الولايات المتحدة الأمريكية / العالمية: 9292-461-949-1+
أوروبا: 794-3052-011-39+
تراسل معنا

التصنيف: الاختبارات الميكانيكية

 

اختبار ارتداء طلاء PTFE

اختبار ارتداء طلاء بولي رباعي فلورو الإيثيلين (PTFE)

بإستخدام الترايبومتر و جهاز فحوصات الميكانيكية

أُعدت بواسطة

دوانجي لي ، دكتوراه

مقدمة

بولي رباعي فلورو الإيثيلين (PTFE)، المعروف باسم تفلون، هو بوليمر ذو معامل احتكاك (COF) منخفض بشكل استثنائي ومقاومة تآكل ممتازة ، اعتمادًا على الأحمال المطبقة. يُظهر PTFE خمولًا كيميائيًا فائقًا ، ونقطة انصهار عالية تبلغ ٣٢٧ درجة مئوية، ويحافظ على قوة عالية وصلابة وتزييت ذاتي في درجات حرارة منخفضة. إن مقاومة التآكل الاستثنائية لطلاءات PTFE تجعلها مطلوبة بشدة في مجموعة واسعة من التطبيقات الصناعية ، مثل السيارات ، والفضاء ، والطبية ، ولا سيما أدوات الطبيخ.

أهمية التقييم الكمي لطلاءات PTFE

إن الجمع بين عامل الاحتكاك المنخفض للغاية (COF) ، ومقاومة التآكل ، والخمول الكيميائي الاستثنائي في درجات الحرارة العالية يجعل PTFE خيارًا مثاليًا لطلاء الأواني غير اللاصقة. لزيادة تعزيز عملياتها الميكانيكية أثناء البحث والتطوير ، فضلاً عن ضمان التحكم الأمثل في الوقاية من الأعطال وتدابير السلامة في عملية مراقبة الجودة ، من الأهمية بمكان أن يكون لديك تقنية موثوقة لتقييم الكمية لعمليات تريبوميكانيكية لطلاء PTFE. يعد التحكم الدقيق في احتكاك السطح والتآكل والالتصاق بالطلاء ضروريًا لضمان الأداء المطلوب.

هدف القياس

في هذا التطبيق ، تتم محاكاة عملية التآكل لطلاء PTFE لحوض غير لاصق باستخدام الترايبومتر من NANOVEA في وضع التردد الخطي.

نانوفيا T50

ترايبوميتر ذا حجم صغير و اثقال معدلة

بالإضافة ، تم استخدام جهاز اختبار NANOVEA الميكانيكي لإجراء اختبار التصاق الخدش الدقيق لتحديد الحمل الحرج لفشل التصاق طلاء PTFE.

نانوفيا PB1000

منصة اختبار ميكانيكية كبيرة

إجراء الاختبار

إختبار الإرتداء

ارتداء متراجع الخطي باستخدام الترايبومتر

تم تقييم السلوك الاحتكاكي لعينة طلاء PTFE، بما في ذلك معامل الاحتكاك (COF) ومقاومة التآكل، باستخدام NANOVEA. ثلاثي الأبعاد في الوضع الترددي الخطي. تم استخدام طرف كروي من الفولاذ المقاوم للصدأ 440 بقطر 3 مم (درجة 100) ضد الطلاء. تمت مراقبة COF بشكل مستمر أثناء اختبار تآكل طلاء PTFE.

 

تم حساب معدل التآكل، K، باستخدام الصيغة K=V/(F×s)=A/(F×n)، حيث يمثل V الحجم البالي، وF هو الحمل العادي، وs هي مسافة الانزلاق، وA هي مساحة المقطع العرضي لمسار التآكل، وn هو عدد السكتات الدماغية. تم تقييم ملفات تعريف مسار التآكل باستخدام NANOVEA المقياس الضوئي، وتم فحص مورفولوجيا مسار التآكل باستخدام المجهر الضوئي.

ارتداء معلمات الاختبار

حمولة ٣٠ نيوتن
مدة الاختبار ٥ دقائق
معدل الانزلاق ٨٠ دورة في الدقيقة
توسيع المسار ٨٠ ملم
الثورات 300
قطر الكرة ٣ مم
مادة الكرة Stainless Steel 440
المزلق لا أحد
أَجواء هواء
درجة حرارة ٢٣٠ درجة مئوية (حرارة الغرفة)
رطوبة 43%

إجراء الاختبار

اختبار الخدش

اختبار الالتصاق الدقيق باستخدام جهاز اختبار ميكانيكي

تم إجراء قياس التصاق الخدش PTFE باستخدام NANOVEA اختبار ميكانيكي مع قلم ماسي 1200 Rockwell C (نصف قطر 200 ميكرومتر) في وضع اختبار Micro Scratch.

 

لضمان استنساخ النتائج ، تم إجراء ثلاثة اختبارات في ظل ظروف اختبار متطابقة.

معلمات اختبار الخدش

نوع التحميل تدريجي
التحميل الابتدائي ٠.٠١ ملي نيوتن
التحميل النهائي ٢٠ ملي نيوتن
معدل التحميل 40 ملي نيوتن / دقيقة
طول الخدش ٣ مم
سرعة الخدش ، (dx / dt) ٦.٠ مم / دقيقة
الهندسة للكرة المستخدمة كخارق ١٢٠ درجة (Rockwell C)
مادة الكرة المستخدمة كخارق الماس
نصف قطر الخارق ٢٠٠ ميكرومتر

النتائج والمناقشة

ارتداء متراجع الخطي باستخدام الترايبومتر

يظهر الشكل 1. COF المسجل في الموقع. أظهرت عينة الاختبار COF ~ 0.18 خلال أول 130 دورة، وذلك بسبب انخفاض لزوجة PTFE. ومع ذلك، كانت هناك زيادة مفاجئة في COF إلى ~1 بمجرد اختراق الطبقة، مما يكشف عن الركيزة الموجودة تحتها. بعد الاختبارات الترددية الخطية، تم قياس ملف مسار التآكل باستخدام NANOVEA مقياس عدم الاتصال البصري، كما هو مبين في الشكل 2. من البيانات التي تم الحصول عليها، تم حساب معدل التآكل المقابل ليكون ~2.78 × 10-3 مم3/نيوتن متر، في حين تم تحديد عمق مسار التآكل ليكون 44.94 ميكرومتر.

إعداد اختبار تآكل طلاء PTFE باستخدام الT50 ترايبومتر من Nanovea

شكل ١: تطور COF أثناء اختبار تآكل طلاء PTFE.

الشكل 2: الاستخراج الاحترافي لمسار التآكل PTFE.

PTFE قبل الاختراق

ماكس COF 0.217
حد أدنى COF 0.125
متوسط COF 0.177

PTFE بعد اختراق

ماكس COF 0.217
حد أدنى COF 0.125
متوسط COF 0.177

الجدول 1: COF قبل وبعد الاختراق أثناء اختبار التآكل.

النتائج والمناقشة

اختبار الالتصاق الدقيق باستخدام جهاز اختبار ميكانيكي

يتم قياس التصاق طلاء PTFE على الركيزة باستخدام اختبارات الخدش باستخدام قلم ماسي 200 ميكرون. يتم عرض الصورة المجهرية في الشكل 3 والشكل 4 ، تطور COF ، وعمق الاختراق في الشكل 5. تم تلخيص نتائج اختبار خدش طلاء PTFE في الجدول 4. مع زيادة الحمل على القلم الماسي ، تغلغل تدريجياً في الطلاء ، مما أدى إلى زيادة في COF. عندما تم الوصول إلى حمولة ~ 8.5 نيوتن ، حدث اختراق للطلاء وتعرض الركيزة تحت ضغط عالٍ ، مما أدى إلى ارتفاع COF ~ 0.3. يوضح انخفاض St Dev الموضح في الجدول 2 إمكانية تكرار اختبار خدش طلاء PTFE الذي تم إجراؤه باستخدام جهاز اختبار NANOVEA الميكانيكي.

الشكل 3: صورة مجهرية للخدش الكامل على PTFE (10x).

الشكل 4: صورة مجهرية للخدش الكامل على PTFE (10x).

الشكل 5: يوضح الرسم البياني الاحتكاك خط النقطة الحرجة لفشل PTFE.

يخدش نقطة الفشل [N] قوة الاحتكاك [N] COF
1 0.335 0.124 0.285
2 0.337 0.207 0.310
3 0.380 0.229 0.295
متوسط 8.52 2.47 0.297
سانت ديف 0.17 0.16 0.012

الجدول 2: ملخص للحمل الحرج وقوة الاحتكاك و COF أثناء اختبار الخدش.

خاتمة

في هذه الدراسة ، أجرينا محاكاة لعملية التآكل لطلاء PTFE للأواني غير اللاصقة باستخدام مقياس NANOVEA T50 ثلاثي الأبعاد في وضع التردد الخطي. أظهر طلاء PTFE انخفاض COF بمقدار 0.18 تقريبًا ، وشهد الطلاء اختراقًا في حوالي 130 دورة. تم إجراء التقييم الكمي لالتصاق طلاء PTFE بالركيزة المعدنية باستخدام جهاز اختبار NANOVEA الميكانيكي الذي حدد الحمل الحرج لفشل التصاق الطلاء ليكون 8.5 نيوتن تقريبًا في هذا الاختبار.

 

توفر أجهزة قياس ثلاثي NANOVEA قدرات اختبار تآكل واحتكاك دقيقة وقابلة للتكرار باستخدام أوضاع دوارة وخطية متوافقة مع ISO و ASTM. إنها توفر وحدات اختيارية للتآكل والتشحيم والتآكل الناتج عن درجات الحرارة العالية ، وكلها مدمجة في نظام واحد. يتيح هذا التنوع للمستخدمين محاكاة بيئات التطبيقات الواقعية بشكل أكثر دقة واكتساب فهم جيد لآليات التآكل والخصائص الترايبولوجية للمواد المختلفة.

