبارها. تم تسجيل COF في الموقع. تم تقييم معدل التآكل، K، باستخدام الصيغة K=V/(F×s)=A/(F×n)، حيث V هو الحجم البالي، F هو الحمل الطبيعي، s هي مسافة الانزلاق، A هي مساحة المقطع العرضي لمسار التآكل، وn هو عدد الثورات. تم تقييم خشونة السطح ومسارات التآكل بواسطة NANOVEA الملف الشخصي البصري، وتم فحص شكل مسار التآكل باستخدام المجهر الضوئي.

ارتداء معلمات الاختبار

قوى طبيعية

20 شمال

سرعة

15 م / دقيقة

مدة الاختبار

100 و 150 و 300 و 800 دورة

اختبار الخدش

تم استخدام جهاز اختبار NANOVEA الميكانيكي المجهز بقلم الماس Rockwell C (نصف قطره 200 ميكرون) لإجراء اختبارات خدش الحمل التدريجي على عينات الطلاء باستخدام وضع اختبار الخدش الصغير. تم استخدام حمولتين نهائيتين: 5 نيوتن حمل نهائي لفحص تفتيت الدهان من التمهيدي ، و 35 نيوتن لفحص إزالة الدهان التمهيدي من الركائز المعدنية. تم تكرار ثلاثة اختبارات في نفس ظروف الاختبار على كل عينة لضمان استنساخ النتائج.

تم إنشاء صور بانورامية لأطوال الخدش بالكامل تلقائيًا وتم ربط مواقع فشلها الحرجة بالأحمال المطبقة بواسطة برنامج النظام. تسهل ميزة البرنامج هذه المستخدمين لإجراء تحليل على مسارات الخدش في أي وقت ، بدلاً من الاضطرار إلى تحديد الحمل الحرج تحت المجهر فورًا بعد اختبارات الخدش.

معلمات اختبار الخدش

نوع التحميل	تدريجي
التحميل الابتدائي	٠.٠١ ملي نيوتن
التحميل النهائي	5 N / 35 N
معدل التحميل	10/70 نيوتن / دقيقة
طول الخدش	٣ مم
سرعة الخدش ، (dx / dt)	٦.٠ مم / دقيقة
الهندسة للكرة المستخدمة كخارق	120º مخروط
مادة الكرة المستخدمة كخارق	الماس
نصف قطر الخارق	٢٠٠ ميكرومتر

ارتد نتائج الاختبار

تم إجراء أربعة اختبارات تآكل على القرص عند عدد مختلف من الثورات (100 و 150 و 300 و 800 دورة) على كل عينة من أجل مراقبة تطور التآكل. تم قياس شكل سطح العينات باستخدام NANOVEA 3D Non-Contact Profiler لتقدير خشونة السطح قبل إجراء اختبار التآكل. كان لجميع العينات خشونة سطح قابلة للمقارنة بحوالي 1 ميكرومتر كما هو معروض في الشكل 1. تم تسجيل COF في الموقع أثناء اختبارات التآكل كما هو موضح في الشكل 2. يوضح الشكل 4 تطور مسارات التآكل بعد 100 و 150 و 300 و 800 دورة ، والشكل 3 يلخص متوسط معدل التآكل لعينات مختلفة في مراحل مختلفة من عملية التآكل.

مقارنةً بقيمة COF التي تبلغ ~ 0.07 للعينات الثلاث الأخرى ، تُظهر العينة A COF أعلى بكثير من ~ 0.15 في البداية ، والتي تزداد تدريجياً وتستقر عند ~ 0.3 بعد 300 دورة تآكل. يسرع مثل هذا COF المرتفع من عملية التآكل ويخلق كمية كبيرة من حطام الطلاء كما هو موضح في الشكل 4 - بدأت إزالة الطبقة العلوية للعينة A في أول 100 دورة. كما هو مبين في الشكل 3 ، يُظهر النموذج أ أعلى معدل تآكل ~ 5 ميكرومتر / نيوتن في أول 300 دورة ، والذي ينخفض قليلاً إلى ~ 3.5 ميكرومتر / نيوتن بسبب مقاومة التآكل الأفضل للركيزة المعدنية. يبدأ الطلاء العلوي للعينة C بالفشل بعد 150 دورة تآكل كما هو موضح في الشكل 4 ، والذي يشار إليه أيضًا بزيادة COF في الشكل 2.

في المقارنة ، يُظهر النموذج B والعينة D خصائص ترايبولوجية مُحسَّنة. تحافظ العينة B على COF منخفض طوال الاختبار بأكمله - تزداد COF قليلاً من ~ 0.05 إلى ~ 0.1. يعمل تأثير التشحيم هذا على تعزيز مقاومة التآكل بشكل كبير - لا يزال المعطف العلوي يوفر حماية فائقة للطلاء التمهيدي الموجود أسفله بعد 800 دورة تآكل. يتم قياس أدنى معدل تآكل يبلغ 0.77 μm2 / N فقط للعينة B عند 800 دورة. يبدأ الطلاء العلوي للعينة D في التفكيك بعد 375 دورة ، كما يتضح من الزيادة المفاجئة في COF في الشكل 2. متوسط معدل التآكل للعينة D هو 1.1 ميكرومتر 2 / N عند 800 دورة.

مقارنةً بقياسات تابر التقليدية للتآكل ، يوفر NANOVEA Tribometer تقييمات تآكل يمكن التحكم فيها جيدًا وقابلة للقياس ويمكن الاعتماد عليها تضمن التقييمات القابلة للتكرار ومراقبة الجودة لطلاء الأرضيات / السيارات التجارية. علاوة على ذلك ، تسمح قدرة قياسات COF في الموقع للمستخدمين بربط المراحل المختلفة لعملية التآكل بتطور COF ، وهو أمر بالغ الأهمية في تحسين الفهم الأساسي لآلية التآكل والخصائص الترايبولوجية لطلاءات الطلاء المختلفة.

شكل ١: الأشكال ثلاثية الأبعاد وخشونة عينات الطلاء.

الشكل 2: COF أثناء اختبارات التثبيت على القرص.

الشكل 3: تطور معدل تآكل الدهانات المختلفة.

الشكل 4: تطور مسارات التآكل أثناء اختبارات التثبيت على القرص.

نتائج اختبار الخدش

يوضح الشكل 5 مخطط القوة العادية وقوة الاحتكاك والعمق الحقيقي كدالة لطول الخدش للعينة أ كمثال. يمكن تركيب وحدة انبعاث صوتية اختيارية لتوفير مزيد من المعلومات. مع زيادة الحمل الطبيعي خطيًا ، يغرق طرف المسافة البادئة تدريجياً في العينة المختبرة كما ينعكس من خلال الزيادة التدريجية للعمق الحقيقي. يمكن استخدام التباين في منحدرات قوة الاحتكاك ومنحنيات العمق الحقيقية كأحد الآثار المترتبة على بدء حدوث فشل الطلاء.

الشكل 5: القوة العادية وقوة الاحتكاك والعمق الحقيقي كدالة لطول الخدش لاختبار خدش العينة (أ) بأقصى حمل قدره 5 نيوتن.

يوضح الشكل 6 والشكل 7 الخدوش الكاملة لجميع عينات الطلاء الأربعة المختبرة بحمل أقصى يبلغ 5 نيوتن و 35 نيوتن على التوالي. تتطلب العينة D حمولة أعلى من 50 نيوتن لتفكيك التمهيدي. تقوم اختبارات الخدش عند الحمل النهائي 5 نيوتن (الشكل 6) بتقييم فشل الالتصاق / اللاصق للطلاء العلوي ، بينما تقيّم الاختبارات عند 35 نيوتن (الشكل 7) تفتيت الدهان التمهيدي. تشير الأسهم الموجودة في الصور المجهرية إلى النقطة التي يبدأ عندها إزالة الطلاء العلوي أو التمهيدي تمامًا من التمهيدي أو الركيزة. يتم استخدام الحمل في هذه المرحلة ، والذي يسمى الحمل الحرج ، Lc ، لمقارنة الخواص المتماسكة أو اللاصقة للطلاء كما تم تلخيصها في الجدول 1.

من الواضح أن عينة الطلاء D لديها أفضل التصاق بيني - حيث تظهر أعلى قيم Lc تبلغ 4.04 N عند إزالة طبقات الطلاء و 36.61 N عند إزالة طبقة الطلاء الأولية. يُظهر النموذج B ثاني أفضل مقاومة للخدش. من تحليل الخدش ، نظهر أن تحسين صيغة الطلاء أمر بالغ الأهمية للسلوكيات الميكانيكية ، أو بشكل أكثر تحديدًا ، خاصية مقاومة الخدوش والالتصاق لدهانات الأرضيات المصنوعة من الأكريليك.

الجدول 1: ملخص للأحمال الحرجة.

الشكل 6: صورة مجهرية للخدش الكامل مع حمولة قصوى تبلغ 5 نيوتن.

الشكل 7: صورة مجهرية للخدش الكامل مع حمولة قصوى تبلغ 35 نيوتن.

خاتمة

بالمقارنة مع قياسات التآكل التقليدية في Taber ، فإن NANOVEA MECHANICAL Tester و Tribometer هما أداتان متفوقتان للتقييم ومراقبة الجودة للأرضيات التجارية وطلاء السيارات. يمكن لجهاز اختبار NANOVEA الميكانيكي في وضع الخدش اكتشاف مشاكل الالتصاق / التماسك في نظام الطلاء. يوفر NANOVEA Tribometer تحكمًا جيدًا في التحليل الكمي والقابل للتكرار حول مقاومة التآكل ومعامل الاحتكاك في الدهانات.

