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Dynamisch-mechanische Analyse (DMA) Frequenzdurchlauf bei Polymeren
DMA-FREQUENZDURCHLAUF
AUF POLYMEREN MITTELS NANOINDENTATION
Vorbereitet von
Duanjie Li, PhD
EINFÜHRUNG
BEDEUTUNG DER DYNAMISCH-MECHANISCHEN ANALYSE FREQUENZSWEEP-TEST
Die sich ändernde Spannungsfrequenz führt häufig zu Schwankungen des komplexen Moduls, einer kritischen mechanischen Eigenschaft von Polymeren. Beispielsweise unterliegen Reifen im Straßenverkehr zyklisch starken Verformungen. Die Frequenz des Drucks und der Verformung ändert sich, wenn das Auto auf höhere Geschwindigkeiten beschleunigt. Eine solche Änderung kann zu Schwankungen der viskoelastischen Eigenschaften des Reifens führen, die wichtige Faktoren für die Leistung des Fahrzeugs sind. Es besteht Bedarf an einem zuverlässigen und wiederholbaren Test des viskoelastischen Verhaltens von Polymeren bei verschiedenen Frequenzen. Das Nano-Modul der NANOVEA Mechanischer Tester Erzeugt eine sinusförmige Last durch einen hochpräzisen Piezoaktuator und misst die Entwicklung von Kraft und Verschiebung direkt mithilfe einer hochempfindlichen Wägezelle und eines Kondensators. Die Kombination aus einfacher Einrichtung und hoher Genauigkeit macht es zu einem idealen Werkzeug für den Frequenzdurchlauf der dynamisch-mechanischen Analyse.
Viskoelastische Materialien weisen sowohl viskose als auch elastische Eigenschaften auf, wenn sie verformt werden. Lange Molekülketten in Polymermaterialien tragen zu ihren einzigartigen viskoelastischen Eigenschaften bei, d. h. zu einer Kombination der Eigenschaften von elastischen Festkörpern und Newtonschen Flüssigkeiten. Spannung, Temperatur, Frequenz und andere Faktoren spielen alle eine Rolle bei den viskoelastischen Eigenschaften. Bei der dynamisch-mechanischen Analyse, auch DMA genannt, werden das viskoelastische Verhalten und der komplexe Modul des Materials untersucht, indem eine sinusförmige Spannung angelegt und die Veränderung der Dehnung gemessen wird.
MESSZIEL
In dieser Anwendung untersuchen wir die viskoelastischen Eigenschaften einer polierten Reifenprobe bei verschiedenen DMA-Frequenzen mit dem leistungsstärksten mechanischen Tester NANOVEA PB1000 Nanoindentation Modus.
NANOVEA
PB1000
TESTBEDINGUNGEN
FREQUENZEN (Hz):
0.1, 1.5, 10, 20
KRIECHZEIT BEI JEDER FREQ.
50 Sekunden
SCHWINGUNGSSPANNUNG
0.1 V
LADESPANNUNG
1 V
Eindringkörpertyp
Sphärisch
Diamant | 100 μm
ERGEBNISSE & DISKUSSION
Der Frequenzsweep der Dynamisch-Mechanischen Analyse bei maximaler Belastung ermöglicht eine schnelle und einfache Messung der viskoelastischen Eigenschaften der Probe bei verschiedenen Belastungsfrequenzen in einem Versuch. Die Phasenverschiebung und die Amplituden der Last- und Verschiebungswellen bei verschiedenen Frequenzen können zur Berechnung einer Vielzahl grundlegender viskoelastischer Materialeigenschaften verwendet werden, darunter Speichermodus, Verlust Modulus und Tan (δ) wie in den folgenden Schaubildern zusammengefasst.
Die Frequenzen von 1, 5, 10 und 20 Hz in dieser Studie entsprechen Geschwindigkeiten von etwa 7, 33, 67 und 134 km pro Stunde. Wenn die Prüffrequenz von 0,1 auf 20 Hz ansteigt, ist zu beobachten, dass sowohl der Speichermodul als auch der Verlustmodul progressiv ansteigen. Tan (δ) sinkt von ~0,27 auf 0,18, wenn die Frequenz von 0,1 auf 1 Hz ansteigt, und steigt dann allmählich auf ~0,55, wenn die Frequenz von 20 Hz erreicht ist. Der DMA-Frequenzsweep ermöglicht die Messung der Trends von Speichermodul, Verlustmodul und Tan (δ), die Informationen über die Bewegung der Monomere und die Vernetzung sowie den Glasübergang der Polymere liefern. Durch die Erhöhung der Temperatur mit Hilfe einer Heizplatte während des Frequenzsweeps kann ein vollständigeres Bild von der Art der Molekularbewegung unter verschiedenen Testbedingungen gewonnen werden.