 

تتوفر أجهزة اختبار NANOVEA الميكانيكية على وحدات Nano و Micro و Macro ، كل منها يتضمن أوضاع اختبار المسافة البادئة والخدش والتآكل المتوافقة مع ISO و ASTM ، مما يوفر أوسع مجموعة من إمكانيات الاختبار المتاحة في نظام واحد وأكثرها سهولة في الاستخدام.

الآن ، لنتحدث عن طلبك

التحليل الميكانيكي الديناميكي للفلين باستخدام Nanoindentation

التحليل الميكانيكي الديناميكي

من الفلين باستخدام NANOINDENTATION

أُعدت بواسطة

فرانك ليو

مقدمة

التحليل الميكانيكي الديناميكي (DMA) هو تقنية قوية تستخدم لفحص الخواص الميكانيكية للمواد. في هذا التطبيق ، نركز على تحليل الفلين ، وهو مادة مستخدمة على نطاق واسع في عمليات ختم النبيذ والشيخوخة. يُظهر الفلين ، الذي تم الحصول عليه من لحاء شجرة البلوط Quercus suber ، هياكل خلوية متميزة توفر خصائص ميكانيكية تشبه البوليمرات الاصطناعية. في أحد المحاور ، يحتوي الفلين على هيكل قرص العسل. تم بناء المحورين الآخرين في مناشير متعددة مستطيلة الشكل. وهذا يعطي الفلين خواص ميكانيكية مختلفة حسب الاتجاه الذي يجري اختباره.

أهمية اختبار التحليل الميكانيكي الديناميكي (DMA) في تقييم الخصائص الميكانيكية للفلين

تعتمد جودة الفلين بشكل كبير على خواصها الميكانيكية والفيزيائية ، والتي تعتبر حاسمة في فعاليتها في ختم النبيذ. تشمل العوامل الرئيسية التي تحدد جودة الفلين: المرونة والعزل والمرونة وعدم نفاذية الغاز والسوائل. من خلال استخدام اختبار التحليل الميكانيكي الديناميكي (DMA) ، يمكننا تقييم خصائص المرونة والمرونة للفلين ، مما يوفر طريقة موثوقة للتقييم.

جهاز الاختبار الميكانيكي NANOVEA PB1000 في nanoindentation يتيح الوضع توصيف هذه الخصائص ، وبالتحديد معامل يونغ ، ومعامل التخزين ، ومعامل الفقد ، ودلتا tan (tan (δ)). يسمح اختبار التحليل الميكانيكي الديناميكي (DMA) أيضًا بجمع البيانات القيمة عن تحول الطور والصلابة والإجهاد والانفعال في مادة الفلين. من خلال هذه التحليلات الشاملة ، نكتسب رؤى أعمق في السلوك الميكانيكي للفلين ومدى ملاءمتها لتطبيقات ختم النبيذ.

هدف القياس

في هذه الدراسة ، قم بإجراء التحليل الميكانيكي الديناميكي (DMA) على أربعة سدادات من الفلين باستخدام NANOVEA PB1000 Mechanical Tester في وضع Nanoindentation. يتم تصنيف جودة سدادات الفلين على النحو التالي: 1 - فلور ، 2 - أولاً ، 3 - كولماتيد ، 4 - مطاط صناعي. تم إجراء اختبارات المسافة البادئة للتحليل الميكانيكي الديناميكي (DMA) في كلا الاتجاهين المحوري والقطري لكل سدادة من الفلين. من خلال تحليل الاستجابة الميكانيكية لسدادات الفلين ، كنا نهدف إلى اكتساب رؤى حول سلوكهم الديناميكي وتقييم أدائهم في ظل توجهات مختلفة.

نانوفيا

PB1000

معلمات الاختبار

ماكس فورس75 مليون
معدل التحميل150 ملي نيوتن / دقيقة
معدل التفريغ150 ملي نيوتن / دقيقة
توسيع5 ملي نيوتن
تكرار1 هرتز
زحف60 ثانية

نوع إندينتر

كرة

51200 فولاذ

قطر 3 مم

نتائج

في الجداول والرسوم البيانية أدناه ، تتم مقارنة معامل Young ، ومعامل التخزين ، ومعامل الفقد ، ودلتا tan بين كل عينة واتجاه.

معامل يونج: Sti نيس. تشير القيم العالية إلى sti ، القيم المنخفضة تشير إلى وجود قابلة للإعجاب.

معامل التخزين: استجابة مرنة الطاقة المخزنة في المادة.

معامل الخسارة: استجابة لزجة الطاقة المفقودة بسبب الحرارة.

تان (δ): التبليل. تشير القيم العالية إلى مزيد من التخميد.

التوجه المحوري

سدادةمعامل يونجمعامل التخزينوحدة الخسارةتان
#(مبا)(مبا)(مبا)(δ)
122.567522.272093.6249470.162964
218.5466418.271533.1623490.17409
323.7538123.472673.6178190.154592
423.697223.580642.3470080.099539



التوجيه الشعاعي

سدادةمعامل يونجمعامل التخزينوحدة الخسارةتان
#(مبا)(مبا)(مبا)(δ)
124.7886324.565423.3082240.134865
226.6661426.317394.2862160.163006
344.0786743.614266.3659790.146033
428.0475127.941482.4359780.087173

معامل يونج

معامل التخزين

وحدة الخسارة

تان دلتا

بين سدادات الفلين ، لا يختلف معامل Young كثيرًا عند اختباره في الاتجاه المحوري. أظهر Stopper #2 و #3 فقط فرقًا واضحًا في معامل Young بين الاتجاه الشعاعي والاتجاه المحوري. نتيجة لذلك ، سيكون معامل التخزين ومعامل الخسارة أيضًا أعلى في الاتجاه الشعاعي منه في الاتجاه المحوري. يظهر سدادة #4 خصائص مماثلة مع سدادات الفلين الطبيعية ، باستثناء معامل الخسارة. هذا مثير للاهتمام لأنه يعني أن الفلين الطبيعي له خاصية لزوجة أكثر من مادة المطاط الصناعي.

خاتمة

النانو اختبار ميكانيكي في وضع Nano Scratch Tester، يمكنك محاكاة العديد من حالات الفشل الواقعية لطلاءات الطلاء والطلاءات الصلبة. من خلال تطبيق أحمال متزايدة بطريقة يتم التحكم فيها ومراقبتها عن كثب، يسمح الجهاز بتحديد مكان فشل الأحمال. ويمكن بعد ذلك استخدام هذا كوسيلة لتحديد القيم الكمية لمقاومة الخدش. من المعروف أن الطلاء الذي تم اختباره، دون التعرض للعوامل الجوية، به صدع أول عند حوالي 22 ملي نيوتن. مع قيم أقرب إلى 5 ملي نيوتن، فمن الواضح أن دورة 7 سنوات قد أدت إلى تدهور الطلاء.

يسمح التعويض عن ملف التعريف الأصلي بالحصول على عمق مصحح أثناء الخدش وأيضًا قياس العمق المتبقي بعد الخدش. هذا يعطي معلومات إضافية عن البلاستيك مقابل السلوك المرن للطلاء تحت الحمل المتزايد. يمكن أن يكون كل من التكسير والمعلومات الخاصة بالتشوه مفيدًا بشكل كبير لتحسين الطبقة الصلبة. تظهر الانحرافات المعيارية الصغيرة جدًا أيضًا إمكانية استنساخ تقنية الأداة التي يمكن أن تساعد الشركات المصنعة على تحسين جودة الطلاء / الطلاء الصلب ودراسة تأثيرات التجوية.

الآن ، لنتحدث عن طلبك

اختبار النانو للخدش ومار للطلاء على الركيزة المعدنية

نانو سكراتش واختبار مارس

الطلاء على الركيزة المعدنية

أُعدت بواسطة

سوزانا كابيلو

مقدمة

يعد الطلاء مع أو بدون طبقة صلبة من أكثر أنواع الطلاء شيوعًا. نراه على السيارات والجدران والأجهزة وأي شيء يحتاج إلى بعض الطلاءات الواقية أو ببساطة لأغراض جمالية. غالبًا ما تحتوي الدهانات المخصصة لحماية الركيزة الأساسية على مواد كيميائية تمنع الطلاء من الاشتعال أو تمنعه ببساطة من فقدان لونه أو تشققه. غالبًا ما يأتي الطلاء المستخدم لأغراض جمالية بألوان مختلفة ، ولكن قد لا يكون بالضرورة مخصصًا لحماية ركائزه أو لعمر طويل.

ومع ذلك ، فإن جميع الدهانات تعاني من بعض التجوية بمرور الوقت. غالبًا ما يؤدي التجوية على الطلاء إلى تغيير الخصائص عما أراده صانعوها. يمكن أن تقشر أسرع ، تقشر بالحرارة ، لون فضفاض أو تشقق. إن التغيرات المختلفة في خصائص الطلاء بمرور الوقت هي السبب في أن صانعي الطلاء يقدمون مثل هذا الاختيار الواسع. تم تصميم الدهانات لتلبية المتطلبات المختلفة للعملاء الأفراد.

أهمية اختبار خدش النانو لمراقبة الجودة

مصدر قلق كبير لصانعي الطلاء هو قدرة منتجهم على مقاومة التشقق. بمجرد أن يبدأ الطلاء في التصدع ، فإنه يفشل في حماية الركيزة التي تم تطبيقه عليها ؛ لذلك ، فشل في إرضاء العميل. على سبيل المثال ، إذا حدث أن قام فرع بضربة على جانب السيارة وبعد أن يبدأ الطلاء في الانهيار على الفور ، فإن صانعي الطلاء سيفقدون أعمالهم بسبب رداءة جودة الطلاء. تعد جودة الطلاء مهمة جدًا لأنه إذا تعرض المعدن الموجود أسفل الطلاء ، فقد يبدأ في الصدأ أو التآكل بسبب تعرضه الجديد.