استنادًا إلى التحليلات الترايبولوجية والميكانيكية الشاملة لطلاءات الأرضيات المصنوعة من الأكريليك المائي التي تم اختبارها في هذه الدراسة ، نظهر أن العينة B تمتلك أقل نسبة COF ومعدل تآكل وثاني أفضل مقاومة للخدش ، بينما يُظهر النموذج D أفضل مقاومة للخدش وثاني أفضل ارتداء المقاومة. يتيح لنا هذا التقييم تقييم واختيار أفضل مرشح يستهدف الاحتياجات في بيئات التطبيق المختلفة.

تشتمل كل من وحدات Nano و Micro في NANOVEA Tester الميكانيكي على المسافة البادئة المتوافقة مع ISO و ASTM وأوضاع اختبار الخدش والتآكل ، مما يوفر أوسع نطاق من الاختبارات المتاحة لتقييم الطلاء على وحدة واحدة. يوفر NANOVEA Tribometer اختبار تآكل واحتكاك دقيق وقابل للتكرار باستخدام أوضاع دوارة وخطية متوافقة مع ISO و ASTM ، مع تآكل اختياري بدرجة حرارة عالية ، ووحدات تزييت وتآكل تريبو متوفرة في نظام واحد متكامل مسبقًا. تعد مجموعة NANOVEA التي لا مثيل لها حلاً مثاليًا لتحديد النطاق الكامل للخصائص الميكانيكية / الترايبولوجية للطلاءات الرقيقة أو السميكة أو الناعمة أو القاسية والأغشية والركائز ، بما في ذلك الصلابة ، ومعامل يونغ ، ومتانة الكسر ، والالتصاق ، ومقاومة التآكل وغيرها الكثير. تتوفر ملفات التعريف الضوئية NANOVEA الاختيارية غير الملامسة للتصوير ثلاثي الأبعاد عالي الدقة للخدوش ومسارات التآكل بالإضافة إلى قياسات السطح الأخرى مثل الخشونة.

الآن ، لنتحدث عن طلبك

The post Industrial Coatings Scratch and Wear Evaluation appeared first on NANOVEA: Advanced Profilometers, Tribometers, Nanoindenters, and Scratch Testers for Materials Testing.

أداء كشط ورق الصنفرة باستخدام الترايبومتر

nanovea — الاثنين، 01 نوفمبر 2021 20:39:55 +0000

أداء احتكاك ورق الصنفرة

استخدام ثلاثي الأبعاد

أُعدت بواسطة

دوانجي لي ، دكتوراه

مقدمة

يتكون ورق الصنفرة من جزيئات كاشطة يتم لصقها على وجه واحد من الورق أو القماش. يمكن استخدام مواد كاشطة مختلفة للجسيمات ، مثل العقيق وكربيد السيليكون وأكسيد الألومنيوم والماس. يتم تطبيق ورق الصنفرة على نطاق واسع في مجموعة متنوعة من القطاعات الصناعية لإنشاء تشطيبات سطحية محددة على الخشب والمعدن والجدران الجافة. غالبًا ما يعملون تحت ضغط عالٍ يتم تطبيقه يدويًا أو أدوات كهربائية.

أهمية تقييم أداء احتكاك ورق الصنفرة

غالبًا ما يتم تحديد فعالية ورق الصنفرة من خلال أداء التآكل في ظل ظروف مختلفة. يحدد حجم الحبيبات ، أي حجم الجسيمات الكاشطة المدمجة في ورق الصنفرة ، معدل التآكل وحجم الخدش للمادة التي يتم صقلها. تحتوي أوراق الصنفرة ذات الأرقام الحبيبية العالية على جزيئات أصغر ، مما ينتج عنه سرعات صنفرة أقل وتشطيبات سطح أكثر دقة. يمكن أن يكون لأوراق الرمل التي تحمل نفس عدد الحبيبات ولكنها مصنوعة من مواد مختلفة سلوكيات غير متشابهة في الظروف الجافة أو الرطبة. هناك حاجة إلى تقييمات ترايبولوجية موثوقة للتأكد من أن ورق الصنفرة المصنوع يمتلك السلوك الكاشط المرغوب فيه. تسمح هذه التقييمات للمستخدمين بإجراء مقارنة كمية لسلوكيات التآكل لأنواع مختلفة من ورق الصنفرة بطريقة خاضعة للرقابة والمراقبة من أجل اختيار أفضل مرشح للتطبيق المستهدف.

هدف القياس

في هذه الدراسة، نعرض قدرة جهاز قياس الاحتكاك الهوائي NANOVEA T2000 High Load Pneumatic Tribometer على التقييم الكمي لأداء التآكل لمختلف عينات ورق الصنفرة في الظروف الجافة والرطبة.

نانوفيا T2000 حمولة عالية
مقياس الاحتكاك الهوائي

إجرائات الإمتحان

تم تقييم معامل الاحتكاك (COF) وأداء التآكل لنوعين من ورق الصنفرة بواسطة مقياس Tribometer NANOVEA T100. تم استخدام كرة من الفولاذ المقاوم للصدأ 440 كمادة مضادة. تم فحص ندوب تآكل الكرة بعد كل اختبار تآكل باستخدام NANOVEA ملف التعريف البصري ثلاثي الأبعاد غير المتصل لضمان قياسات دقيقة لفقدان الحجم.

يرجى ملاحظة أنه تم اختيار كرة من الفولاذ المقاوم للصدأ 440 كمواد مضادة لإنشاء دراسة مقارنة ولكن يمكن استبدال أي مادة صلبة لمحاكاة حالة تطبيق مختلفة.

نتائج الاختبار والمناقشة

يوضح الشكل 1 مقارنة COF لورق الصنفرة 1 و 2 في ظل الظروف البيئية الجافة والرطبة. يُظهر ورق الصنفرة 1 ، في ظل الظروف الجافة ، COF قدره 0.4 في بداية الاختبار والذي يتناقص تدريجياً ويستقر عند 0.3. في ظل الظروف الرطبة ، تُظهر هذه العينة متوسط COF أقل من 0.27. في المقابل ، تُظهر نتائج COF للعينة 2 COF جافًا قدره 0.27 و COF رطبًا ~ 0.37.

يرجى ملاحظة أن التذبذب في البيانات لجميع مخططات COF كان ناتجًا عن الاهتزازات الناتجة عن حركة انزلاق الكرة على أسطح ورق الصنفرة الخشنة.

شكل ١: تطور COF أثناء اختبارات التآكل.

يلخص الشكل 2 نتائج تحليل ندبة التآكل. تم قياس ندوب التآكل باستخدام مجهر بصري وملف تعريف بصري NANOVEA 3D Non-Contact. الشكل 3 والشكل 4 يقارنان ندوب التآكل لكرات SS440 البالية بعد اختبارات التآكل على ورق الصنفرة 1 و 2 (الظروف الرطبة والجافة). كما هو مبين في الشكل 4 ، يلتقط NANOVEA Optical Profiler بدقة التضاريس السطحية للكرات الأربع ومسارات التآكل الخاصة بكل منها والتي تمت معالجتها بعد ذلك باستخدام برنامج NANOVEA Mountains Advanced Analysis لحساب فقد الحجم ومعدل التآكل. على المجهر وصورة الملف الشخصي للكرة ، يمكن ملاحظة أن الكرة المستخدمة في اختبار الصنفرة 1 (الجاف) أظهرت ندبة تآكل أكبر مقارنة بالآخرين مع فقد حجمها 0.313 مم³. في المقابل ، كان فقد الحجم لورق الصنفرة 1 (مبلل) 0.131 مم³. بالنسبة إلى ورق الصنفرة 2 (الجاف) ، كان فقد الحجم 0.163 مم³ وبالنسبة لورق الصنفرة 2 (الرطب) ، زاد فقد الحجم إلى 0.237 مم³.

علاوة على ذلك ، من المثير للاهتمام ملاحظة أن COF لعبت دورًا مهمًا في أداء الكشط لأوراق الصنفرة. أظهر ورق الصنفرة 1 نسبة أعلى من COF في حالة الجفاف ، مما أدى إلى معدل تآكل أعلى للكرة SS440 المستخدمة في الاختبار. وبالمقارنة ، أدى ارتفاع COF الخاص بورق الصنفرة 2 في الحالة الرطبة إلى معدل تآكل أعلى. يتم عرض مسارات التآكل لأوراق الصنفرة بعد القياسات في الشكل 5.

يدعي كل من ورق الصنفرة 1 و2 أنه يعمل في البيئات الجافة والرطبة. ومع ذلك، فقد أظهروا أداءً مختلفًا بشكل كبير في التآكل في الظروف الجافة والرطبة. نانوفيا مقاييس الحرارة توفير إمكانات تقييم التآكل القابلة للقياس الكمي والموثوقة والتي تضمن تقييمات التآكل القابلة للتكرار. علاوة على ذلك، فإن قدرة قياس COF في الموقع تسمح للمستخدمين بربط المراحل المختلفة لعملية التآكل مع تطور COF، وهو أمر بالغ الأهمية في تحسين الفهم الأساسي لآلية التآكل والخصائص القبلية لورق الصنفرة

الشكل 2: ارتداء حجم ندبة من الكرات ومتوسط COF تحت ظروف مختلفة.