ENTWICKLUNG VON LAST UND TIEFE
DES VOLLSTÄNDIGEN DMA-FREQUENZDURCHLAUFS
LAST & TIEFE vs. ZEIT bei unterschiedlichen Frequenzen
SPEICHERMODUL
BEI VERSCHIEDENEN FREQUENZEN
MODULUS VERLUST
BEI VERSCHIEDENEN FREQUENZEN
TAN (δ)
BEI VERSCHIEDENEN FREQUENZEN
SCHLUSSFOLGERUNG
In dieser Studie haben wir die Leistungsfähigkeit des NANOVEA-Mechanik-Testers bei der Durchführung des Frequenzsweep-Tests der Dynamisch-Mechanischen Analyse an einer Reifenprobe demonstriert. Dieser Test misst die viskoelastischen Eigenschaften des Reifens bei verschiedenen Belastungsfrequenzen. Der Reifen zeigt einen Anstieg des Speicher- und Verlustmoduls, wenn die Belastungsfrequenz von 0,1 bis 20 Hz ansteigt. Sie liefert nützliche Informationen über das viskoelastische Verhalten des Reifens bei unterschiedlichen Geschwindigkeiten, was für die Verbesserung der Leistung von Reifen für eine reibungslosere und sicherere Fahrt unerlässlich ist. Der DMA-Frequenzsweep-Test kann bei verschiedenen Temperaturen durchgeführt werden, um die realistische Arbeitsumgebung des Reifens unter verschiedenen Witterungsbedingungen zu simulieren.
Im Nanomodul des NANOVEA Mechanik-Testers ist die Lastaufbringung mit dem schnellen Piezo unabhängig von der Lastmessung durch einen separaten hochempfindlichen Dehnungsmessstreifen. Dies bietet einen deutlichen Vorteil bei der dynamisch-mechanischen Analyse, da die Phase zwischen Tiefe und Last direkt aus den vom Sensor erfassten Daten gemessen wird. Die Berechnung der Phase erfolgt direkt und erfordert keine mathematische Modellierung, die den resultierenden Verlust- und Speichermodul mit Ungenauigkeiten versieht. Dies ist bei einem spulenbasierten System nicht der Fall.
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die DMA den Verlust- und Speichermodul, den komplexen Modul und Tan (δ) als Funktion der Kontakttiefe, der Zeit und der Frequenz misst. Die optionale Heizstufe ermöglicht die Bestimmung der Phasenübergangstemperatur von Materialien während der DMA. Die NANOVEA Mechanischen Prüfgeräte bieten unübertroffene Multifunktions-Nano- und -Mikro-Module auf einer einzigen Plattform. Sowohl das Nano- als auch das Mikromodul verfügen über die Modi Kratz-, Härte- und Verschleißprüfung und bieten damit das breiteste und benutzerfreundlichste Prüfspektrum, das mit einem einzigen Modul möglich ist.
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Topographie der Fresnel-Linse
FRESNEL-LINSENTOPOGRAPHIEVERWENDUNG 3D BERÜHRUNGSLOSES OPTISCHES PROFILOMETER
Vorbereitet von
Duanjie Li & Benjamin Mell
EINFÜHRUNG
Eine Linse ist ein optisches Gerät mit axialer Symmetrie, das Licht durchlässt und bricht. Eine einfache Linse besteht aus einer einzigen optischen Komponente zur Konvergenz oder Divergenz des Lichts. Obwohl kugelförmige Oberflächen nicht die ideale Form für die Herstellung einer Linse sind, werden sie häufig als einfachste Form verwendet, zu der Glas geschliffen und poliert werden kann.