 

تنطبق أسباب مثل هذه على العديد من الأطياف الأخرى مثل اللوازم المنزلية والمكتبية والإلكترونيات والألعاب وأدوات البحث والمزيد. على الرغم من أن الطلاء قد يكون مقاومًا للتشقق عند تطبيقه لأول مرة على الطلاء المعدني ، إلا أن الخصائص قد تتغير بمرور الوقت عند حدوث بعض العوامل الجوية على العينة. هذا هو السبب في أنه من المهم جدًا اختبار عينات الطلاء في مرحلة التجوية. على الرغم من أن التشقق تحت حمولة عالية من الضغط قد يكون أمرًا لا مفر منه ، يجب على المُصنِّع أن يتنبأ بمدى إضعاف التغييرات بمرور الوقت ومدى عمق الخدش المؤثر من أجل تزويد المستهلكين بأفضل المنتجات الممكنة.

هدف القياس

يجب علينا محاكاة عملية الخدش بطريقة خاضعة للرقابة والمراقبة لملاحظة تأثيرات سلوك العينة. في هذا التطبيق ، يتم استخدام جهاز اختبار NANOVEA PB1000 الميكانيكي في وضع اختبار النانو للخدش لقياس الحمل المطلوب للتسبب في فشل عينة طلاء بسمك 30-50 ميكرومتر يبلغ من العمر 7 سنوات تقريبًا على ركيزة معدنية.

يتم استخدام قلم ذو رأس ماسي بحجم 2 ميكرومتر عند حمل تدريجي يتراوح من 0.015 ملي نيوتن إلى 20.00 ملي نيوتن لخدش الطلاء. قمنا بإجراء مسح ضوئي مسبق وبعده للطلاء بحمل 0.2 ملي نيوتن لتحديد قيمة العمق الحقيقي للخدش. يحلل العمق الحقيقي التشوه البلاستيكي والمرن للعينة أثناء الاختبار ؛ في حين أن الفحص اللاحق يحلل فقط تشوه البلاستيك للخدش. يتم أخذ النقطة التي فشل فيها الطلاء عن طريق التكسير على أنها نقطة الفشل. استخدمنا ASTMD7187 كدليل لتحديد معايير الاختبار الخاصة بنا.

 

يمكننا أن نستنتج أنه بعد استخدام عينة مجوية ؛ لذلك ، فإن اختبار عينة الطلاء في مرحلتها الأضعف ، قدم لنا نقاط فشل أقل.

 

تم إجراء خمسة اختبارات على هذه العينة من أجل

تحديد الأحمال الحرجة الفشل الدقيق.

نانوفيا

PB1000

معلمات الاختبار

التالي ASTM D7027

تم مسح سطح معيار الخشونة ضوئيًا باستخدام NANOVEA ST400 المزود بمستشعر عالي السرعة يولد خطًا ساطعًا من 192 نقطة ، كما هو موضح في الشكل 1. هذه النقاط الـ 192 تفحص سطح العينة في نفس الوقت ، مما يؤدي إلى زيادة كبيرة سرعة المسح.

نوع التحميل تدريجي
التحميل الابتدائي 0.015 ملي نيوتن
التحميل النهائي ٢٠ ملي نيوتن
معدل التحميل 20 ملي نيوتن / دقيقة
طول الخدش 1.6 ملم
سرعة الخدش ، dx / dt 1.601 مم / دقيقة
تحميل ما قبل المسح 0.2 مليون نيوتن
تحميل ما بعد المسح 0.2 مليون نيوتن
إندينتر مخروطي 90 درجة نصف قطر طرف مخروطي 2 ميكرومتر

نوع إندينتر

مخروطي

الماس 90 درجة مخروط

2 ميكرومتر طرف نصف قطر

الماس إندينتر المخروطي 90 درجة نصف قطر طرف المخروط 2 ميكرومتر

نتائج

يقدم هذا القسم البيانات التي تم جمعها حول حالات الفشل أثناء اختبار الخدش. يصف القسم الأول حالات الفشل التي لوحظت في الخدش ويحدد الأحمال الحرجة التي تم الإبلاغ عنها. يحتوي الجزء التالي على جدول ملخص للأحمال الحرجة لجميع العينات ، وتمثيل رسومي. يقدم الجزء الأخير نتائج مفصلة لكل عينة: الأحمال الحرجة لكل خدش ، وميكروغرافيا لكل فشل ، والرسم البياني للاختبار.

ملاحظة الإخفاقات وتعريف الأحمال الحرجة

فشل حرج:

الضرر الأولي

هذه هي النقطة الأولى التي يتم فيها ملاحظة الضرر على طول مسار الخدش.

نانو الصفر فشل حرج الضرر الأولي

فشل حرج:

ضرر كامل

في هذه المرحلة ، يكون الضرر أكثر أهمية حيث يتشقق الطلاء ويتشقق على طول مسار الخدش.

نانو الصفر فشل حرج الضرر الكامل

النتائج التفصيلية

* تم أخذ قيم الفشل عند نقطة تكسير الركيزة.

أحمال حرجة
يخدش الضرر الأولي [مليون] ضرر كامل [ميكرون]
1 14.513 4.932
2 3.895 4.838
3 3.917 4.930
متوسط 3.988 4.900
الأمراض المنقولة جنسيا ديف 0.143 0.054
صورة مجهرية للخدش الكامل من اختبار النانو للخدش (تكبير 1000 مرة).

الشكل 2: صورة مجهرية للخدش الكامل (تكبير 1000 مرة).

صورة مجهرية للضرر الأولي من اختبار خدش النانو (تكبير 1000 مرة)

الشكل 3: صورة مجهرية للضرر الأولي (تكبير 1000 مرة).

صورة مجهرية للضرر الكامل من اختبار خدش النانو (تكبير 1000 مرة).

الشكل 4: صورة مجهرية للضرر الكامل (تكبير 1000 مرة).

قوة الاحتكاك في اختبار النانو للخدش الخطي ومعامل الاحتكاك

الشكل 5: قوة الاحتكاك وقوة الاحتكاك.

بروفيل سطح الخدش الخطي بتقنية النانو

الشكل 6: الملف الشخصي السطحي.

اختبار خدش النانو الخطي العمق الحقيقي والعمق المتبقي

الشكل 7: العمق الحقيقي والعمق المتبقي.

خاتمة

النانو اختبار ميكانيكي في ال نانو سكراتش تستر يسمح الوضع بمحاكاة العديد من حالات الفشل الواقعية لطلاء الطلاء والمعاطف الصلبة. من خلال تطبيق الأحمال المتزايدة بطريقة خاضعة للرقابة والمراقبة عن كثب ، تسمح الأداة بتحديد حالات فشل التحميل. يمكن بعد ذلك استخدام هذا كطريقة لتحديد القيم الكمية لمقاومة الخدش. من المعروف أن الطلاء الذي تم اختباره ، بدون أي عوامل جوية ، به تشققات أولية عند حوالي 22 مليون نيوتن. مع قيم تقترب من 5 ملي نيوتن ، من الواضح أن ال 7 سنوات قد أدت إلى تدهور الطلاء.

يسمح التعويض عن ملف التعريف الأصلي بالحصول على عمق مصحح أثناء الخدش وقياس العمق المتبقي بعد الخدش. هذا يعطي معلومات إضافية عن البلاستيك مقابل السلوك المرن للطلاء تحت الحمل المتزايد. يمكن أن يكون كل من التكسير والمعلومات الخاصة بالتشوه مفيدًا بشكل كبير لتحسين الطبقة الصلبة. تُظهر الانحرافات المعيارية الصغيرة جدًا إمكانية استنساخ تقنية الأداة التي يمكن أن تساعد الشركات المصنعة على تحسين جودة الطلاء / الطلاء الصلب ودراسة تأثيرات التجوية.

الآن ، لنتحدث عن طلبك

درجة حرارة عالية للصلابة للخدش باستخدام مقياس الضغط

درجة حرارة عالية تصلب الخدش

استخدام ثلاثي الأبعاد

أُعدت بواسطة

دوانجي ، دكتوراه

مقدمة

تقيس الصلابة مقاومة المواد للتشوه الدائم أو البلاستيكي. تم تطويره في الأصل من قبل عالم المعادن الألماني فريدريش موس في عام 1820 ، اختبار صلابة الخدش يحدد صلابة المادة للخدوش والتآكل بسبب الاحتكاك من جسم حاد1. مقياس موس هو مؤشر مقارن وليس مقياسًا خطيًا ، لذلك تم تطوير قياس صلابة الخدش بدقة ونوعية كما هو موضح في معيار ASTM G171-032. يقيس متوسط عرض الخدش الناتج عن قلم ماسي ويحسب رقم صلابة الخدش (HSP).

أهمية قياس صلابة الخدوش في درجات الحرارة العالية

يتم اختيار المواد بناءً على متطلبات الخدمة. بالنسبة للتطبيقات التي تنطوي على تغيرات كبيرة في درجات الحرارة وتدرجات حرارية ، فمن الأهمية بمكان فحص الخواص الميكانيكية للمواد عند درجات حرارة عالية لتكون على دراية كاملة بالحدود الميكانيكية. المواد ، وخاصة البوليمرات ، عادة ما تنعم في درجات حرارة عالية. تحدث الكثير من الأعطال الميكانيكية بسبب التشوه الزاحف والتعب الحراري الذي يحدث فقط في درجات حرارة مرتفعة. لذلك ، هناك حاجة إلى تقنية موثوقة لقياس الصلابة في درجات حرارة عالية لضمان الاختيار المناسب للمواد لتطبيقات درجات الحرارة العالية.

هدف القياس

في هذه الدراسة، يقيس مقياس Tribometer NANOVEA T50 صلابة الخدش لعينة تفلون في درجات حرارة مختلفة من درجة حرارة الغرفة إلى 300 درجة مئوية. القدرة على إجراء قياس صلابة الصفر في درجات الحرارة العالية تجعل NANOVEA ثلاثي الأبعاد نظام متعدد الاستخدامات للتقييمات الاحتكاكية والميكانيكية للمواد لتطبيقات درجات الحرارة العالية.