الشكل 3: ارتداء ندبات الكرات بعد الاختبارات.

الشكل 4: شكل ثلاثي الأبعاد لندبات التآكل على الكرات.

الشكل 5: قم بارتداء المسارات على ورق الصنفرة تحت ظروف مختلفة.

خاتمة

تم تقييم أداء التآكل لنوعين من ورق الصنفرة من نفس عدد الحبيبات تحت ظروف جافة ورطبة في هذه الدراسة. تلعب شروط خدمة ورق الصنفرة دورًا مهمًا في فعالية أداء العمل. يتميز ورق الصنفرة 1 بسلوك تآكل أفضل في الظروف الجافة ، بينما كان أداء ورق الصنفرة 2 أفضل في الظروف الرطبة. يعد الاحتكاك أثناء عملية الصنفرة عاملاً مهمًا يجب مراعاته عند تقييم أداء التآكل. يقيس NANOVEA Optical Profiler بدقة التشكل ثلاثي الأبعاد لأي سطح ، مثل ندوب التآكل على الكرة ، مما يضمن تقييمًا موثوقًا لأداء تآكل ورق الصنفرة في هذه الدراسة. يقيس NANOVEA Tribometer معامل الاحتكاك في الموقع أثناء اختبار التآكل ، مما يوفر نظرة ثاقبة على المراحل المختلفة لعملية التآكل. كما يوفر أيضًا اختبار التآكل والاحتكاك المتكرر باستخدام أوضاع الدوران والخطية المتوافقة مع ISO و ASTM ، مع توفر وحدات التآكل والتشحيم الاختيارية ذات درجات الحرارة العالية في نظام واحد متكامل مسبقًا. يتيح هذا النطاق الذي لا مثيل له للمستخدمين محاكاة بيئة العمل القاسية المختلفة للمحامل الكروية بما في ذلك الضغط العالي والتآكل ودرجة الحرارة المرتفعة ، إلخ. كما أنه يوفر أداة مثالية للتقييم الكمي للسلوكيات الترابطية للمواد فائقة مقاومة التآكل تحت الأحمال العالية.

هل لديك تطبيق مماثل؟

The post Sandpaper Abrasion Performance Using a Tribometer appeared first on NANOVEA: Advanced Profilometers, Tribometers, Nanoindenters, and Scratch Testers for Materials Testing.

اختبار رطوبة طلاء الزجاج بواسطة Tribometer

nanovea — الخميس، 13 مايو 2021 19:40:10 +0000

اختبار رطوبة طلاء الزجاج بواسطة Tribometer

يتعلم أكثر

رطوبة طلاء الزجاج

ارتدِ الاختبار بالمقاييس الثلاثية

أُعدت بواسطة

دوانجي لي، دكتوراه

مقدمة

يخلق طلاء الزجاج ذاتية التنظيف سطحًا زجاجيًا سهل التنظيف يمنع تراكم الأوساخ والأوساخ والبقع. تعمل ميزة التنظيف الذاتي على تقليل تكاليف التكرار والوقت والطاقة والتنظيف بشكل كبير ، مما يجعلها خيارًا جذابًا لمجموعة متنوعة من التطبيقات السكنية والتجارية ، مثل الواجهة الزجاجية والمرايا وزجاج الدش والنوافذ والزجاج الأمامي.

أهمية مقاومة ارتداء الطلاء الزجاجي للتنظيف الذاتي

أحد التطبيقات الرئيسية لطلاء التنظيف الذاتي هو السطح الخارجي للواجهة الزجاجية على ناطحات السحاب. غالبًا ما يتعرض السطح الزجاجي للهجوم بواسطة جزيئات عالية السرعة تحملها الرياح القوية. تلعب حالة الطقس أيضًا دورًا رئيسيًا في عمر خدمة طلاء الزجاج. قد يكون من الصعب جدًا والمكلف معالجة السطح الزجاجي وتطبيق الطلاء الجديد عند فشل الطلاء القديم. ولذلك ، فإن مقاومة التآكل لطلاء الزجاج تحته
حالة الطقس المختلفة أمر بالغ الأهمية.

من أجل محاكاة الظروف البيئية الواقعية لطلاء التنظيف الذاتي في ظروف جوية مختلفة ، يلزم إجراء تقييم تآكل قابل للتكرار في رطوبة يتم التحكم فيها والمراقبة. يسمح للمستخدمين بمقارنة مقاومة التآكل للطلاءات ذاتية التنظيف المعرضة لرطوبة مختلفة بشكل صحيح واختيار أفضل مرشح للتطبيق المستهدف.

هدف القياس

في هذه الدراسة ، أظهرنا أن نانوفيا T100 Tribometer المجهز بجهاز تحكم في الرطوبة هو أداة مثالية للتحقق من مقاومة التآكل لطلاء الزجاج ذاتية التنظيف في رطوبة مختلفة.

نانوفيا

T100

إجرائات الإمتحان

تم طلاء شرائح مجهر زجاج الصودا والجير بطبقات زجاجية ذاتية التنظيف مع وصفتين مختلفتين للمعالجة. يتم تحديد هذين الطلاءين على أنهما طلاء 1 وطلاء 2. يتم أيضًا اختبار شريحة زجاجية عارية غير مطلية للمقارنة.

نانوفيا ثلاثي الأبعاد تم استخدام وحدة التحكم في الرطوبة لتقييم السلوك الاحتكاكي، على سبيل المثال، معامل الاحتكاك، COF، ومقاومة التآكل للطلاءات الزجاجية ذاتية التنظيف. تم تطبيق طرف كرة WC (قطر 6 مم) على العينات التي تم اختبارها. تم تسجيل COF في الموقع. يتحكم جهاز التحكم في الرطوبة المتصل بغرفة Tribo بدقة في قيمة الرطوبة النسبية (RH) في نطاق ±1 %. تم فحص مورفولوجيا مسار التآكل تحت المجهر الضوئي بعد اختبارات التآكل.

اقصى حموله 40 ملي نيوتن

النتائج والمناقشة

تم إجراء اختبارات تآكل المسمار على القرص في ظروف رطوبة مختلفة على الزجاج المطلي وغير المطلي
عينات. تم تسجيل COF في الموقع أثناء اختبارات التآكل كما هو موضح في شكل 1 ويتم تلخيص متوسط COF في الشكل 2. الشكل 4 يقارن مسارات التآكل بعد اختبارات التآكل.

كما هو موضح في شكل 1، يُظهر الزجاج غير المطلي نسبة عالية من COF تبلغ 0.45 ~ بمجرد أن تبدأ الحركة المنزلقة في 30% RH ، ويزداد تدريجياً إلى 0.6 ~ في نهاية اختبار التآكل 300 ثورة. بالمقارنة ، فإن
تُظهر عينات الزجاج المطلي Coating 1 و Coating 2 انخفاض COF أقل من 0.2 في بداية الاختبار. COF
من الطلاء 2 يستقر عند ~ 0.25 خلال بقية الاختبار ، بينما يُظهر Coating 1 زيادة حادة في COF عند
~ 250 دورة وتصل قيمة COF إلى 0.5 ~. عندما يتم إجراء اختبارات التآكل في 60% RH ، فإن
لا يزال الزجاج غير المطلي يُظهر COF أعلى من ~ 0.45 طوال اختبار التآكل. تعرض الطلاءات 1 و 2 قيم COF من 0.27 و 0.22 على التوالي. في 90% RH ، يمتلك الزجاج غير المطلي نسبة عالية من COF ~ 0.5 في نهاية اختبار التآكل. تُظهر الطلاءات 1 و 2 COF قابلة للمقارنة تبلغ 0.1 ~ عند بدء اختبار التآكل. يحافظ الطلاء 1 على COF مستقر نسبيًا يبلغ 0.15 تقريبًا. ومع ذلك ، فشل طلاء 2 عند حوالي 100 دورة ، تليها زيادة كبيرة في COF إلى 0.5 ~ قرب نهاية اختبار التآكل.

ينتج الاحتكاك المنخفض لطلاء الزجاج ذاتي التنظيف عن انخفاض طاقة سطحه. إنه يخلق ثابتًا عاليًا جدًا
زاوية الاتصال بالماء وزاوية التدحرج المنخفضة. يؤدي إلى تكوين قطرات ماء صغيرة على سطح الطلاء في 90% RH كما هو موضح تحت المجهر في الشكل 3. يؤدي أيضًا إلى انخفاض متوسط COF من ~ 0.23 إلى ~ 0.15 لـ Coating 2 حيث تزيد قيمة RH من 30% إلى 90%.

شكل ١: معامل الاحتكاك أثناء اختبارات الدبوس على القرص في رطوبة نسبية مختلفة.

الشكل 2: متوسط COF أثناء اختبارات التثبيت على القرص في رطوبة نسبية مختلفة.

الشكل 3: تشكل قطرات ماء صغيرة على سطح الزجاج المطلي.