Eine Fresnel-Linse besteht aus einer Reihe von konzentrischen Ringen, die dünne Teile einer einfachen Linse mit einer Breite von nur wenigen tausendstel Zoll sind. Fresnel-Linsen haben eine große Öffnung und eine kurze Brennweite, wobei die kompakte Bauweise das Gewicht und das benötigte Materialvolumen im Vergleich zu herkömmlichen Linsen mit den gleichen optischen Eigenschaften reduziert. Aufgrund der dünnen Geometrie der Fresnel-Linse geht nur ein sehr geringer Teil des Lichts durch Absorption verloren.
BEDEUTUNG DER BERÜHRUNGSLOSEN 3D-PROFILOMETRIE FÜR DIE PRÜFUNG VON FRESNELLINSEN
Fresnel-Linsen werden häufig in der Automobilindustrie, in Leuchttürmen, in der Solarenergie und in optischen Landesystemen für Flugzeugträger eingesetzt. Das Formen oder Stanzen der Linsen aus transparentem Kunststoff kann ihre Herstellung kostengünstiger machen. Die Servicequalität von Fresnel-Linsen hängt hauptsächlich von der Präzision und Oberflächenqualität ihres konzentrischen Rings ab. Im Gegensatz zu einer Touch-Probe-Technik bietet NANOVEA Optische Profiler Führen Sie 3D-Oberflächenmessungen durch, ohne die Oberfläche zu berühren, und vermeiden Sie so das Risiko neuer Kratzer. Die Chromatic Light-Technik eignet sich ideal zum präzisen Scannen komplexer Formen, beispielsweise von Linsen unterschiedlicher Geometrie.
SCHEMA EINER FRESNEL-LINSE
Transparente Fresnel-Linsen aus Kunststoff können durch Gießen oder Stanzen hergestellt werden. Eine genaue und effiziente Qualitätskontrolle ist von entscheidender Bedeutung, um fehlerhafte Produktionsformen oder -stempel zu erkennen. Durch Messung der Höhe und des Abstands der konzentrischen Ringe können Produktionsabweichungen festgestellt werden, indem die gemessenen Werte mit den vom Hersteller der Linse angegebenen Spezifikationswerten verglichen werden.
Durch die genaue Messung des Linsenprofils wird sichergestellt, dass die Formen oder Stempel entsprechend den Spezifikationen des Herstellers bearbeitet werden. Außerdem kann sich der Stempel im Laufe der Zeit abnutzen, so dass er seine ursprüngliche Form verliert. Eine ständige Abweichung von den Spezifikationen des Glasherstellers ist ein eindeutiges Indiz dafür, dass die Form ersetzt werden muss.
MESSZIEL
In dieser Anwendung präsentieren wir NANOVEA ST400, einen 3D-Berührungslos-Profiler mit einem Hochgeschwindigkeitssensor, der eine umfassende 3D-Profilanalyse einer optischen Komponente mit komplexer Form ermöglicht. Um die bemerkenswerten Fähigkeiten unserer Chromatic Light-Technologie zu demonstrieren, wird die Konturanalyse an einer Fresnel-Linse durchgeführt.
NANOVEA ST400 Großfläche
Optisches 3D-Profilometer
Die für diese Studie verwendete 2,3" x 2,3" Acryl-Fresnel-Linse besteht aus
eine Reihe von konzentrischen Ringen und ein komplexes, gezacktes Querschnittsprofil.
Es hat eine Brennweite von 1,5" und einen effektiven Durchmesser von 2,0",
125 Rillen pro Zoll und einem Brechungsindex von 1,49.
Der NANOVEA ST400-Scan der Fresnellinse zeigt eine deutliche Zunahme der Höhe der konzentrischen Ringe, die sich vom Zentrum nach außen bewegen.
2D FALSCH FARBE
Darstellung der Höhe
3D-ANSICHT
EXTRAHIERTES PROFIL
GIPFEL & TAL
Dimensionale Analyse des Profils
SCHLUSSFOLGERUNG
In dieser Anwendung haben wir gezeigt, dass der berührungslose optische Profiler NANOVEA ST400 die Oberflächentopographie von Fresnel-Linsen genau misst.
Mit der NANOVEA-Analysesoftware können die Abmessungen der Höhe und der Teilung anhand des komplexen gezackten Profils genau bestimmt werden. Benutzer können die Qualität der Produktionsformen oder Stempel effektiv prüfen, indem sie die Ringhöhe und -teilung der hergestellten Linsen mit der idealen Ringspezifikation vergleichen.