نانوفيا

T50

شروط الاختبار

تم استخدام مقياس التثبيومتر القياسي NANOVEA T50 للوزن الحر لإجراء اختبارات صلابة الخدش على عينة من التفلون في درجات حرارة تتراوح من درجة حرارة الغرفة (RT) إلى 300 درجة مئوية. تبلغ درجة انصهار التفلون 326.8 درجة مئوية. تم استخدام قلم ماسي مخروطي بزاوية قمة 120 درجة ونصف قطر طرف يبلغ 200 ميكرومتر. تم تثبيت عينة التفلون على مرحلة العينة الدورانية بمسافة 10 ملم إلى مركز المرحلة. تم تسخين العينة بواسطة فرن واختبارها عند درجات حرارة RT و 50 درجة مئوية و 100 درجة مئوية و 150 درجة مئوية و 200 درجة مئوية و 250 درجة مئوية و 300 درجة مئوية.

معلمات الاختبار

من قياس صلابة خدش ارتفاع درجة الحرارة

قوى طبيعية 2 ن
سرعة انزلاق 1 مم / ثانية
مسافة انزلاق 8 مم لكل درجة حرارة
أَجواء هواء
درجة حرارة RT ، 50 درجة مئوية ، 100 درجة مئوية ، 150 درجة مئوية ، 200 درجة مئوية ، 250 درجة مئوية ، 300 درجة مئوية.

النتائج والمناقشة

يتم عرض ملفات تعريف مسار الخدش لعينة Teflon عند درجات حرارة مختلفة في الشكل 1 لمقارنة صلابة الخدش عند درجات حرارة مرتفعة مختلفة. تتشكل المواد المتراكمة على حواف مسار الخدش عندما ينتقل القلم بحمل ثابت يبلغ 2 نيوتن ويتدفق في عينة التفلون ، مما يدفع ويشوه المادة في مسار الخدش إلى الجانب.

تم فحص مسارات الخدش تحت المجهر البصري كما هو موضح في الشكل 2. تم تلخيص عرض مسار الخدش المقاس وأرقام صلابة الخدش المحسوبة (HSP) ومقارنتها في الشكل 3. عرض مسار الخدش الذي تم قياسه بواسطة المجهر يتوافق مع ذلك المقاس باستخدام NANOVEA Profiler - تعرض عينة Teflon عرضًا أوسع للخدش في درجات حرارة أعلى. يزيد عرض مسار الخدش من 281 إلى 539 ميكرومتر حيث ترتفع درجة الحرارة من RT إلى 300 درجة مئوية ، مما يؤدي إلى انخفاض HSP من 65 إلى 18 ميجا باسكال.

يمكن قياس صلابة الخدش في درجات الحرارة المرتفعة بدقة عالية وقابلية التكرار باستخدام NANOVEA T50 Tribometer. إنه يوفر حلاً بديلاً من قياسات الصلابة الأخرى ويجعل NANOVEA Tribometer نظامًا أكثر اكتمالاً لإجراء تقييمات شبه ميكانيكية شاملة لدرجات الحرارة العالية.

شكل ١: ملامح مسار الخدش بعد اختبارات صلابة الخدش في درجات حرارة مختلفة.

الشكل 2: مسارات سكراتش تحت المجهر بعد القياسات في درجات حرارة مختلفة.

الشكل 3: تطور عرض مسار الخدش وصلابة الخدش مقابل درجة الحرارة.

خاتمة

في هذه الدراسة ، نعرض كيف يقيس NANOVEA Tribometer صلابة الخدش في درجات حرارة مرتفعة بما يتوافق مع ASTM G171-03. يوفر اختبار صلابة الخدش عند حمل ثابت حلاً بديلاً بسيطًا لمقارنة صلابة المواد باستخدام مقياس الاحتكاك. إن القدرة على إجراء قياسات صلابة الخدش في درجات حرارة مرتفعة تجعل NANOVEA Tribometer أداة مثالية لتقييم الخواص الميكانيكية للمركبات ذات درجة الحرارة العالية للمواد.

يوفر NANOVEA Tribometer أيضًا 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. يتوفر ملف التعريف الاختياري ثلاثي الأبعاد غير المتصل للتصوير ثلاثي الأبعاد عالي الدقة لمسارات التآكل بالإضافة إلى قياسات السطح الأخرى مثل الخشونة.

1 Wredenberg ، فريدريك ؛ بل لارسون (2009). "اختبار خدش المعادن والبوليمرات: التجارب والأعداد". ارتداء 266 (1-2): 76
2 ASTM G171-03 (2009) ، "طريقة الاختبار القياسية لصلابة خدش المواد باستخدام قلم ماسي"

الآن ، لنتحدث عن طلبك

تقييم الخدوش والتآكل في الطلاءات الصناعية

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 التحميلتدريجي
التحميل الابتدائي٠.٠١ ملي نيوتن
التحميل النهائي5 N / 35 N
معدل التحميل10/70 نيوتن / دقيقة
طول الخدش٣ مم
سرعة الخدش ، (dx / dt)٦.٠ مم / دقيقة
الهندسة للكرة المستخدمة كخارق120º مخروط
مادة الكرة المستخدمة كخارقالماس
نصف قطر الخارق٢٠٠ 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.

ارتد نتائج الاختبار

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

قياس صلابة الخدوش باستخدام الفاحص الميكانيكي

قياس صلابة الخدوش

باستخدام جهاز اختبار ميكانيكي

أُعدت بواسطة

دوانجي لي ، دكتوراه

مقدمة

بشكل عام ، تقيس اختبارات الصلابة مقاومة المواد للتشوه الدائم أو البلاستيكي. هناك ثلاثة أنواع من قياسات الصلابة: صلابة الخدش ، صلابة المسافة البادئة والصلابة المرتدة. يقيس اختبار صلابة الخدش مقاومة المادة للخدش والتآكل بسبب الاحتكاك من جسم حاد 1. تم تطويره في الأصل من قبل عالم المعادن الألماني فريدريش موس في عام 1820 وما زال يستخدم على نطاق واسع لتصنيف الخصائص الفيزيائية للمعادن 2. طريقة الاختبار هذه قابلة للتطبيق أيضًا على المعادن والسيراميك والبوليمرات والأسطح المطلية.

أثناء قياس صلابة الخدش ، يقوم قلم ماسي لهندسة محددة بخدش سطح مادة ما على طول مسار خطي تحت قوة عادية ثابتة وبسرعة ثابتة. يتم قياس متوسط عرض الخدش واستخدامه لحساب رقم صلابة الخدش (HSP). توفر هذه التقنية حلاً بسيطًا لقياس صلابة المواد المختلفة.

هدف القياس

في هذه الدراسة ، يتم استخدام جهاز الاختبار الميكانيكي NANOVEA PB1000 لقياس صلابة الخدش للمعادن المختلفة وفقًا لـ ASTM G171-03.

وفي الوقت نفسه، تعرض هذه الدراسة قدرة NANOVEA اختبار ميكانيكي في إجراء قياس صلابة الخدش بدقة عالية وإمكانية تكرار نتائج.

نانوفيا

PB1000

شروط الاختبار

أجرى الفاحص الميكانيكي NANOVEA PB1000 اختبارات صلابة الخدش على ثلاثة معادن مصقولة (Cu110 و Al6061 و SS304). تم استخدام قلم ماسي مخروطي بزاوية قمة 120 درجة ونصف قطر طرف يبلغ 200 ميكرومتر. تم خدش كل عينة ثلاث مرات بنفس معايير الاختبار لضمان استنساخ النتائج. يتم تلخيص معلمات الاختبار أدناه. تم إجراء مسح الملف الشخصي بحمل طبيعي منخفض يبلغ 10 مللي نيوتن قبل وبعد اختبار الصفر لقياس التغير في المظهر الجانبي للخدش.

معلمات الاختبار

قوى طبيعية

10 شمال

درجة حرارة

24 درجة مئوية (RT)

سرعة انزلاق

20 مم / دقيقة

مسافة انزلاق

10 ملم

أَجواء

هواء

النتائج والمناقشة

تظهر صور مسارات الخدش لثلاثة معادن (Cu110 و Al6061 و SS304) بعد الاختبارات في الشكل 1 لمقارنة صلابة الخدش للمواد المختلفة. تم استخدام وظيفة رسم الخرائط في برنامج NANOVEA الميكانيكي لإنشاء ثلاث خدوش متوازية تم اختبارها تحت نفس الحالة في بروتوكول آلي. تم تلخيص ومقارنة عرض مسار الخدش المُقاس ورقم صلابة الخدش المحسوب (HSP) في الجدول 1. تُظهر المعادن عروض مسار تآكل مختلفة تبلغ 174 و 220 و 89 ميكرومتر بالنسبة لـ Al6061 و Cu110 و SS304 ، على التوالي ، مما ينتج عنه معدل HSP محسوب قدره 0.84 و 0.52 و 3.2 جيجا.

بالإضافة إلى صلابة الخدش المحسوبة من عرض مسار الخدش ، تم تسجيل تطور معامل الاحتكاك (COF) والعمق الحقيقي والانبعاثات الصوتية في الموقع أثناء اختبار صلابة الخدش. هنا ، العمق الحقيقي هو اختلاف العمق بين عمق اختراق القلم أثناء اختبار الخدش وملف السطح المقاس في المسح المسبق. يتم عرض COF والعمق الحقيقي والانبعاث الصوتي لـ Cu110 في الشكل 2 كمثال. توفر هذه المعلومات نظرة ثاقبة على الأعطال الميكانيكية التي تحدث أثناء الخدش ، مما يتيح للمستخدمين اكتشاف العيوب الميكانيكية ومواصلة التحقيق في سلوك الخدش للمواد المختبرة.

يمكن إنهاء اختبارات صلابة الخدش في غضون دقيقتين بدقة عالية وقابلية التكرار. مقارنة بإجراءات المسافة البادئة التقليدية ، يوفر اختبار صلابة الخدش في هذه الدراسة حلاً بديلاً لقياسات الصلابة ، وهو مفيد لمراقبة الجودة وتطوير مواد جديدة.