الشكل 4 يقارن آثار التآكل على السطح الزجاجي بعد اختبارات التآكل في درجات رطوبة مختلفة. يُظهر الطلاء 1 علامات تآكل خفيف بعد اختبارات التآكل في RH 30% و 60%. إنها تمتلك مسار تآكل كبير بعد الاختبار في 90% RH ، بالاتفاق مع الزيادة الكبيرة في COF أثناء اختبار التآكل. لا يُظهر الطلاء 2 أي علامة تقريبًا على التآكل بعد اختبارات التآكل في كل من البيئة الجافة والرطبة ، كما أنه يُظهر انخفاض ثابت من COF أثناء اختبارات التآكل في رطوبة مختلفة. إن الجمع بين الخصائص الترايبولوجية الجيدة والطاقة السطحية المنخفضة يجعل طلاء 2 مرشحًا جيدًا لتطبيقات طلاء الزجاج ذاتية التنظيف في البيئات القاسية. بالمقارنة ، يُظهر الزجاج غير المطلي مسارات تآكل أكبر و COF أعلى في رطوبة مختلفة ، مما يدل على ضرورة تقنية الطلاء بالتنظيف الذاتي.

الشكل 4: قم بارتداء المسارات بعد اختبارات التثبيت على القرص في رطوبة نسبية مختلفة (تكبير 200 مرة).

خاتمة

نانوفيا T100 Tribometer هو أداة ممتازة للتقييم ومراقبة الجودة لطلاءات الزجاج ذاتية التنظيف في درجات الرطوبة المختلفة. تسمح قدرة قياس COF في الموقع للمستخدمين بربط المراحل المختلفة من عملية التآكل بتطور COF ، وهو أمر بالغ الأهمية في تحسين الفهم الأساسي لآلية التآكل والخصائص الترايبولوجية لطلاء الزجاج. استنادًا إلى التحليل الترايبولوجي الشامل لطلاء الزجاج ذاتية التنظيف الذي تم اختباره في رطوبة مختلفة ، نظهر أن Coating 2 تمتلك نسبة منخفضة من COF ثابتة ومقاومة تآكل فائقة في كل من البيئات الجافة والرطبة ، مما يجعلها مرشحًا أفضل لطلاء الزجاج ذاتي التنظيف تتعرض التطبيقات لظروف مناخية مختلفة.

نانوفيا توفر أجهزة قياس الاحتكاك اختبار تآكل واحتكاك دقيق وقابل للتكرار باستخدام أوضاع دوارة وخطية متوافقة مع ISO و ASTM ، مع تآكل اختياري عالي الحرارة ، ووحدات تزييت وتآكل تريبو متوفرة في نظام واحد متكامل مسبقًا. يتوفر ملف تعريف اختياري ثلاثي الأبعاد غير متصل للارتفاع
دقة التصوير ثلاثي الأبعاد لمسار التآكل بالإضافة إلى قياسات السطح الأخرى مثل الخشونة.

هل لديك تطبيق مماثل؟

The post Glass Coating Humidity Wear Testing by Tribometer appeared first on NANOVEA: Advanced Profilometers, Tribometers, Nanoindenters, and Scratch Testers for Materials Testing.

قياس التآكل في الموقع عند درجة حرارة عالية

Andrew Shore — الثلاثاء، 29 ديسمبر 2020 22:20:45 +0000

في الموقع ، ارتدي القياس في درجات حرارة عالية

استخدام ثلاثي الأبعاد

أُعدت بواسطة

دوانجي لي ، دكتوراه

مقدمة

المحول التفاضلي الخطي المتغير (LVDT) هو نوع من المحولات الكهربائية القوية المستخدمة لقياس الإزاحة الخطية. لقد تم استخدامه على نطاق واسع في مجموعة متنوعة من التطبيقات الصناعية ، بما في ذلك توربينات الطاقة ، والمكونات الهيدروليكية ، والأتمتة ، والطائرات ، والأقمار الصناعية ، والمفاعلات النووية ، وغيرها الكثير.

في هذه الدراسة، نعرض الوظائف الإضافية لـ LVDT ووحدات درجة الحرارة المرتفعة في NANOVEA ثلاثي الأبعاد والتي تسمح بقياس تغيير عمق مسار التآكل للعينة المختبرة أثناء عملية التآكل في درجات حرارة مرتفعة. يتيح ذلك للمستخدمين ربط المراحل المختلفة لعملية التآكل مع تطور COF، وهو أمر بالغ الأهمية في تحسين الفهم الأساسي لآلية التآكل والخصائص الاحتكاكية للمواد المستخدمة في تطبيقات درجات الحرارة المرتفعة.

هدف القياس

في هذه الدراسة. نود أن نعرض قدرة NANOVEA T50 Tribometer للمراقبة في الموقع لتطور عملية تآكل المواد في درجات حرارة مرتفعة.

تتم محاكاة عملية تآكل سيراميك سيليكات الألومينا عند درجات حرارة مختلفة بطريقة محكومة ومراقب.

نانوفيا

T50

إجراء الاختبار

تم تقييم السلوك الترابطي ، مثل معامل الاحتكاك ، COF ، ومقاومة التآكل لألواح سيراميك الألومينا بواسطة NANOVEA Tribometer. تم تسخين صفيحة سيراميك سيليكات الألومينا بواسطة فرن من درجة حرارة الغرفة ، RT ، إلى درجات حرارة مرتفعة (400 درجة مئوية و 800 درجة مئوية) ، متبوعة باختبارات التآكل عند درجات الحرارة هذه.

للمقارنة ، تم إجراء اختبارات التآكل عند تبريد العينة من 800 درجة مئوية إلى 400 درجة مئوية ثم إلى درجة حرارة الغرفة. تم تطبيق طرف كرة AI2O3 (قطر 6 مم ، درجة 100) ضد العينات المختبرة. تمت مراقبة COF وعمق التآكل ودرجة الحرارة في الموقع.

معلمات الاختبار

من قياس دبوس على القرص

تم تقييم معدل التآكل ، K ، باستخدام الصيغة K = V / (Fxs) = A / (Fxn) ، حيث V هو الحجم البالي ، F هو الحمل الطبيعي ، s هو مسافة الانزلاق ، A هو المقطع العرضي منطقة مسار التآكل ، و n هي عدد الدورات. تم تقييم خشونة السطح وملامح مسار التآكل بواسطة NANOVEA Optical Profiler ، وتم فحص مورفولوجيا مسار التآكل باستخدام مجهر بصري.

النتائج والمناقشة

يظهر عمق COF وعمق مسار التآكل المسجل في الموقع في الشكل 1 والشكل 2 ، على التوالي. في الشكل 1 ، يشير "-I" إلى الاختبار الذي تم إجراؤه عند زيادة درجة الحرارة من RT إلى درجة حرارة مرتفعة. يمثل "-D" انخفاض درجة الحرارة من ارتفاع درجة حرارة 800 درجة مئوية.

كما هو مبين في الشكل 1 ، فإن العينات التي تم اختبارها في درجات حرارة مختلفة تظهر COF قابلة للمقارنة تبلغ 0.6 تقريبًا في جميع أنحاء القياسات. تؤدي نسبة COF المرتفعة إلى عملية تآكل متسارعة تخلق كمية كبيرة من الحطام. تمت مراقبة عمق مسار التآكل أثناء اختبارات التآكل بواسطة LVDT كما هو موضح في الشكل 2. توضح الاختبارات التي تم إجراؤها في درجة حرارة الغرفة قبل تسخين العينة وبعد تبريد العينة أن صفيحة سيراميك سيليكات الألومينا تعرض عملية تآكل تدريجية عند RT ، التآكل يزداد عمق الجنزير تدريجياً طوال اختبار التآكل إلى ~ 170 و ~ 150 ميكرومتر ، على التوالي.

بالمقارنة ، تُظهر اختبارات التآكل في درجات حرارة مرتفعة (400 درجة مئوية و 800 درجة مئوية) سلوك تآكل مختلف - يزداد عمق مسار التآكل على الفور في بداية عملية التآكل ، ويتباطأ مع استمرار الاختبار. تبلغ أعماق مسار التآكل للاختبارات التي يتم إجراؤها عند درجات حرارة 400 درجة مئوية و 800 درجة مئوية و 400 درجة مئوية ~ 140 و ~ 350 و ~ 210 ميكرومتر ، على التوالي.

شكل 1. معامل الاحتكاك أثناء اختبارات التثبيت على القرص عند درجات حرارة مختلفة

الشكل 2. تطور عمق مسار التآكل للوحة سيراميك سيليكات الألومينا عند درجات حرارة مختلفة

تم قياس متوسط معدل التآكل وعمق مسار التآكل لألواح السيراميك سيليكات الألومينا عند درجات حرارة مختلفة باستخدام نانوفيا ملف التعريف البصري كما تم تلخيصه في الشكل 3. يتوافق عمق مسار التآكل مع ذلك المسجل باستخدام LVDT. تُظهر لوحة سيراميك سيليكات الألومينا زيادة كبيرة في معدل التآكل بحوالي 0.5 مم 3 / نيوتن متر عند 800 درجة مئوية ، مقارنة بمعدلات التآكل التي تقل عن 0.2 مم 3 / نيوتن عند درجات حرارة أقل من 400 درجة مئوية. لا تُظهر صفيحة سيليكات الألومينا خصائص ميكانيكية / ترايبولوجية مُحسَّنة بشكل كبير بعد عملية التسخين القصيرة ، حيث تمتلك معدل تآكل مشابه قبل وبعد المعالجة الحرارية.