Die hier gezeigten Daten stellen nur einen Teil der in der Analysesoftware verfügbaren Berechnungen dar.
NANOVEA Optical Profilers messen praktisch jede Oberfläche in Bereichen wie Halbleiter, Mikroelektronik, Solar, Faseroptik, Automobil, Luft- und Raumfahrt, Metallurgie, Bearbeitung, Beschichtungen, Pharmazeutik, Biomedizin, Umwelt und vielen anderen.
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Inspektion bearbeiteter Teile
BEARBEITETE TEILE
Prüfung anhand eines CAD-Modells mit 3D-Profilometrie
Autor:
Duanjie Li, PhD
Überarbeitet von
Jocelyn Esparza
EINFÜHRUNG
Die Nachfrage nach Präzisionsbearbeitung zur Herstellung komplexer Geometrien ist in vielen Branchen gestiegen. Von der Luft- und Raumfahrt über die Medizintechnik und die Automobilindustrie bis hin zu technischen Getrieben, Maschinen und Musikinstrumenten - die ständige Innovation und Weiterentwicklung treiben die Erwartungen und Genauigkeitsstandards in neue Höhen. Infolgedessen steigt die Nachfrage nach strengen Inspektionstechniken und -instrumenten, um die höchste Qualität der Produkte zu gewährleisten.
Die Bedeutung der berührungslosen 3D-Profilometrie für die Teileinspektion
Der Vergleich der Eigenschaften von bearbeiteten Teilen mit ihren CAD-Modellen ist wichtig, um die Toleranzen und die Einhaltung der Produktionsstandards zu überprüfen. Die Inspektion während der Betriebszeit ist ebenfalls von entscheidender Bedeutung, da der Verschleiß der Teile ihren Austausch erforderlich machen kann. Die rechtzeitige Feststellung von Abweichungen von den geforderten Spezifikationen hilft, kostspielige Reparaturen, Produktionsstopps und einen schlechten Ruf zu vermeiden.
Im Gegensatz zu einer Touch-Probe-Technik ist die NANOVEA Optische Profiler Führen Sie berührungslose 3D-Oberflächenscans durch und ermöglichen Sie so schnelle, präzise und zerstörungsfreie Messungen komplexer Formen mit höchster Genauigkeit.
MESSZIEL
In dieser Anwendung zeigen wir NANOVEA HS2000, einen berührungslosen 3D-Profiler mit einem Hochgeschwindigkeitssensor, der eine umfassende Oberflächeninspektion von Dimension, Radius und Rauheit durchführt.
Und das alles in weniger als 40 Sekunden.
NANOVEA
HS2000
CAD-MODELL
Eine präzise Messung der Abmessungen und der Oberflächenrauheit des bearbeiteten Teils ist entscheidend, um sicherzustellen, dass es den gewünschten Spezifikationen, Toleranzen und Oberflächengüten entspricht. Das 3D-Modell und die technische Zeichnung des zu prüfenden Teils sind unten dargestellt.
FALSCHE FARBANSICHT
Die Falschfarbenansicht des CAD-Modells und die gescannte Oberfläche des bearbeiteten Teils werden in ABBILDUNG 3 verglichen. Die Höhenvariation auf der Probenoberfläche ist an der Farbänderung zu erkennen.
Aus dem 3D-Oberflächenscan werden drei 2D-Profile extrahiert, wie in ABBILDUNG 2 dargestellt, um die Maßtoleranz des bearbeiteten Teils weiter zu überprüfen.
PROFILVERGLEICH & ERGEBNISSE
Die Profile 1 bis 3 sind in ABBILDUNG 3 bis 5 dargestellt. Die quantitative Toleranzprüfung wird durch den Vergleich des gemessenen Profils mit dem CAD-Modell durchgeführt, um strenge Fertigungsstandards einzuhalten. Profil 1 und Profil 2 messen den Radius verschiedener Bereiche auf dem gekrümmten, bearbeiteten Teil. Die Höhenabweichung von Profil 2 beträgt 30 µm über eine Länge von 156 mm, was der gewünschten Toleranzanforderung von ±125 µm entspricht.