Al6061

النحاس 110

SS304

شكل ١: صورة مجهرية لمسار الخدش بعد الاختبار (تكبير 100 مرة).

 عرض مسار الخدش (ميكرومتر)HSص (المعدل التراكمي)
Al6061174 ± 110.84
النحاس 110220 ± 10.52
SS30489 ± 53.20

الجدول 1: ملخص لعرض مسار الخدش ورقم صلابة الخدش.

الشكل 2: تطور معامل الاحتكاك والعمق الحقيقي والانبعاثات الصوتية أثناء اختبار صلابة الخدش على Cu110.

خاتمة

في هذه الدراسة ، عرضنا قدرة جهاز NANOVEA الميكانيكي Tester في إجراء اختبارات صلابة الخدش وفقًا للمواصفة ASTM G171-03. بالإضافة إلى التصاق الطلاء ومقاومة الخدش ، يوفر اختبار الخدش عند الحمل المستمر حلاً بديلاً بسيطًا لمقارنة صلابة المواد. على عكس أجهزة اختبار صلابة الخدش التقليدية ، توفر أجهزة اختبار NANOVEA الميكانيكية وحدات اختيارية لمراقبة تطور معامل الاحتكاك والانبعاثات الصوتية والعمق الحقيقي في الموقع.

تشتمل وحدات Nano و Micro لجهاز اختبار NANOVEA الميكانيكي على وضع مسافة بادئة متوافقة مع ISO و ASTM واختبار الخدش والتآكل ، مما يوفر أوسع مجموعة من الاختبارات وأكثرها سهولة في الاستخدام المتاحة في نظام واحد. تعد مجموعة NANOVEA التي لا مثيل لها حلاً مثاليًا لتحديد النطاق الكامل من الخواص الميكانيكية للطلاء الرقيق أو السميك ، واللين أو الصلب ، والأغشية والركائز ، بما في ذلك الصلابة ، ومعامل يونغ ، ومتانة الكسر ، والالتصاق ، ومقاومة التآكل وغيرها الكثير.

الآن ، لنتحدث عن طلبك

اختبار خدش طلاء نيتريد التيتانيوم

اختبار خدش طلاء نيتريد التيتانيوم

فحص رقابة الجودة

أُعدت بواسطة

دوانجي لي ، دكتوراه

مقدمة

إن الجمع بين الصلابة العالية ومقاومة التآكل الممتازة ومقاومة التآكل والخمول يجعل من نيتريد التيتانيوم (TiN) طلاءًا وقائيًا مثاليًا للمكونات المعدنية في مختلف الصناعات. على سبيل المثال ، يمكن أن يؤدي احتباس الحواف ومقاومة التآكل لطلاء TiN إلى زيادة كفاءة العمل بشكل كبير وإطالة عمر خدمة أدوات الماكينة مثل شفرات الحلاقة وقواطع المعادن وقوالب الحقن والمناشير. تجعل صلابته العالية وخموله وعدم سميته TiN مرشحًا رائعًا للتطبيقات في الأجهزة الطبية بما في ذلك الغرسات والأدوات الجراحية.

أهمية اختبار خدش طلاء TiN

يلعب الإجهاد المتبقي في طلاءات PVD / CVD الواقية دورًا مهمًا في الأداء والسلامة الميكانيكية للمكون المطلي. ينشأ الإجهاد المتبقي من عدة مصادر رئيسية ، بما في ذلك إجهاد النمو والتدرجات الحرارية والقيود الهندسية وضغط الخدمة. يؤدي عدم تطابق التمدد الحراري بين الطلاء والركيزة المتكونة أثناء ترسيب الطلاء عند درجات حرارة مرتفعة إلى ارتفاع الضغط الحراري المتبقي. علاوة على ذلك ، غالبًا ما يتم استخدام أدوات TiN المطلية تحت ضغوط شديدة التركيز ، مثل لقم الثقب والمحامل. من الأهمية بمكان تطوير عملية موثوقة لمراقبة الجودة لفحص قوة التماسك والالتصاق للطلاءات الوظيفية الواقية كميًا.

[1] ف. تيكسيرا ، فراغ 64 (2002) 393-399.

هدف القياس

في هذه الدراسة، نعرض أن NANOVEA أجهزة فحوصات الميكانيكية في وضع Scratch تعتبر مثالية لتقييم قوة التماسك/الالتصاق لطبقات TiN الواقية بطريقة كمية ومنضبطة.

نانوفيا

PB1000

شروط الاختبار

تم استخدام جهاز الاختبار الميكانيكي NANOVEA PB1000 لأداء الطلاء اختبارات الخدش على ثلاث طبقات من TiN باستخدام نفس معاملات الاختبار على النحو الملخص أدناه:

وضع التحميل: خطي التقدمي

التحميل الابتدائي

0.02 ن

التحميل النهائي

10 شمال

معدل التحميل

20 نيوتن / دقيقة

طول الخدش

5 ملم

النوع الداخلي

كروي مخروطي

الماس ، نصف قطرها 20 ميكرومتر

النتائج والمناقشة

يوضح الشكل 1 التطور المسجل لعمق الاختراق ومعامل الاحتكاك (COF) والانبعاث الصوتي أثناء الاختبار. يتم عرض مسارات الخدش الصغيرة الكاملة على عينات TiN في الشكل 2. يتم عرض سلوكيات الفشل عند الأحمال الحرجة المختلفة في الشكل 3 ، حيث يتم تعريف الحمل الحرج Lc1 على أنه الحمل الذي تحدث عنده أول علامة للكسر المتماسك في مسار الخدش ، Lc2 هو الحمل الذي تحدث بعده حالات فشل التشظي المتكررة ، و Lc3 هو الحمل الذي يتم عنده إزالة الطلاء بالكامل من الركيزة. تم تلخيص قيم الحمل الحرج (Lc) لطلاءات TiN في الشكل 4.

يوفر تطور عمق الاختراق و COF والانبعاثات الصوتية نظرة ثاقبة لآلية فشل الطلاء في مراحل مختلفة ، والتي تتمثل في الأحمال الحرجة في هذه الدراسة. يمكن ملاحظة أن العينة (أ) والعينة (ب) تظهران سلوكًا مشابهًا أثناء اختبار الخدش. يخترق القلم تدريجيًا في العينة إلى عمق ~ 0.06 مم ويزداد COF تدريجياً إلى 0.3 ~ مع زيادة الحمل العادي خطيًا في بداية اختبار خدش الطلاء. عندما يتم الوصول إلى Lc1 من ~ 3.3 N ، تحدث أول علامة على فشل التقطيع. ينعكس هذا أيضًا في أول ارتفاعات كبيرة في مخطط عمق الاختراق و COF والانبعاثات الصوتية. مع استمرار زيادة الحمل إلى Lc2 بمقدار 3.8 نيوتن تقريبًا ، يحدث مزيد من التقلب في عمق الاختراق و COF والانبعاثات الصوتية. يمكننا ملاحظة فشل التشظي المستمر على جانبي مسار الخدش. في Lc3 ، ينفصل الطلاء تمامًا عن الركيزة المعدنية تحت الضغط العالي الذي يطبقه القلم ، تاركًا الركيزة مكشوفة وغير محمية.

بالمقارنة ، يُظهر النموذج C أحمالًا حرجة أقل في مراحل مختلفة من اختبارات خدش الطلاء ، وهو ما ينعكس أيضًا في تطور عمق الاختراق ، ومعامل الاحتكاك (COF) والانبعاثات الصوتية أثناء اختبار خدش الطلاء. تمتلك العينة C طبقة بينية التصاق ذات صلابة أقل وإجهاد أعلى عند السطح البيني بين طلاء TiN العلوي والركيزة المعدنية مقارنة بالعينة A والعينة B.

توضح هذه الدراسة أهمية دعم الركيزة المناسب وبنية الطلاء لجودة نظام الطلاء. يمكن للطبقة البينية الأقوى أن تقاوم التشوه بشكل أفضل تحت الحمل الخارجي العالي وضغط التركيز ، وبالتالي تعزز قوة التماسك والالتصاق لنظام الطلاء / الركيزة.

شكل ١: تطور عمق الاختراق ، COF والانبعاث الصوتي لعينات TiN.

الشكل 2: مسار خدش كامل لطلاءات TiN بعد الاختبارات.

الشكل 3: فشل طلاء TiN تحت الأحمال الحرجة المختلفة ، Lc.

الشكل 4: ملخص لقيم الحمل الحرج (Lc) لطلاءات TiN.

خاتمة

في هذه الدراسة ، أظهرنا أن جهاز اختبار NANOVEA PB1000 الميكانيكي يقوم باختبارات خدش موثوقة ودقيقة على عينات مغلفة بـ TiN بطريقة محكمة ومراقبتها عن كثب. تسمح قياسات الخدش للمستخدمين بالتعرف بسرعة على الحمل الحرج الذي يحدث عنده فشل نموذجي للطلاء اللاصق والتماسك. أدواتنا هي أدوات مراقبة جودة فائقة يمكنها فحص ومقارنة الجودة الجوهرية للطلاء والتكامل البيني لنظام الطلاء / الركيزة من الناحية الكمية. يمكن للطلاء ذي الطبقة البينية المناسبة أن يقاوم التشوه الكبير تحت الحمل الخارجي العالي وضغط التركيز ، ويعزز قوة التماسك والالتصاق لنظام الطلاء / الركيزة.

تشتمل وحدات Nano و Micro لجهاز اختبار NANOVEA الميكانيكي على وضع مسافة بادئة متوافقة مع ISO و ASTM واختبار الخدش والتآكل ، مما يوفر أوسع نطاق من الاختبارات المتاحة في نظام واحد وأكثرها سهولة في الاستخدام. تعد مجموعة NANOVEA التي لا مثيل لها حلاً مثاليًا لتحديد النطاق الكامل من الخواص الميكانيكية للطلاء الرقيق أو السميك ، واللين أو الصلب ، والأفلام والركائز ، بما في ذلك الصلابة ، ومعامل يونغ ، ومتانة الكسر ، والالتصاق ، ومقاومة التآكل وغيرها الكثير.