سيراميك سيليكات الألومينا ، المعروف أيضًا باسم الحمم البركانية والعجائب ، ناعم وقابل للتشغيل الآلي قبل المعالجة بالتسخين. يمكن لعملية إطلاق طويلة في درجات حرارة مرتفعة تصل إلى 1093 درجة مئوية أن تعزز بشكل كبير صلابتها وقوتها ، وبعد ذلك يلزم تصنيع الماس. هذه الخاصية الفريدة تجعل سيراميك سيليكات الألومينا مادة مثالية للنحت.

في هذه الدراسة ، أظهرنا أن المعالجة الحرارية عند درجة حرارة أقل من تلك المطلوبة للحرق (800 درجة مئوية مقابل 1093 درجة مئوية) في وقت قصير لا تحسن الخصائص الميكانيكية والترايبولوجية لسيراميك الألومينا ، مما يجعل الحرق المناسب أمرًا ضروريًا معالجة هذه المادة قبل استخدامها في التطبيقات الحقيقية.

الشكل 3. معدل التآكل وعمق مسار التآكل للعينة عند درجات حرارة مختلفة

خاتمة

بناءً على التحليل الترايبولوجي الشامل في هذه الدراسة ، أظهرنا أن صفيحة سيراميك الألومينا تُظهر معامل احتكاك مماثل عند درجات حرارة مختلفة من درجة حرارة الغرفة إلى 800 درجة مئوية. ومع ذلك ، فإنه يظهر زيادة كبيرة في معدل التآكل ~ 0.5 مم 3 / نيوتن متر عند 800 درجة مئوية ، مما يدل على أهمية المعالجة الحرارية المناسبة لهذا السيراميك.

NANOVEA ثلاثي المقاييس قادرة على تقييم الخصائص الترايبولوجية للمواد للتطبيقات في درجات حرارة عالية تصل إلى 1000 درجة مئوية. تسمح وظيفة COF في الموقع وقياسات عمق مسار التآكل للمستخدمين بربط المراحل المختلفة من عملية التآكل بتطور COF ، وهو أمر بالغ الأهمية في تحسين الفهم الأساسي لآلية التآكل والخصائص الترايبولوجية للمواد المستخدمة في درجات حرارة مرتفعة.

توفر أجهزة قياس الاحتكاك من NANOVEA اختبار تآكل واحتكاك دقيق وقابل للتكرار باستخدام أوضاع دوارة وخطية متوافقة مع ISO و ASTM ، مع تآكل اختياري بدرجة حرارة عالية ، ووحدات تزييت وتآكل تريبو متوفرة في نظام واحد متكامل مسبقًا. تعد مجموعة NANOVEA التي لا مثيل لها حلاً مثاليًا لتحديد النطاق الكامل للخصائص الترايبولوجية للطلاءات الرقيقة أو السميكة أو الناعمة أو القاسية والأغشية والركائز.

تتوفر ملفات التعريف الاختيارية ثلاثية الأبعاد غير الملامسة للتصوير ثلاثي الأبعاد عالي الدقة لمسارات التآكل بالإضافة إلى قياسات السطح الأخرى مثل الخشونة.

هل لديك تطبيق مماثل؟

The post In Situ Wear Measurement at High Temperature appeared first on NANOVEA: Advanced Profilometers, Tribometers, Nanoindenters, and Scratch Testers for Materials Testing.

المحامل الكروية: دراسة مقاومة التآكل عالية القوة

Andrew Shore — الأربعاء، 01 يوليو 2020 18:59:15 +0000

مقدمة

يستخدم محمل الكرة الكرات لتقليل الاحتكاك الدوراني ودعم الأحمال الشعاعية والمحورية. تنتج الكرات المتدحرجة بين سلالات المحامل معامل احتكاك أقل بكثير (COF) مقارنة بسطحين مستويين ينزلقان ضد بعضهما البعض. غالبًا ما تتعرض المحامل الكروية لمستويات عالية من إجهاد التلامس والتآكل والظروف البيئية القاسية مثل درجات الحرارة المرتفعة. لذلك، تعد مقاومة الكرات للتآكل تحت الأحمال العالية والظروف البيئية القاسية أمرًا بالغ الأهمية لإطالة عمر محمل الكرة لتقليل التكلفة والوقت اللازم للإصلاحات والاستبدال.
يمكن العثور على المحامل الكروية في جميع التطبيقات تقريبًا التي تتضمن أجزاء متحركة. يتم استخدامها بشكل شائع في صناعات النقل مثل الطيران والسيارات بالإضافة إلى صناعة الألعاب التي تصنع عناصر مثل سبينر وألواح التزلج.

تقييم تآكل المحامل الكروية عند الأحمال العالية

يمكن تصنيع محامل الكرات من قائمة واسعة من المواد. تتراوح المواد شائعة الاستخدام بين المعادن مثل الفولاذ المقاوم للصدأ والفولاذ الكروم أو السيراميك مثل كربيد التنغستن (WC) ونيتريد السيليكون (Si3n4). للتأكد من أن المحامل الكروية المصنعة تتمتع بمقاومة التآكل المطلوبة المثالية لظروف التطبيق المحدد، من الضروري إجراء تقييمات احتكاكية موثوقة تحت الأحمال العالية. يساعد اختبار الاحتكاك في قياس سلوكيات التآكل للمحامل الكروية المختلفة ومقارنتها بطريقة يتم التحكم فيها ومراقبتها لاختيار أفضل مرشح للتطبيق المستهدف.

هدف القياس

في هذه الدراسة، نعرض النانوفيا ثلاثي الأبعاد كأداة مثالية لمقارنة مقاومة التآكل للمحامل الكروية المختلفة تحت الأحمال العالية.

الشكل 1: إعداد اختبار التحمل.

إجراء اختبار

تم تقييم معامل الاحتكاك وCOF ومقاومة التآكل للمحامل الكروية المصنوعة من مواد مختلفة بواسطة مقياس Nanovea Tribometer. تم استخدام ورق الصنفرة الحصباء P100 كمادة مضادة. تم فحص ندوب التآكل للمحامل الكروية باستخدام أ نانوفيا ملف تعريف عدم الاتصال ثلاثي الأبعاد بعد انتهاء اختبارات التآكل. يتم تلخيص معلمات الاختبار في الجدول 1. معدل التآكل، ك، باستخدام الصيغة K = V / (F × s)، أين الخامس هو الحجم البالي ، F هو الحمل العادي و س هي المسافة المنزلقة. تم تقييم ندوب ارتداء الكرة بواسطة أ نانوفيا أداة تعريف عدم الاتصال ثلاثية الأبعاد لضمان قياس دقيق لحجم التآكل.
تسمح ميزة تحديد المواقع الشعاعية الآلية لمقياس الاحتكاك بتقليل نصف قطر مسار التآكل طوال مدة الاختبار. يُطلق على وضع الاختبار هذا اسم الاختبار الحلزوني وهو يضمن أن محمل الكرة ينزلق دائمًا على سطح جديد من ورق الصنفرة (الشكل 2). إنه يحسن بشكل كبير من تكرار اختبار مقاومة التآكل على الكرة. يوفر جهاز التشفير المتقدم 20 بت للتحكم في السرعة الداخلية وجهاز التشفير 16 بت للتحكم في الموضع الخارجي معلومات دقيقة عن السرعة والموضع في الوقت الفعلي، مما يسمح بالتعديل المستمر لسرعة الدوران لتحقيق سرعة انزلاق خطية ثابتة عند جهة الاتصال.
يرجى ملاحظة أنه تم استخدام ورق الصنفرة P100 Grit لتبسيط سلوك التآكل بين المواد الكروية المختلفة في هذه الدراسة ويمكن استبداله بأي سطح مادي آخر. يمكن استبدال أي مادة صلبة لمحاكاة أداء مجموعة واسعة من أدوات التوصيل المادية في ظل ظروف التطبيق الفعلية، كما هو الحال في السوائل أو مواد التشحيم.

الشكل 2: رسم توضيحي للممرات الحلزونية لمحمل الكرة على ورق الصنفرة.

الجدول 1: اختبار معلمات قياسات التآكل.

النتائج والمناقشة

يعد معدل التآكل عاملاً حيويًا لتحديد عمر خدمة المحمل الكروي، في حين يكون انخفاض COF أمرًا مرغوبًا فيه لتحسين أداء المحمل وكفاءته. يقارن الشكل 3 تطور COF للمحامل الكروية المختلفة مقابل ورق الصنفرة أثناء الاختبارات. تُظهر كرة Cr Steel زيادة في COF بمقدار ~0.4 أثناء اختبار التآكل، مقارنة بـ ~0.32 و~0.28 لمحامل الكرات SS440 وAl2O3. من ناحية أخرى، تُظهر كرة المرحاض COF ثابتًا يبلغ ~0.2 طوال اختبار التآكل. يمكن ملاحظة تباين COF الملحوظ خلال كل اختبار والذي يعزى إلى الاهتزازات الناتجة عن الحركة المنزلقة للمحامل الكروية على سطح ورق الصنفرة الخشن.

الشكل 3: تطور COF أثناء اختبارات التآكل.