Durch die Festlegung eines Toleranzgrenzwerts kann die Analysesoftware automatisch feststellen, ob das bearbeitete Teil bestanden oder nicht bestanden wurde.
Die Rauheit und Gleichmäßigkeit der Oberfläche des bearbeiteten Teils spielen eine wichtige Rolle bei der Gewährleistung seiner Qualität und Funktionalität. ABBILDUNG 6 zeigt einen extrahierten Oberflächenbereich aus dem übergeordneten Scan des bearbeiteten Teils, der zur Quantifizierung der Oberflächengüte verwendet wurde. Die durchschnittliche Oberflächenrauhigkeit (Sa) wurde mit 2,31 µm berechnet.
SCHLUSSFOLGERUNG
In dieser Studie haben wir gezeigt, wie der berührungslose Profiler NANOVEA HS2000, ausgestattet mit einem Hochgeschwindigkeitssensor, eine umfassende Oberflächeninspektion von Abmessungen und Rauheit durchführt.
Hochauflösende Scans ermöglichen es dem Benutzer, die detaillierte Morphologie und die Oberflächenmerkmale von bearbeiteten Teilen zu messen und sie quantitativ mit ihren CAD-Modellen zu vergleichen. Das Gerät ist auch in der Lage, jegliche Defekte wie Kratzer und Risse zu erkennen.
Die fortschrittliche Konturanalyse dient als unvergleichliches Werkzeug, um nicht nur festzustellen, ob die bearbeiteten Teile den vorgegebenen Spezifikationen entsprechen, sondern auch um die Ausfallmechanismen der verschlissenen Komponenten zu bewerten.
Die hier gezeigten Daten stellen nur einen Teil der Berechnungen dar, die mit der fortschrittlichen Analysesoftware möglich sind, die mit jedem NANOVEA Optical Profiler mitgeliefert wird.
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Bewertung des Reibungsverschleißes
BEWERTUNG VON REIBUNGSVERSCHLEISS
Autor:
Duanjie Li, PhD
Überarbeitet von
Jocelyn Esparza
EINFÜHRUNG
Reibung ist "ein spezieller Verschleißprozess, der an der Kontaktfläche zwischen zwei Werkstoffen auftritt, die unter Belastung stehen und durch Schwingungen oder andere Kräfte einer geringen Relativbewegung ausgesetzt sind". Wenn Maschinen in Betrieb sind, treten zwangsläufig Schwingungen in Verbindungen auf, die verschraubt oder verstiftet sind, zwischen Bauteilen, die sich nicht bewegen sollen, und in schwingenden Kupplungen und Lagern. Die Amplitude solcher relativen Gleitbewegungen liegt oft in der Größenordnung von Mikrometern bis Millimetern. Solche sich wiederholenden Bewegungen mit geringer Amplitude führen zu schwerwiegendem lokalem mechanischem Verschleiß und Materialübertrag an der Oberfläche, was zu einer verringerten Produktionseffizienz und Maschinenleistung oder sogar zu Schäden an der Maschine führen kann.
Bedeutung der quantitativen
Bewertung des Reibungsverschleißes
Beim Reibverschleiß treten häufig mehrere komplexe Verschleißmechanismen an der Kontaktfläche auf, darunter Zweikörperabrieb, Adhäsion und/oder Reibermüdungsverschleiß. Um den Reibverschleißmechanismus zu verstehen und das beste Material für den Reibverschleißschutz auszuwählen, ist eine zuverlässige und quantitative Bewertung des Reibverschleißes erforderlich. Das Reibverschleißverhalten wird maßgeblich von der Arbeitsumgebung wie Verschiebungsamplitude, normaler Belastung, Korrosion, Temperatur, Luftfeuchtigkeit und Schmierung beeinflusst. Ein vielseitiges Tribometer das die verschiedenen realistischen Arbeitsbedingungen simulieren kann, ist ideal für die Bewertung des Reibverschleißes.
Steven R. Lampman, ASM-Handbuch: Band 19: Ermüdung und Bruch
http://www.machinerylubrication.com/Read/693/fretting-wear
MESSZIEL
In dieser Studie haben wir das Abnutzungsverhalten einer Probe aus Edelstahl SS304 bei verschiedenen Schwinggeschwindigkeiten und Temperaturen untersucht, um die Fähigkeit von NANOVEA T50 Tribometer zur kontrollierten und überwachten Simulation des Reibungsverschleißprozesses von Metall.