الآن ، لنتحدث عن طلبك

الخواص الميكانيكية للهيدروجيل

الخصائص الميكانيكية للهيدروجيل

استخدام تحديد النانو

أُعدت بواسطة

دوانجي لي ، دكتوراه وجورج راميريز

مقدمة

يُعرف الهيدروجيل بامتصاصه الفائق للماء مما يسمح بتشابه قريب في المرونة مثل الأنسجة الطبيعية. هذا التشابه جعل الهيدروجيل خيارًا شائعًا ليس فقط في المواد الحيوية ، ولكن أيضًا في الإلكترونيات ، والبيئة ، وتطبيقات المستهلك الجيدة مثل العدسات اللاصقة. يتطلب كل تطبيق فريد خصائص ميكانيكية محددة للهيدروجيل.

أهمية تحديد النانو للهيدروجيل

تخلق الهلاميات المائية تحديات فريدة من نوعها في مجال المسافة النانوية مثل اختيار معلمات الاختبار وإعداد العينة. العديد من أنظمة nanoindentation لها قيود كبيرة لأنها لم يتم تصميمها في الأصل هذه المواد الناعمة. تستخدم بعض أنظمة nanoindentation مجموعة ملف / مغناطيس لتطبيق القوة على العينة. لا يوجد قياس فعلي للقوة ، مما يؤدي إلى تحميل غير دقيق وغير خطي عند الاختبار الناعم مواد. تحديد نقطة الاتصال أمر صعب للغاية مثل العمق هو المعلمة الوحيدة التي يتم قياسها بالفعل. يكاد يكون من المستحيل ملاحظة تغيير المنحدر في العمق مقابل الوقت مؤامرة خلال الفترة التي يقترب فيها طرف إندينتر من مادة هيدروجيل.

للتغلب على قيود هذه الأنظمة ، تم استخدام وحدة النانو الخاصة بـ نانوفيا اختبار ميكانيكي يقيس رد فعل القوة باستخدام خلية تحميل فردية لضمان دقة عالية على جميع أنواع المواد، الناعمة أو الصلبة. الإزاحة التي يتم التحكم فيها بيزو دقيقة للغاية وسريعة. وهذا يسمح بقياس لا مثيل له لخصائص اللزوجة المرنة من خلال القضاء على العديد من الافتراضات النظرية التي يجب أن تأخذها الأنظمة التي تحتوي على مجموعة ملف/مغناطيس ولا توجد ردود فعل للقوة في الاعتبار.

هدف القياس

في هذا التطبيق ، فإن ملف نانوفيا يستخدم الفاحص الميكانيكي ، في وضع Nanoindentation ، لدراسة الصلابة ومعامل المرونة وزحف عينة هيدروجيل.

نانوفيا

PB1000

شروط الاختبار

تم اختبار عينة هيدروجيل موضوعة على شريحة زجاجية بتقنية nanoindentation باستخدام a نانوفيا اختبار ميكانيكي. لهذه المادة الناعمة تم استخدام طرف كروي قطره 3 مم. زاد الحمل خطيًا من 0.06 إلى 10 ملي نيوتن خلال فترة التحميل. تم قياس الزحف بعد ذلك عن طريق تغيير عمق المسافة البادئة عند الحمل الأقصى البالغ 10 ملي نيوتن لمدة 70 ثانية.

سرعة الاقتراب: 100 ميكرومتر / دقيقة

تحميل الاتصال
0.06 ملي نيوتن
ماكس تحميل
10 ملي نيوتن
معدل التحميل

20 ملي نيوتن / دقيقة

زحف
70 ثانية
النتائج والمناقشة

يظهر تطور الحمل والعمق كدالة للوقت في فوجور 1. يمكن ملاحظة أنه في مؤامرة العمق مقابل الوقت، من الصعب جدًا تحديد نقطة تغيير المنحدر في بداية فترة التحميل ، والتي تعمل عادةً كمؤشر حيث يبدأ المؤشر في الاتصال بالمادة اللينة. ومع ذلك ، فإن مؤامرة الحمل مقابل الوقت يوضح السلوك الغريب للهيدروجيل تحت الحمل المطبق. عندما يبدأ الهيدروجيل في الاتصال بالكرة البادئة ، يسحب الهيدروجيل الكرة في الداخل بسبب التوتر السطحي ، والذي يميل إلى تقليل مساحة السطح. يؤدي هذا السلوك إلى الحمل المقاس السلبي في بداية مرحلة التحميل. يزداد الحمل تدريجياً مع غرق إندينتر في هيدروجيل ، ثم يتم التحكم فيه ليكون ثابتًا عند أقصى حمل يبلغ 10 مللي نيوتن لمدة 70 ثانية لدراسة سلوك الزحف للهيدروجيل.

شكل ١: تطور الحمل والعمق كدالة للوقت.

مؤامرة عمق الزحف مقابل الوقت يظهر في الشكل 2، و ال الحمل مقابل النزوح يظهر مؤامرة اختبار nanoindentation في الشكل 3. يمتلك الهيدروجيل في هذه الدراسة صلابة تبلغ 16.9 كيلو باسكال ومعامل يونج يبلغ 160.2 كيلو باسكال ، كما تم حسابه بناءً على منحنى إزاحة الحمل باستخدام طريقة أوليفر-فار.

الزحف هو عامل مهم لدراسة الخواص الميكانيكية للهيدروجيل. يضمن التحكم في ردود الفعل القريبة بين خلية الحمل بيزو وخلية الحمل فائقة الحساسية تحميلًا حقيقيًا ثابتًا أثناء وقت الزحف عند الحد الأقصى للحمل. كما هو موضح في الشكل 2، هيدروجيل ينخفض ~ 42 ميكرومتر نتيجة الزحف في 70 ثانية تحت الحمل الأقصى البالغ 10 ملي نيوتن المطبق بواسطة طرف الكرة 3 مم.

الشكل 2: الزحف بحمل أقصاه 10 ملي نيوتن لمدة 70 ثانية.

الشكل 3: مؤامرة الحمل مقابل الإزاحة للهيدروجيل.

خاتمة

في هذه الدراسة ، أظهرنا أن نانوفيا يوفر الفاحص الميكانيكي ، في وضع Nanoindentation ، قياسًا دقيقًا وقابلًا للتكرار للخواص الميكانيكية للهيدروجيل بما في ذلك الصلابة ومعامل يونغ والزحف. يضمن طرف الكرة الكبير 3 مم الاتصال المناسب بسطح الهيدروجيل. تسمح مرحلة العينة الآلية عالية الدقة بتحديد الموضع الدقيق للوجه المسطح لعينة الهيدروجيل أسفل طرف الكرة. أظهر الهيدروجيل في هذه الدراسة صلابة قدرها 16.9 كيلو باسكال ومعامل يونج 160.2 كيلو باسكال. عمق الزحف ~ 42 ميكرومتر تحت حمولة 10 ملي نيوتن لمدة 70 ثانية.

نانوفيا توفر الفاحصات الميكانيكية وحدات Nano و Micro متعددة الوظائف لا مثيل لها على منصة واحدة. تشتمل كلتا الوحدتين على جهاز اختبار الخدش ، واختبار الصلابة ، ووضع اختبار التآكل ، مما يوفر أوسع نطاق من الاختبارات وأكثرها سهولة في الاستخدام المتاح على جهاز واحد
نظام.

الآن ، لنتحدث عن طلبك

خصائص التصاق طلاء الذهب على الركيزة البلورية الكوارتز

خصائص التصاق طلاء الذهب

على الركيزة الكريستال الكوارتز

أُعدت بواسطة

دوانجي لي، دكتوراه

مقدمة

ميزان الكوارتز البلوري الدقيق (QCM) هو مستشعر كتلة حساس للغاية قادر على إجراء قياسات دقيقة للكتلة الصغيرة في نطاق النانوجرام. يقيس QCM تغير الكتلة على السطح من خلال اكتشاف الاختلافات في تردد الرنين لبلورة الكوارتز مع قطبين كهربائيين مثبتين على كل جانب من جوانب اللوحة. إن قدرة قياس الوزن الصغير للغاية تجعله مكونًا رئيسيًا في مجموعة متنوعة من الأدوات البحثية والصناعية لاكتشاف ومراقبة تباين الكتلة والامتصاص والكثافة والتآكل ، إلخ.

أهمية اختبار الخدش لـ QCM

كجهاز دقيق للغاية ، يقيس QCM تغير الكتلة إلى 0.1 نانوجرام. سيتم الكشف عن أي خسارة في الكتلة أو تشويه للأقطاب الكهربائية الموجودة على لوحة الكوارتز بواسطة بلورة الكوارتز وتسبب أخطاء قياس كبيرة. نتيجة لذلك ، تلعب الجودة الجوهرية لطلاء القطب وسلامة السطح البيني لنظام الطلاء / الركيزة دورًا أساسيًا في إجراء قياس كتلة دقيق وقابل للتكرار. اختبار الخدش الدقيق هو قياس مقارن يستخدم على نطاق واسع لتقييم التماسك النسبي أو خصائص الالتصاق للطلاء بناءً على مقارنة الأحمال الحرجة التي تظهر عندها حالات الفشل. إنها أداة ممتازة لمراقبة الجودة الموثوقة للـ QCMs.

هدف القياس

في هذا التطبيق ، فإن ملف نانوفيا اختبار ميكانيكي، في وضع Micro Scratch، يُستخدم لتقييم قوة التماسك والالتصاق لطلاء الذهب على ركيزة الكوارتز لعينة QCM. ونود أن نعرض قدرة نانوفيا جهاز اختبار ميكانيكي في إجراء اختبارات الخدش الدقيقة على عينة دقيقة بدقة عالية وقابلية التكرار.

نانوفيا

PB1000

شروط الاختبار

ال نانوفيا تم استخدام جهاز اختبار ميكانيكي PB1000 لإجراء اختبارات الخدش الدقيقة على عينة QCM باستخدام معلمات الاختبار الملخصة أدناه. تم إجراء ثلاث خدوش لضمان إمكانية تكرار النتائج.