الشكل 4 والشكل 5 يقارنان ندوب التآكل للمحامل الكروية بعد أن تم قياسها بواسطة المجهر الضوئي ومحدد التعريف البصري Nanovea غير المتصل، على التوالي، ويلخص الجدول 2 نتائج تحليل مسار التآكل. يحدد ملف تعريف Nanovea 3D بدقة حجم تآكل المحامل الكروية، مما يجعل من الممكن حساب ومقارنة معدلات التآكل للمحامل الكروية المختلفة. يمكن ملاحظة أن كرات Cr Steel وSS440 تظهر عليها ندوب تآكل مسطحة أكبر بكثير مقارنة بالكرات الخزفية، أي Al2O3 وWC بعد اختبارات التآكل. تتمتع كرات Cr Steel وSS440 بمعدلات تآكل مماثلة تبلغ 3.7×10-3 و3.2×10-3 م3/ن م، على التوالي. بالمقارنة، كرة Al2O3 تظهر مقاومة تآكل محسنة مع معدل تآكل يبلغ 7.2×10-4 m3/N·m. بالكاد تظهر على كرة WC خدوش بسيطة في منطقة مسار التآكل الضحلة، مما يؤدي إلى انخفاض كبير في معدل التآكل بمقدار 3.3×10-6 مم3/نيوتن متر.

الشكل 4: ارتداء ندوب الكرات بعد الاختبارات.

الشكل 5: مورفولوجية ثلاثية الأبعاد لندوب التآكل على المحامل الكروية.

الجدول 2: تحليل ارتداء الندبة للمحامل الكروية.

يوضح الشكل 6 صورًا مجهرية لمسارات التآكل الناتجة على الورق الرملي بواسطة المحامل الكروية الأربعة. من الواضح أن كرة المرحاض أنتجت مسار التآكل الأكثر شدة (إزالة جميع جزيئات الرمل تقريبًا في طريقها) وتمتلك أفضل مقاومة للتآكل. بالمقارنة، تركت كرات Cr Steel وSS440 كمية كبيرة من الحطام المعدني على مسار تآكل ورق الصنفرة.
توضح هذه الملاحظات أيضًا أهمية الاستفادة من الاختبار الحلزوني. إنه يضمن أن محمل الكرة ينزلق دائمًا على سطح جديد من ورق الصنفرة، مما يحسن بشكل كبير من تكرار اختبار مقاومة التآكل.

الشكل 6: وضع المسارات على ورق الصنفرة مقابل محامل كروية مختلفة.

خاتمة

تلعب مقاومة التآكل للمحامل الكروية تحت الضغط العالي دورًا حيويًا في أداء الخدمة. تتميز محامل الكرات الخزفية بمقاومة تآكل محسنة بشكل كبير في ظل ظروف الضغط العالي وتقليل الوقت والتكلفة بسبب إصلاح المحامل أو استبدالها. في هذه الدراسة، يُظهر محمل كروي WC مقاومة تآكل أعلى بكثير مقارنة بالمحامل الفولاذية، مما يجعله مرشحًا مثاليًا لتطبيقات المحامل حيث يحدث تآكل شديد.
تم تصميم Nanovea Tribometer بقدرات عزم دوران عالية لأحمال تصل إلى 2000 نيوتن ومحرك دقيق ومتحكم لسرعات دوران من 0.01 إلى 15000 دورة في الدقيقة. إنه يوفر اختبار التآكل والاحتكاك المتكرر باستخدام الأوضاع الدورانية والخطية المتوافقة مع ISO وASTM، مع توفر وحدات التآكل والتشحيم الاختيارية ذات درجة الحرارة العالية في نظام واحد متكامل مسبقًا. يتيح هذا النطاق الذي لا مثيل له للمستخدمين محاكاة بيئات العمل القاسية المختلفة للمحامل الكروية بما في ذلك الضغط العالي والتآكل ودرجة الحرارة المرتفعة، وما إلى ذلك. كما أنه يعمل كأداة مثالية للتقييم الكمي للسلوكيات الاحتكاكية للمواد الفائقة المقاومة للتآكل تحت الأحمال العالية.
يوفر ملف تعريف Nanovea 3D Non-Contact Profiler قياسات دقيقة لحجم التآكل ويعمل كأداة لتحليل الشكل التفصيلي لمسارات التآكل، مما يوفر رؤى إضافية في الفهم الأساسي لآليات التآكل.

أُعدت بواسطة
دوانجي لي، دكتوراه، جوناثان توماس، وبيير ليرو

The post Ball Bearings: High Force Wear Resistance Study appeared first on NANOVEA: Advanced Profilometers, Tribometers, Nanoindenters, and Scratch Testers for Materials Testing.

تحميل ديناميكي ترايبولوجي

nanovea — الثلاثاء، 03 مارس 2020 21:32:52 +0000

تحميل ديناميكي ترايبولوجي

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.

التذبذب المتحكم فيه عند اهتراء عينة النحاس

تمكّن وحدة المغناطيس الكهربائي ذات التحميل المتذبذب المتوازي في Nanovea T2000 Tribometer المستخدمين من التحقيق في تأثير السعة الخاضعة للتحكم وتذبذبات التردد على سلوك تآكل المواد. يتم تسجيل COF لعينات النحاس في الموقع كما هو موضح في الشكل 6. تُظهر عينة النحاس COF ثابتًا بمقدار 0.3 تقريبًا أثناء القياس الأول 330 ثورة ، مما يدل على تشكيل اتصال ثابت في الواجهة ومسار تآكل سلس نسبيًا . مع استمرار اختبار التآكل ، يشير تباين COF إلى حدوث تغيير في آلية التآكل. بالمقارنة ، تُظهر اختبارات التآكل تحت 5 N تذبذب يتم التحكم في السعة عند 50 N سلوك تآكل مختلف: يزيد COF على الفور في بداية عملية التآكل ، ويظهر تباينًا كبيرًا خلال اختبار التآكل. يشير هذا السلوك لـ COF إلى أن التذبذب المفروض في الحمل الطبيعي يلعب دورًا في حالة الانزلاق غير المستقرة عند جهة الاتصال.

يقارن الشكل 7 شكل مسار التآكل المقاس بواسطة مقياس التشكيل البصري المتكامل غير المتصل. يمكن ملاحظة أن عينة النحاس تحت سعة تذبذب مضبوطة تبلغ 5 نيوتن تظهر مسار تآكل أكبر بكثير بحجم 1.35 × 109 ميكرومتر 3 ، مقارنة بـ 5.03 × 108 ميكرومتر في ظل عدم وجود تذبذب مفروض. يعمل التذبذب المتحكم فيه على تسريع معدل التآكل بشكل كبير بعامل ~ 2.7 ، مما يُظهر التأثير الحاسم للتذبذب على سلوك التآكل.

التذبذب المتحكم فيه عند اهتراء طلاء TiN

يظهر في الشكل 8. COF ومسارات التآكل لعينة طلاء TiN. يُظهر طلاء TiN سلوكيات تآكل مختلفة بشكل كبير تحت التذبذب كما يتضح من تطور COF أثناء الاختبارات. يُظهر طلاء TiN ثابت COF بمقدار 0.3 ~ بعد فترة التشغيل في بداية اختبار التآكل ، بسبب التلامس الانزلاقي المستقر عند السطح البيني بين طلاء TiN وكرة Al₂O. ومع ذلك ، عندما يبدأ طلاء TiN بالفشل ، تخترق كرة Al₂O من خلال الطلاء وتنزلق ضد الركيزة الفولاذية الجديدة تحتها. يتم إنشاء كمية كبيرة من حطام طلاء TiN الصلب في مسار التآكل في نفس الوقت ، مما يؤدي إلى تآكل انزلاقي ثابت بجسمين إلى تآكل تآكل ثلاثي الأجسام. يؤدي مثل هذا التغيير في خصائص الزوجين الماديين إلى زيادة الاختلافات في تطور COF. يعمل التذبذب المفروض 5 N و 10 N على تسريع فشل طلاء TiN من حوالي 400 دورة إلى أقل من 100 دورة. تتفق مسارات التآكل الأكبر على عينات طلاء TiN بعد اختبارات التآكل تحت التذبذب المتحكم فيه مع مثل هذا التغيير في COF.

خاتمة

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.

هل لديك تطبيق مماثل؟

The post Dynamic Load Tribology appeared first on NANOVEA: Advanced Profilometers, Tribometers, Nanoindenters, and Scratch Testers for Materials Testing.

تأثير الرطوبة على طلاء DLC

nanovea — الثلاثاء، 11 فبراير 2020 14:38:38 +0000

أهمية تقييم التآكل على DLC في الرطوبة

تمتلك الطلاءات الكربونية الشبيهة بالماس (DLC) خصائص احتكاكية معززة، وهي مقاومة ممتازة للتآكل ومعامل احتكاك منخفض جدًا (COF). تضفي طلاءات DLC خصائص الماس عند ترسبها على مواد مختلفة. الخصائص الميكانيكية القبلية المواتية تجعل طلاءات DLC مفضلة في العديد من التطبيقات الصناعية، مثل أجزاء الطيران، وشفرات الحلاقة، وأدوات القطع المعدنية، والمحامل، ومحركات الدراجات النارية، والمزروعات الطبية.

تُظهر طلاءات DLC COF منخفضًا جدًا (أقل من 0.1) ضد الكرات الفولاذية في ظل ظروف فراغ وجفاف عالية¹². ومع ذلك ، فإن طلاءات DLC حساسة لتغيرات الظروف البيئية ، وخاصة الرطوبة النسبية (RH)³. قد تؤدي البيئات ذات الرطوبة العالية وتركيز الأكسجين إلى زيادة كبيرة في COF⁴. يحاكي تقييم التآكل الموثوق به في الرطوبة الخاضعة للرقابة الظروف البيئية الواقعية لطلاءات DLC للتطبيقات الاحتكاكية. يختار المستخدمون أفضل طلاءات DLC للتطبيقات المستهدفة مع المقارنة المناسبة
من سلوكيات تآكل DLC المعرضة لرطوبة مختلفة.