NANOVEA
T50
TESTBEDINGUNGEN
Die Fretting-Verschleißfestigkeit einer Probe aus Edelstahl SS304 wurde bewertet durch NANOVEA Tribometer mit linearem Hubkolben-Verschleißmodul. Als Gegenmaterial wurde eine WC-Kugel (6 mm Durchmesser) verwendet. Die Verschleißspur wurde mit einem NANOVEA Berührungsloses 3D-Profiliergerät.
Der Fretting-Test wurde bei Raumtemperatur (RT) und 200 °C, um die Auswirkung der hohen Temperatur auf die Verschleißfestigkeit der SS304-Probe zu untersuchen. Eine Heizplatte auf dem Probentisch erwärmte die Probe während des Reibungstests auf 200 °C. Die Verschleißrate, Kwurde anhand der folgenden Formel bewertet K=V/(F×s), wobei V ist das abgenutzte Volumen, F ist die Normallast, und s ist die Gleitstrecke.
Bitte beachten Sie, dass eine WC-Kugel als Gegenmaterial in dieser Studie als Beispiel verwendet wurde. Jedes feste Material mit unterschiedlicher Form und Oberflächenbeschaffenheit kann mit einer kundenspezifischen Vorrichtung verwendet werden, um die tatsächliche Anwendungssituation zu simulieren.
PRÜFPARAMETER
der Verschleißmessungen
ERGEBNISSE & DISKUSSION
Das 3D-Verschleißspurprofil ermöglicht die direkte und genaue Bestimmung des Volumenverlustes der Verschleißspur, der durch die NANOVEA Software zur Analyse von Bergen.
Der Pendelverschleißtest bei einer niedrigen Drehzahl von 100 U/min und Raumtemperatur zeigt eine kleine Verschleißspur von 0,014 mm³. Im Vergleich dazu erzeugt der bei einer hohen Drehzahl von 1000 U/min durchgeführte Fretting-Verschleißtest eine wesentlich größere Verschleißspur mit einem Volumen von 0,12 mm³. Dieser beschleunigte Verschleißprozess kann auf die hohe Hitze und die starken Vibrationen während des Fretting-Verschleißtests zurückgeführt werden, die die Oxidation der metallischen Ablagerungen fördern und zu einem starken Dreikörperabrieb führen. Der Fretting-Verschleißtest bei einer erhöhten Temperatur von 200 °C bildet eine größere Verschleißspur von 0,27 mm³.
Die Abnutzungsprüfung bei 1000 U/min hat eine Abnutzungsrate von 1,5×10-4 mm³/Nm, das ist fast das Neunfache im Vergleich zu einem Pendelverschleißtest bei 100 U/min. Der Fretting-Verschleißtest bei erhöhter Temperatur beschleunigt die Verschleißrate weiter auf 3,4×10-4 mm³/Nm. Ein solch signifikanter Unterschied in der bei verschiedenen Geschwindigkeiten und Temperaturen gemessenen Verschleißfestigkeit zeigt, wie wichtig eine angemessene Simulation des Reibungsverschleißes für realistische Anwendungen ist.
Das Verschleißverhalten kann sich drastisch ändern, wenn kleine Änderungen der Prüfbedingungen in das Tribosystem eingeführt werden. Die Vielseitigkeit des NANOVEA Das Tribometer ermöglicht die Messung des Verschleißes unter verschiedenen Bedingungen, einschließlich hoher Temperatur, Schmierung, Korrosion und anderen. Dank der präzisen Geschwindigkeits- und Positionssteuerung durch den fortschrittlichen Motor kann der Benutzer den Verschleißtest bei Geschwindigkeiten von 0,001 bis 5000 U/min durchführen, was es zu einem idealen Werkzeug für Forschungs-/Testlabors macht, um den Reibungsverschleiß unter verschiedenen tribologischen Bedingungen zu untersuchen.