نوع التحميل: تدريجي

التحميل الابتدائي

0.01 شمال

التحميل النهائي

٣٠ نيوتن

أَجواء: الهواء 24 درجة مئوية

سرعة انزلاق

2 مم / دقيقة

مسافة انزلاق

2 مم

النتائج والمناقشة

يتم عرض مسار الخدش الصغير الكامل على عينة QCM في شكل 1. يتم عرض سلوكيات الفشل عند الأحمال الحرجة المختلفة في الشكل 2، حيث الحمل الحرج ، L.C1 يُعرَّف بأنه الحمل الذي تظهر عنده أول علامة على فشل المادة اللاصقة في مسار الخدش ، L.C2 هو الحمل الذي تحدث بعده أعطال متكررة في المادة اللاصقة ، و L.ج 3 هو الحمل الذي يتم عنده إزالة الطلاء تمامًا من الركيزة. يمكن ملاحظة أن القليل من التقطيع يحدث في L.C1 من 11.15 شمالا ، أول علامة على فشل الطلاء. 

مع استمرار زيادة الحمل العادي أثناء اختبار الخدش الدقيق ، تحدث حالات فشل متكررة في المادة اللاصقة بعد L.C2 من 16.29 N. عندما Lج 3 عند الوصول إلى 19.09 N ، ينفصل الغلاف تمامًا عن طبقة الكوارتز التحتية. يمكن استخدام مثل هذه الأحمال الحرجة للمقارنة الكمية لقوة التماسك والالتصاق للطلاء واختيار أفضل مرشح للتطبيقات المستهدفة.

شكل ١: مسار خدش دقيق كامل على عينة QCM.

الشكل 2: مسار خدش دقيق بأحمال حرجة مختلفة.

الشكل 3 يرسم تطور معامل الاحتكاك والعمق اللذين قد يوفران مزيدًا من التبصر في تطور حالات فشل الطلاء أثناء اختبار الخدش الصغير.

الشكل 3: تطور COF والعمق أثناء اختبار الخدش الدقيق.

خاتمة

في هذه الدراسة ، أظهرنا أن نانوفيا يقوم الفاحص الميكانيكي بإجراء اختبارات خدش دقيقة وموثوقة على عينة QCM. من خلال تطبيق الأحمال المتزايدة الخطية بطريقة مسيطر عليها ومراقبتها عن كثب ، يسمح قياس الخدش للمستخدمين بتحديد الحمل الحرج الذي يحدث عنده فشل نموذجي للطلاء اللاصق والتماسك. إنه يوفر أداة ممتازة للتقييم الكمي ومقارنة الجودة الجوهرية للطلاء والتكامل البيني لنظام الطلاء / الركيزة لـ QCM.

وحدات Nano أو Micro أو Macro الخاصة بـ نانوفيا تشتمل جميع أجهزة الاختبار الميكانيكية على المسافة البادئة المتوافقة مع ISO و ASTM وأوضاع اختبار الخدش والتآكل ، مما يوفر أوسع نطاق من الاختبارات وأكثرها سهولة في الاستخدام المتاح في نظام واحد. نانوفياالنطاق الذي لا مثيل له هو الحل المثالي لتحديد النطاق الكامل للخواص الميكانيكية للطلاء الرقيق أو السميك ، واللين أو الصلب ، والأغشية والركائز ، بما في ذلك الصلابة ، ومعامل يونغ ، ومتانة الكسر ، والالتصاق ، ومقاومة التآكل وغيرها الكثير.

بالإضافة إلى ذلك ، يتوفر ملف تعريف اختياري ثلاثي الأبعاد غير متصل ووحدة AFM للتصوير ثلاثي الأبعاد عالي الدقة للمسافات البادئة والخدش والتآكل بالإضافة إلى قياسات السطح الأخرى ، مثل الخشونة والانحناء.

الآن ، لنتحدث عن طلبك

أفضل جهاز اختبار ميكانيكي دقيق في العالم

الآن يتصدر العالم

الاختبار الميكانيكي الدقيق

أُعدت بواسطة

بيير ليرو ودوانجي لي ، دكتوراه

مقدمة

أجهزة اختبار الصلابة الدقيقة القياسية من فيكرز لها نطاقات حمولة قابلة للاستخدام من 10 إلى 2000 جرام قوة (gf). يتم تحميل أجهزة اختبار الصلابة الكلية القياسية من فيكرز من 1 إلى 50 كجم. هذه الأدوات ليست محدودة جدًا في نطاق الأحمال فحسب ، ولكنها أيضًا غير دقيقة عند التعامل مع الأسطح الخشنة أو الأحمال المنخفضة عندما تصبح المسافات البادئة صغيرة جدًا بحيث لا يمكن قياسها بصريًا. تعتبر هذه القيود جوهرية للتكنولوجيا الأقدم ونتيجة لذلك ، أصبحت المسافة البادئة الآلية الخيار القياسي نظرًا للدقة العالية والأداء الذي توفره.

مع أنظمة الاختبار الميكانيكي الدقيقة الرائدة في العالم من NANOVEA ، يتم حساب صلابة Vickers تلقائيًا من العمق مقابل بيانات التحميل مع أوسع نطاق تحميل على وحدة واحدة متاحة على الإطلاق (0.3 جرام إلى 2 كجم أو 6 جرام إلى 40 كجم). نظرًا لأنه يقيس الصلابة من منحنيات العمق مقابل منحنيات الحمل ، يمكن لوحدة NANOVEA الدقيقة قياس أي نوع من المواد بما في ذلك المواد شديدة المرونة. كما يمكن أن يوفر ليس فقط صلابة فيكرز ولكن أيضًا بيانات دقيقة لمعامل المرونة والزحف بالإضافة إلى أنواع أخرى من الاختبارات مثل اختبار التصاق الخدش ، والتآكل ، واختبار التعب ، وقوة الخضوع ، ومتانة الكسر لمجموعة كاملة من بيانات مراقبة الجودة.

الآن الاختبار الميكانيكي الصغير الرائد في العالم

في ملاحظة التطبيقات هذه ، سيتم شرح كيفية تصميم وحدة Micro Module لتقديم المسافة البادئة للأجهزة الرائدة في العالم واختبار الخدش. تعد إمكانية اختبار النطاق الواسع للوحدة الصغيرة مثالية للعديد من التطبيقات. على سبيل المثال ، يسمح نطاق الحمل بقياسات دقيقة للصلابة ومعامل المرونة للطلاء الصلب الرقيق ويمكن بعد ذلك تطبيق أحمال أعلى بكثير لقياس التصاق نفس هذه الطلاءات.

هدف القياس

يتم عرض سعة وحدة Micro Module بامتداد نانوفيا CB500 اختبار ميكانيكي بواسطة
إجراء اختبارات المسافة البادئة والخدش بدقة فائقة وموثوقية باستخدام نطاق تحميل واسع من 0.03 إلى 200 نيوتن.

نانوفيا

CB500

شروط الاختبار

تم إجراء سلسلة (3 × 4 ، 12 مسافة بادئة في المجموع) من التباعد الدقيق على عينة فولاذية قياسية باستخدام إندينتر فيكرز. تم قياس الحمل والعمق وتسجيلهما لدورة اختبار المسافة البادئة الكاملة. تم إجراء المسافات البادئة لأحمال قصوى مختلفة تتراوح من 0.03 N إلى 200 N (0.0031 إلى 20.4 kgf) لإظهار قدرة الوحدة الصغيرة في إجراء اختبارات المسافة البادئة الدقيقة عند الأحمال المختلفة. من الجدير بالذكر أن خلية تحميل اختيارية تبلغ 20 نيوتن متاحة أيضًا لتوفير دقة أعلى 10 مرات للاختبارات في نطاق الحمل المنخفض من 0.3 جرامًا إلى 2 كجم.

تم إجراء اختبارين للخدش باستخدام الوحدة الصغيرة مع زيادة الحمل الخطي من 0.01 ن إلى 200 نيوتن ومن 0.01 ن إلى 0.5 ن ، على التوالي ، باستخدام قلم ماسي مخروطي كروي نصف قطر طرف يبلغ 500 ميكرومتر و 20 ميكرومتر.

عشرين تسليط دقيق تم إجراء الاختبارات على العينة القياسية للفولاذ عند 4 N لإظهار قابلية التكرار الفائقة لنتائج Micro Module التي تتناقض مع أداء مختبري صلابة Vickers التقليديين.

* microindenter على عينة الصلب

معلمات الاختبار

من تخطيط المسافة البادئة

رسم الخرائط: 3 في 4 المسافات البادئة

النتائج والمناقشة

تتميز وحدة Micro Module الجديدة بمزيج فريد من محرك Z وخلية تحميل عالية القوة ومستشعر عمق سعوي عالي الدقة. يضمن الاستخدام الفريد لمستشعرات العمق والحمل المستقلة دقة عالية في جميع الظروف.

تستخدم اختبارات صلابة فيكرز التقليدية أطراف إندينتر هرمية مربعة الشكل تقوم بإنشاء مسافات بادئة مربعة الشكل. من خلال قياس متوسط طول القطر d ، يمكن حساب صلابة فيكرز.

بالمقارنة ، فإن تقنية المسافة البادئة المجهزة المستخدمة من قبل نانوفيايقيس Micro Module الخاص بـ Micro Module الخاص مباشرة الخواص الميكانيكية من قياسات حمل المسافة البادئة والإزاحة. لا يلزم ملاحظة بصرية للمسافة البادئة. هذا يزيل أخطاء معالجة صورة المستخدم أو الكمبيوتر في تحديد قيم d للمسافة البادئة. يمكن لمستشعر عمق المكثف عالي الدقة بمستوى ضوضاء منخفض جدًا يبلغ 0.3 نانومتر أن يقيس بدقة عمق المسافات البادئة التي يصعب أو يستحيل قياسها بصريًا تحت المجهر باستخدام أجهزة اختبار صلابة Vickers التقليدية.