هدف القياس

تعرض هذه الدراسة النانوفيا ثلاثي الأبعاد المجهز بوحدة تحكم في الرطوبة هو الأداة المثالية للتحقق من سلوك التآكل لطلاءات DLC عند رطوبة نسبية مختلفة.

إجراء الاختبار

تم تقييم مقاومة الاحتكاك والتآكل لطلاءات DLC بواسطة مقياس Nanovea Tribometer. تم تلخيص معلمات الاختبار في الجدول 1. جهاز التحكم في الرطوبة المتصل بغرفة Tribo يتحكم بدقة في الرطوبة النسبية (RH) بدقة ± 1%. تم فحص مسارات التآكل على طبقات DLC وندبات التآكل على كرات SiN باستخدام المجهر الضوئي بعد الاختبارات.

ملاحظة: يمكن تطبيق أي مادة كروية صلبة لمحاكاة أداء أدوات توصيل المواد المختلفة في ظل الظروف البيئية مثل مواد التشحيم أو درجات الحرارة المرتفعة.

النتائج والمناقشة

تعتبر طلاءات DLC رائعة للتطبيقات الترايبولوجية نظرًا لانخفاض الاحتكاك ومقاومة التآكل الفائقة. يُظهر احتكاك طلاء DLC سلوكًا يعتمد على الرطوبة كما هو موضح في الشكل 2. يُظهر طلاء DLC منخفضًا جدًا لـ COF يبلغ 0.05 تقريبًا طوال اختبار التآكل في ظروف جافة نسبيًا (10% RH). يُظهر طلاء DLC COF ثابتًا بمقدار 0.1 ~ أثناء الاختبار حيث يزيد RH إلى 30%. لوحظت مرحلة التشغيل الأولية لـ COF في الثورات الأولى لعام 2000 عندما يرتفع RH فوق 50%. يُظهر طلاء DLC حدًا أقصى لـ COF ~ 0.20 و ~ 0.26 و ~ 0.33 في RH من 50 و 70 و 90% ، على التوالي. بعد فترة التشغيل ، يظل COF المطلي بـ DLC ثابتًا عند ~ 0.11 و 0.13 و 0.20 في RH من 50 و 70 و 90% ، على التوالي.

يقارن الشكل 3 ندوب تآكل الكرة SiN ويقارن الشكل 4 مسارات تآكل طلاء DLC بعد اختبارات التآكل. كان قطر ندبة التآكل أصغر عندما تعرض طلاء DLC لبيئة ذات رطوبة منخفضة. تتراكم طبقة DLC للنقل على سطح كرة SiN أثناء عملية الانزلاق المتكررة على سطح التلامس. في هذه المرحلة ، ينزلق طلاء DLC مقابل طبقة النقل الخاصة به والتي تعمل كمواد تشحيم فعالة لتسهيل الحركة النسبية وتقييد المزيد من فقدان الكتلة الناجم عن تشوه القص. لوحظ فيلم نقل في ندبة التآكل لكرة SiN في بيئات منخفضة الرطوبة النسبية (على سبيل المثال 10% و 30%) ، مما أدى إلى عملية تآكل بطيئة على الكرة. تنعكس عملية التآكل هذه على شكل مسار التآكل لطلاء DLC كما هو موضح في الشكل 4. يُظهر طلاء DLC مسار تآكل أصغر في البيئات الجافة ، نظرًا لتشكيل فيلم نقل DLC ثابت في واجهة التلامس مما يقلل بشكل كبير من معدل الاحتكاك والتآكل .

خاتمة

تلعب الرطوبة دورًا حيويًا في الأداء القبلي لطلاءات DLC. يتمتع طلاء DLC بمقاومة تآكل محسنة بشكل كبير واحتكاك منخفض فائق في الظروف الجافة بسبب تكوين طبقة جرافيتية مستقرة منقولة إلى النظير المنزلق (كرة SiN في هذه الدراسة). ينزلق طلاء DLC على طبقة النقل الخاصة به، والتي تعمل بمثابة مادة تشحيم فعالة لتسهيل الحركة النسبية وكبح المزيد من فقدان الكتلة الناتج عن تشوه القص. لا يتم ملاحظة وجود فيلم على كرة SiN مع زيادة الرطوبة النسبية، مما يؤدي إلى زيادة معدل التآكل على كرة SiN وطلاء DLC.

يوفر مقياس Nanovea Tribometer اختبارًا متكررًا للتآكل والاحتكاك باستخدام أوضاع دوارة وخطية متوافقة مع ISO وASTM، مع وحدات رطوبة اختيارية متوفرة في نظام واحد متكامل مسبقًا. فهو يسمح للمستخدمين بمحاكاة بيئة العمل عند مستويات رطوبة مختلفة، مما يوفر للمستخدمين أداة مثالية للتقييم الكمي للسلوكيات الاحتكاكية للمواد في ظل ظروف عمل مختلفة.

تعرف على المزيد حول Nanovea Tribometer and Lab Service

1 C. Donnet، Surf. معطف. تكنول. 100-101 (1998) 180.

2 K.Miyoshi، B. Pohlchuck، KW Street، JS Zabinski، JH Sanders، AA Voevodin، RLC Wu، Wear 225–229 (1999) 65.

3 ر. جيلمور ، ر. هاويرت ، سيرف. معطف. تكنول. 133-134 (2000) 437.

4 R. Memming، HJ Tolle، PE Wierenga، طلاء صلب رقيق 143 (1986) 31

هل لديك تطبيق مماثل؟

The post Humidity Effect on DLC Coating Tribology appeared first on NANOVEA: Advanced Profilometers, Tribometers, Nanoindenters, and Scratch Testers for Materials Testing.

تقييم الاحتكاك بسرعات منخفضة للغاية

nanovea — الأحد، 19 يناير 2020 18:16:06 +0000

أهمية تقييم الاحتكاك عند السرعات المنخفضة

الاحتكاك هو القوة التي تقاوم الحركة النسبية للأسطح الصلبة التي تنزلق ضد بعضها البعض. عندما تحدث الحركة النسبية لهذين السطحين المتصلين ، فإن الاحتكاك في الواجهة يحول الطاقة الحركية إلى حرارة. يمكن أن تؤدي هذه العملية أيضًا إلى تآكل المادة وبالتالي تدهور أداء الأجزاء المستخدمة.
مع نسبة التمدد الكبيرة ، والمرونة العالية ، بالإضافة إلى خصائص مقاومة الماء ومقاومة التآكل ، يتم تطبيق المطاط على نطاق واسع في مجموعة متنوعة من التطبيقات والمنتجات التي يلعب فيها الاحتكاك دورًا مهمًا ، مثل إطارات السيارات وشفرات مساحات الزجاج الأمامي. نعال الأحذية وغيرها الكثير. اعتمادًا على طبيعة ومتطلبات هذه التطبيقات ، يكون الاحتكاك المرتفع أو المنخفض مع المواد المختلفة مطلوبًا. نتيجة لذلك ، يصبح القياس المتحكم به والموثوق لاحتكاك المطاط ضد الأسطح المختلفة أمرًا بالغ الأهمية.

هدف القياس

يتم قياس معامل الاحتكاك (COF) للمطاط مع المواد المختلفة بطريقة محكمة ومراقبه باستخدام جهاز Nanovea ثلاثي الأبعاد. في هذه الدراسة، نود أن نعرض قدرة Nanovea Tribometer على قياس ثاني أكسيد الكربون لمواد مختلفة بسرعات منخفضة للغاية.

النتائج والمناقشة

تم تقييم معامل الاحتكاك (COF) للكرات المطاطية (قطر 6 مم ، مطحنة المطاط) على ثلاث مواد (الفولاذ المقاوم للصدأ SS 316 ، Cu 110 وأكريليك اختياري) بواسطة Nanovea Tribometer. تم صقل العينات المعدنية المختبرة ميكانيكيًا حتى تشطيب سطح يشبه المرآة قبل القياس. أدى التشوه الطفيف للكرة المطاطية تحت الحمل الطبيعي المطبق إلى حدوث تلامس للمنطقة ، مما يساعد أيضًا على تقليل تأثير عدم تجانس أو عدم تجانس سطح العينة على قياسات COF. تم تلخيص معلمات الاختبار في الجدول 1.