Abnutzungsspuren bei verschiedenen Bedingungen
unter dem Lichtmikroskop
3D WEAR TRACKs PROFILE
mehr Einblick in das grundlegende Verständnis zu geben
des Fretting-Verschleißmechanismus
ERGEBNISZUSAMMENFASSUNG DER VERSCHLEISSSPUREN
gemessen mit verschiedenen Testparametern
SCHLUSSFOLGERUNG
In dieser Studie haben wir die Fähigkeit der NANOVEA Tribometer zur kontrollierten und quantitativen Bewertung des Reibungsverschleißverhaltens einer Probe aus Edelstahl SS304.
Die Prüfgeschwindigkeit und die Temperatur spielen eine entscheidende Rolle für die Abnutzungsbeständigkeit der Werkstoffe durch Reiben. Die hohe Hitze und die starken Vibrationen während der Reibung führten zu einem erheblich beschleunigten Verschleiß der SS304-Probe um fast das Neunfache. Die erhöhte Temperatur von 200 °C erhöhte sich die Verschleißrate weiter auf 3,4×10-4 mm3/Nm.
Die Vielseitigkeit des NANOVEA Tribometer ist ein ideales Werkzeug für die Messung von Reibungsverschleiß unter verschiedenen Bedingungen, einschließlich hoher Temperatur, Schmierung, Korrosion und anderen.
NANOVEA Tribometer bieten präzise und wiederholbare Verschleiß- und Reibungstests mit ISO- und ASTM-konformen Rotations- und Linearmodi, wobei optionale Module für Hochtemperaturverschleiß, Schmierung und Tribokorrosion in einem vorintegrierten System erhältlich sind. Unser unübertroffenes Angebot ist eine ideale Lösung für die Bestimmung der gesamten Bandbreite tribologischer Eigenschaften von dünnen oder dicken, weichen oder harten Beschichtungen, Filmen und Substraten.
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Pharmazeutische Tabletten Oberflächenrauhigkeitsprüfung
Pharmazeutische Tabletten
Prüfung der Rauheit mit 3d-Profilometern
Autor:
Jocelyn Esparza
Einführung
Pharmazeutische Tabletten sind heute die am häufigsten verwendeten medizinischen Darreichungsformen. Jede Tablette besteht aus einer Kombination von Wirkstoffen (den chemischen Stoffen, die eine pharmakologische Wirkung haben) und inaktiven Stoffen (Sprengstoff, Bindemittel, Gleitmittel, Verdünnungsmittel - meist in Form von Pulver). Die aktiven und inaktiven Substanzen werden dann komprimiert oder zu einem Feststoff geformt. Anschließend werden die Tabletten je nach Herstellerangaben entweder überzogen oder nicht überzogen.
Um wirksam zu sein, müssen Tablettenüberzüge den feinen Konturen der eingeprägten Logos oder Schriftzeichen auf den Tabletten folgen, sie müssen stabil und robust genug sein, um die Handhabung der Tablette zu überstehen, und sie dürfen nicht dazu führen, dass die Tabletten während des Beschichtungsprozesses aneinander kleben. Derzeitige Tabletten haben in der Regel einen Überzug auf Polysaccharid- und Polymerbasis, der Stoffe wie Pigmente und Weichmacher enthält. Die beiden gängigsten Arten von Tablettenüberzügen sind Filmüberzüge und Zuckerüberzüge. Im Vergleich zu Zuckerüberzügen sind Filmüberzüge weniger sperrig, haltbarer und weniger zeitaufwändig in der Herstellung und Anwendung. Allerdings ist es für Filmüberzüge schwieriger, das Aussehen der Tabletten zu verbergen.
Tablettenüberzüge sind wichtig für den Schutz vor Feuchtigkeit, die Maskierung des Geschmacks der Inhaltsstoffe und die Erleichterung des Schluckens der Tabletten. Noch wichtiger ist, dass der Tablettenüberzug den Ort und die Geschwindigkeit der Freisetzung des Arzneimittels steuert.
MESSZIEL
In dieser Anwendung verwenden wir die NANOVEA Optischer Profiler und fortschrittlicher Mountains-Software zur Messung und Quantifizierung der Topografie verschiedener gepresster Markenpillen (1 beschichtete und 2 unbeschichtete), um deren Oberflächenrauheit zu vergleichen.
Es wird davon ausgegangen, dass Advil (beschichtet) aufgrund der Schutzschicht die geringste Oberflächenrauhigkeit aufweist.