بالإضافة إلى ذلك ، فإن تقنية الكابول المستخدمة من قبل المنافسين تطبق الحمل الطبيعي على شعاع ناتئ بواسطة زنبرك ، وهذا الحمل بدوره يطبق على إندينتر. يحتوي هذا التصميم على عيب في حالة تطبيق حمولة عالية - لا يمكن أن توفر الحزمة الكابولية صلابة هيكلية كافية ، مما يؤدي إلى تشوه الحزمة الكابولية وبالتالي اختلال محاذاة المسافة البادئة. في المقارنة ، تطبق الوحدة النمطية الصغيرة الحمل العادي عبر محرك Z الذي يعمل على خلية الحمل ثم المسافة البادئة لتطبيق الحمل المباشر. تتم محاذاة جميع العناصر رأسيًا لتحقيق أقصى قدر من الصلابة ، مما يضمن قياس المسافة البادئة والخدش القابلة للتكرار والدقة في نطاق الحمولة الكامل.

عرض عن قرب للوحدة الصغيرة الجديدة

المسافة البادئة من 0.03 إلى 200 شمالاً

يتم عرض صورة خريطة المسافة البادئة في الشكل 1. المسافة بين المسافة البادئة المتجاورة فوق 10 N هي 0.5 مم ، في حين أن الصورة عند الأحمال السفلية هي 0.25 مم. يتيح التحكم عالي الدقة في الموضع لمرحلة العينة للمستخدمين تحديد الموقع المستهدف لرسم خرائط الخواص الميكانيكية. بفضل الصلابة الممتازة للوحدة الصغيرة بسبب المحاذاة الرأسية لمكوناتها ، تحافظ أداة Vickers indenter على اتجاه رأسي مثالي لأنها تخترق عينة الفولاذ تحت حمولة تصل إلى 200 نيوتن (400 نيوتن اختياري). هذا يخلق انطباعات عن شكل مربع متماثل على سطح العينة عند الأحمال المختلفة.

يتم عرض المسافات البادئة الفردية عند الأحمال المختلفة تحت المجهر جنبًا إلى جنب مع الخدوشين كما هو موضح في الشكل 2 ، لعرض قدرة الوحدة الصغيرة الجديدة في إجراء اختبارات المسافة البادئة والخدش في نطاق تحميل واسع وبدقة عالية. كما هو مبين في مخططات الحمل العادي مقابل طول الخدش ، يزداد الحمل العادي خطيًا حيث ينزلق القلم الماسي المخروطي الكروي على سطح العينة الفولاذي. إنها تخلق مسار خدش مستقيم سلس للعرض والعمق المتزايدين تدريجياً.

شكل ١: خريطة المسافة البادئة

تم إجراء اختبارين للخدش باستخدام الوحدة الصغيرة مع زيادة الحمل الخطي من 0.01 ن إلى 200 نيوتن ومن 0.01 ن إلى 0.5 ن ، على التوالي ، باستخدام قلم ماسي مخروطي كروي نصف قطر طرف يبلغ 500 ميكرومتر و 20 ميكرومتر.

تم إجراء عشرين اختبارًا دقيقًا على العينة القياسية للصلب عند 4 N لإظهار قابلية التكرار الفائقة لنتائج Micro Module التي تتناقض مع أداء مختبري صلابة Vickers التقليديين.

أ: المسافة البادئة والخدش تحت المجهر (360X)

ب: المسافة البادئة والخدش تحت المجهر (3000X)

الشكل 2: تحميل مقابل الإزاحة في مختلف الأحمال القصوى.

تظهر منحنيات الحمل والإزاحة أثناء المسافة البادئة عند الأحمال القصوى المختلفة في الشكل 3. تم تلخيص معامل الصلابة والمرونة ومقارنتهما في الشكل 4. تُظهر عينة الفولاذ معامل مرونة ثابتًا طوال حمل الاختبار يتراوح من 0.03 إلى 200 نيوتن (النطاق المحتمل 0.003 إلى 400 نيوتن) ، مما يؤدي إلى متوسط قيمة ~ 211 جيغا باسكال. تُظهر الصلابة قيمة ثابتة نسبيًا تبلغ 6.5 جيجا باسكال تم قياسها تحت حمولة قصوى أعلى من 100 نيوتن ، حيث ينخفض الحمل إلى نطاق من 2 إلى 10 نيوتن ، يتم قياس متوسط صلابة يبلغ 9 جيجا باسكال.

الشكل 3: تحميل مقابل الإزاحة في مختلف الأحمال القصوى.

الشكل 4: تم قياس معامل الصلابة والصلابة لعينة الفولاذ بأحمال قصوى مختلفة.

المسافة البادئة من 0.03 إلى 200 شمالاً

تم إجراء عشرين اختبارًا دقيقًا عند الحمل الأقصى 4N. يتم عرض منحنيات الحمل والإزاحة بتنسيق الشكل 5 وتظهر صلابة فيكرز الناتجة ومعامل يونغ في الشكل 6.

الشكل 5: منحنيات الحمل والإزاحة لاختبارات التحديد الدقيق عند 4 N.

الشكل 6: صلابة فيكرز ومعامل يونغ لـ 20 مسافة دقيقة عند 4 ن.

توضح منحنيات الحمل والإزاحة قابلية التكرار الفائقة للوحدة الصغيرة الجديدة. يمتلك معيار الفولاذ صلابة فيكرز تبلغ 842 ± 11 HV تقاس بوحدة Micro Module الجديدة ، مقارنة بـ 817 ± 18 HV كما تم قياسها باستخدام جهاز اختبار صلابة Vickers التقليدي. يضمن الانحراف المعياري الصغير لقياس الصلابة توصيفًا موثوقًا وقابلًا للتكرار للخصائص الميكانيكية في البحث والتطوير ومراقبة جودة المواد في كل من القطاع الصناعي والبحث الأكاديمي.

بالإضافة إلى ذلك ، يُحسب معامل يونج البالغ 208 ± 5 جيجا باسكال من منحنى إزاحة الحمل ، وهو غير متاح لمُختبِر صلابة فيكرز التقليدي بسبب قياس العمق المفقود أثناء المسافة البادئة. مع انخفاض الحمل وتناقص حجم المسافة البادئة ، فإن ملف نانوفيا تزداد مزايا الوحدة الصغيرة من حيث التكرار مقارنة بمختبري صلابة فيكرز حتى يصبح من غير الممكن قياس المسافة البادئة من خلال الفحص البصري.

تصبح ميزة قياس العمق لحساب الصلابة واضحة أيضًا عند التعامل مع المواد القاسية أو عندما يكون من الصعب ملاحظة العينات تحت المجاهر القياسية المتوفرة في أجهزة اختبار الصلابة فيكرز.

خاتمة

في هذه الدراسة ، أظهرنا كيف أن وحدة NANOVEA Micro Module الرائدة عالميًا (نطاق 200 N) تؤدي قياسات مسافات بادئة وخدش دقيقة وقابلة للتكرار لا مثيل لها تحت نطاق تحميل واسع من 0.03 إلى 200 N (3 gf إلى 20.4 kgf). يمكن أن توفر وحدة Micro Module الاختيارية ذات النطاق المنخفض الاختبار من 0.003 إلى 20 N (0.3 gf إلى 2 kgf). تضمن المحاذاة الرأسية الفريدة للمحرك Z وخلية الحمل عالية القوة ومستشعر العمق أقصى صلابة هيكلية أثناء القياسات. تتميز جميع المسافات البادئة المقاسة بأحمال مختلفة بشكل مربع متماثل على سطح العينة. يتم إنشاء مسار خدش مستقيم للعرض والعمق المتزايدين تدريجياً في اختبار الخدش لحمل أقصى يبلغ 200 نيوتن.

يمكن تكوين وحدة Micro Module الجديدة على PB1000 (150 × 200 مم) أو القاعدة الميكانيكية CB500 (100 × 50 مم) مع المكننة من الألف إلى الياء (نطاق 50 مم). إلى جانب نظام الكاميرا القوي (دقة تحديد الموقع تبلغ 0.2 ميكرون) ، توفر الأنظمة أفضل إمكانات التشغيل الآلي ورسم الخرائط في السوق. تقدم NANOVEA أيضًا وظيفة فريدة حاصلة على براءة اختراع (رقم EP رقم 30761530) والتي تسمح بالتحقق من المسافات البادئة لـ Vickers ومعايرتها عن طريق إجراء مسافة بادئة واحدة عبر النطاق الكامل للأحمال. في المقابل ، يمكن لأجهزة اختبار الصلابة القياسية فيكرز توفير معايرة بحمل واحد فقط.

بالإضافة إلى ذلك ، يتيح برنامج NANOVEA للمستخدم قياس صلابة Vickers عبر الطريقة التقليدية لقياس الأقطار البادئة إذا لزم الأمر (لـ ASTM E92 & E384). كما هو موضح ، في هذا المستند ، يعتبر العمق مقابل اختبار صلابة الحمل (ASTM E2546 و ISO 14577) الذي يتم إجراؤه بواسطة وحدة NANOVEA Micro دقيقة وقابلة للتكرار مقارنةً باختبار الصلابة التقليدية. خاصة للعينات التي لا يمكن ملاحظتها / قياسها بالمجهر.

في الختام ، فإن الدقة العالية والتكرار لتصميم Micro Module مع نطاقه الواسع من الأحمال والاختبارات والأتمتة العالية وخيارات رسم الخرائط تجعل أجهزة اختبار صلابة Vickers التقليدية عفا عليها الزمن. ولكن بالمثل مع أجهزة اختبار الخدش والخدش الدقيقة لا تزال متوفرة حاليًا ولكنها مصممة مع عيوب في الثمانينيات.

إن التطوير والتحسين المستمر لهذه التكنولوجيا يجعل من NANOVEA شركة رائدة عالميًا في الاختبارات الميكانيكية الدقيقة.

الآن ، لنتحدث عن طلبك