يظهر الشكل COF للكرة المطاطية ضد مواد مختلفة بأربع سرعات مختلفة. 2 ، ومتوسط COFs المحسوب تلقائيًا بواسطة البرنامج يتم تلخيصه ومقارنته في الشكل 3. ومن المثير للاهتمام أن العينات المعدنية (SS 316 و Cu 110) تظهر زيادة كبيرة في COFs حيث تزداد سرعة الدوران من قيمة منخفضة جدًا تبلغ 0.01 دورة في الدقيقة إلى 5 rpm - تزداد قيمة COF للزوج المطاطي / SS 316 من 0.29 إلى 0.8 ، ومن 0.65 إلى 1.1 للزوج المطاطي / Cu 110. هذه النتيجة تتفق مع النتائج الواردة من العديد من المختبرات. على النحو الذي اقترحه Grosch⁴ يتم تحديد احتكاك المطاط بشكل أساسي من خلال آليتين: (1) الالتصاق بين المطاط والمواد الأخرى ، و (2) فقدان الطاقة بسبب تشوه المطاط الناجم عن قسوة السطح. شالماش⁵ لوحظ وجود موجات من انفصال المطاط عن مادة العداد عبر الواجهة بين الكرات المطاطية الناعمة والسطح الصلب. يمكن أن تفسر قوة تقشير المطاط من سطح الركيزة ومعدل موجات الانفصال الاختلاف في الاحتكاك بسرعات مختلفة أثناء الاختبار.

في المقارنة ، يعرض الزوجان المطاطي / الأكريليكي نسبة عالية من COF بسرعات دوران مختلفة. تزيد قيمة COF قليلاً من ~ 1.02 إلى ~ 1.09 مع زيادة سرعة الدوران من 0.01 دورة في الدقيقة إلى 5 دورة في الدقيقة. من المحتمل أن يُعزى هذا المستوى المرتفع من COF إلى الترابط الكيميائي المحلي الأقوى عند وجه التلامس المتكون أثناء الاختبارات.

خاتمة

في هذه الدراسة ، أظهرنا أنه عند السرعات المنخفضة للغاية ، يُظهر المطاط سلوكًا احتكاكًا غريبًا - يزداد احتكاكه مع سطح صلب مع زيادة سرعة الحركة النسبية. يظهر المطاط احتكاكًا مختلفًا عندما ينزلق على مواد مختلفة. يمكن لمقياس Nanovea Tribometer تقييم الخصائص الاحتكاكية للمواد بطريقة خاضعة للرقابة والمراقبة بسرعات مختلفة ، مما يسمح للمستخدمين بتحسين الفهم الأساسي لآلية احتكاك المواد واختيار أفضل زوج من المواد لتطبيقات الهندسة الترايبولوجية المستهدفة.

يوفر Nanovea Tribometer اختبارات تآكل واحتكاك دقيقة وقابلة للتكرار باستخدام أوضاع دوارة وخطية متوافقة مع ISO و ASTM ، مع تآكل اختياري عالي الحرارة ، ووحدات تزييت وتآكل تريبو متوفرة في نظام واحد متكامل مسبقًا. إنه قادر على التحكم في مرحلة الدوران بسرعات منخفضة للغاية تصل إلى 0.01 دورة في الدقيقة ومراقبة تطور الاحتكاك في الموقع. تعد مجموعة Nanovea التي لا مثيل لها حلاً مثاليًا لتحديد النطاق الكامل للخصائص الترايبولوجية للطلاءات والأغشية والركائز الرقيقة أو السميكة أو الناعمة أو الصلبة.

الآن ، لنتحدث عن طلبك

The post Friction Evaluation at Extreme Low Speeds appeared first on NANOVEA: Advanced Profilometers, Tribometers, Nanoindenters, and Scratch Testers for Materials Testing.

ترايبولوجي البوليمرات

nanovea — الجمعة, 01 نوفمبر 2019 20:26:57 +0000

مقدمة

تم استخدام البوليمرات على نطاق واسع في مجموعة متنوعة من التطبيقات وأصبحت جزءًا لا غنى عنه في الحياة اليومية. لعبت البوليمرات الطبيعية مثل العنبر والحرير والمطاط الطبيعي دورًا أساسيًا في تاريخ البشرية. يمكن تحسين عملية تصنيع البوليمرات الاصطناعية لتحقيق خصائص فيزيائية فريدة مثل المتانة ، والمرونة اللزجة ، والتشحيم الذاتي ، وغيرها الكثير.

أهمية احتكاك البوليمرات

تستخدم البوليمرات بشكل شائع للتطبيقات الترايبولوجية ، مثل الإطارات والمحامل وسيور النقل.
تحدث آليات تآكل مختلفة اعتمادًا على الخصائص الميكانيكية للبوليمر ، وظروف التلامس ، وخصائص الحطام أو فيلم النقل المتكون أثناء عملية التآكل. للتأكد من أن البوليمرات تمتلك مقاومة تآكل كافية في ظل ظروف الخدمة ، من الضروري إجراء تقييم ترايبولوجي موثوق وقابل للقياس الكمي. يسمح لنا التقييم الترايبولوجي بإجراء مقارنة كمية لسلوكيات التآكل للبوليمرات المختلفة بطريقة خاضعة للرقابة والمراقبة لتحديد المادة المرشحة للتطبيق المستهدف.

يوفر Nanovea Tribometer اختبار التآكل والاحتكاك القابل للتكرار باستخدام أوضاع الدوران والخطية المتوافقة مع ISO و ASTM ، مع وحدات التآكل والتشحيم الاختيارية لدرجات الحرارة العالية المتاحة في نظام واحد متكامل مسبقًا. يتيح هذا النطاق الذي لا مثيل له للمستخدمين محاكاة بيئات العمل المختلفة للبوليمرات بما في ذلك الإجهاد المركّز والتآكل ودرجة الحرارة المرتفعة ، إلخ.

هدف القياس

في هذه الدراسة، أظهرنا أن النانوفيا ثلاثي الأبعاد هي أداة مثالية لمقارنة الاحتكاك ومقاومة التآكل للبوليمرات المختلفة بطريقة كمية ومراقبة بشكل جيد.

إجراء الاختبار

تم تقييم معامل الاحتكاك (COF) ومقاومة التآكل للبوليمرات الشائعة المختلفة بواسطة مقياس Nanovea Tribometer. تم استخدام كرة Al2O3 كمادة مضادة (دبوس، عينة ثابتة). تم قياس مسارات التآكل على البوليمرات (عينات دوارة ديناميكية) باستخدام أ مقياس عدم الاتصال ثلاثي الأبعاد والمجهر الضوئي بعد انتهاء الاختبارات. تجدر الإشارة إلى أنه يمكن استخدام جهاز استشعار بالمنظار غير متصل لقياس عمق اختراق الدبوس للعينة الديناميكية أثناء اختبار التآكل كخيار. يتم تلخيص معلمات الاختبار في الجدول 1. تم تقييم معدل التآكل، K، باستخدام الصيغة K=Vl(Fxs)، حيث V هو الحجم البالي، وF هو الحمل العادي، وs هي مسافة الانزلاق.

يرجى ملاحظة أنه تم استخدام كرات Al2O3 كمادة مضادة في هذه الدراسة. يمكن استبدال أي مادة صلبة لمحاكاة أداء عينتين عن كثب في ظل ظروف التطبيق الفعلية.

النتائج والمناقشة

يعد معدل التآكل عاملاً حيويًا لتحديد عمر خدمة المواد ، بينما يلعب الاحتكاك دورًا مهمًا أثناء التطبيقات الترايبولوجية. يقارن الشكل 2 تطور COF للبوليمرات المختلفة مقابل كرة Al2O3 أثناء اختبارات التآكل. يعمل COF كمؤشر على وقت حدوث الفشل ودخول عملية التآكل مرحلة جديدة. من بين البوليمرات المختبرة ، يحافظ HDPE على أدنى COF ثابت يبلغ 0.15 تقريبًا طوال اختبار التآكل. يشير COF السلس إلى تكوين اتصال ثلاثي ثابت.

يقارن الشكل 3 والشكل 4 مسارات التآكل لعينات البوليمر بعد أن يتم قياس الاختبار بواسطة المجهر الضوئي. يحدد مقياس التآكل ثلاثي الأبعاد في الموقع بدقة حجم التآكل لعينات البوليمر ، مما يجعل من الممكن حساب معدلات التآكل بدقة 0.0029 و 0.0020 و 0.0032 متر مكعب / نيوتن متر على التوالي. بالمقارنة ، تُظهر عينة CPVC أعلى معدل تآكل قدره 0.1121m3 / N · m. توجد ندبات تآكل متوازية عميقة في مسار التآكل في أنابيب CPVC.

خاتمة

تلعب مقاومة التآكل للبوليمرات دورًا حيويًا في أداء خدمتهم. في هذه الدراسة ، أوضحنا أن Nanovea Tribometer يقيم معامل الاحتكاك ومعدل التآكل للبوليمرات المختلفة في
بطريقة جيدة التحكم والكمية. يُظهر HDPE أدنى COF بحوالي 0.15 بين البوليمرات المختبرة. تمتلك عينات HDPE و Nylon 66 و Polypropylene معدلات تآكل منخفضة تبلغ 0.0029 و 0.0020 و 0.0032 متر مكعب / نيوتن متر على التوالي. إن الجمع بين الاحتكاك المنخفض ومقاومة التآكل الكبيرة يجعل HDPE مرشحًا جيدًا لتطبيقات البوليمر الترايبولوجي.

يتيح مقياس التشكيل الجانبي ثلاثي الأبعاد غير المتصل في الموقع قياسًا دقيقًا لحجم التآكل ويوفر أداة لتحليل الشكل التفصيلي لمسارات التآكل ، مما يوفر مزيدًا من التبصر في الفهم الأساسي لآليات التآكل

الآن ، لنتحدث عن طلبك

The post Tribology of Polymers appeared first on NANOVEA: Advanced Profilometers, Tribometers, Nanoindenters, and Scratch Testers for Materials Testing.