NANOVEA
HS2000
Testbedingungen
Drei Chargen gepresster pharmazeutischer Markentabletten wurden mit dem Nanovea HS2000 gescannt.
mit Hochgeschwindigkeits-Zeilensensor zur Messung verschiedener Oberflächenrauheitsparameter nach ISO 25178.
Scanbereich
2 x 2 mm
Auflösung des seitlichen Scans
5 x 5 μm
Scan-Zeit
4 Sekunden
Proben
Ergebnisse und Diskussion
Nach dem Scannen der Tabletten wurde eine Untersuchung der Oberflächenrauheit mit der fortschrittlichen Mountains-Analysesoftware durchgeführt, um den Oberflächendurchschnitt, den quadratischen Mittelwert und die maximale Höhe jeder Tablette zu berechnen.
Die berechneten Werte stützen die Annahme, dass Advil aufgrund des Schutzüberzugs, der die Inhaltsstoffe umschließt, eine geringere Oberflächenrauheit aufweist. Tylenol weist von allen drei gemessenen Tabletten die höchste Oberflächenrauhigkeit auf.
Es wurde eine 2D- und 3D-Höhenkarte der Oberflächentopografie jeder Tablette erstellt, die die gemessenen Höhenverteilungen zeigt. Von den fünf Tabletten wurde eine ausgewählt, um die Höhenkarten für jede Marke darzustellen. Diese Höhenkarten sind ein hervorragendes Werkzeug für die visuelle Erkennung von abstehenden Oberflächenmerkmalen wie Vertiefungen oder Erhebungen.
Schlussfolgerung
In dieser Studie haben wir die Oberflächenrauheit von drei gepressten pharmazeutischen Markentabletten analysiert und verglichen: Advil, Tylenol und Excedrin. Advil wies die geringste durchschnittliche Oberflächenrauheit auf. Dies ist auf die orangefarbene Beschichtung zurückzuführen, die das Medikament umgibt. Bei Excedrin und Tylenol hingegen fehlt die Beschichtung, dennoch unterscheiden sich die Oberflächenrauhigkeiten voneinander. Tylenol wies von allen untersuchten Tabletten die höchste durchschnittliche Oberflächenrauigkeit auf.
Die Verwendung des NANOVEA HS2000 mit Hochgeschwindigkeits-Zeilensensor konnten wir 5 Tabletten in weniger als 1 Minute messen. Dies kann sich bei der Qualitätskontrolle von Hunderten von Tabletten in der heutigen Produktion als nützlich erweisen.
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Mikropartikel: Druckfestigkeit und Mikroeindrückung
MIKROPARTIKEL
DRUCKFESTIGKEIT UND MIKROEINDRÜCKE
DURCH DIE PRÜFUNG VON SALZEN
Autor:
Jorge Ramirez
Überarbeitet von:
Jocelyn Esparza
EINFÜHRUNG
Die Druckfestigkeit ist für die Qualitätskontrolle bei der Entwicklung und Verbesserung neuer und bestehender Mikropartikel und Mikromerkmale (Säulen und Kugeln) von entscheidender Bedeutung. Mikropartikel haben verschiedene Formen und Größen und können aus Keramik, Glas, Polymeren und Metallen entwickelt werden. Sie werden u. a. für die Verabreichung von Arzneimitteln, die Verbesserung des Lebensmittelgeschmacks und die Formulierung von Beton verwendet. Die Kontrolle der mechanischen Eigenschaften von Mikropartikeln oder Mikromerkmalen ist entscheidend für ihren Erfolg und erfordert die Fähigkeit, ihre mechanische Integrität quantitativ zu charakterisieren.
BEDEUTUNG DER TIEFE GEGENÜBER DER DRUCKFESTIGKEIT DER LAST
Standard-Druckmessgeräte sind nicht für niedrige Belastungen geeignet und liefern keine ausreichenden Tiefenangaben für Mikropartikel. Durch die Verwendung von Nano- oder Mikroindentationkann die Druckfestigkeit von Nano- oder Mikropartikeln (weich oder hart) genau und präzise gemessen werden.
MESSZIEL
In diesem Anwendungshinweis messen wir die Druckfestigkeit von Salz mit die NANOVEA Mechanischer Tester im Modus Mikroeindruck.
NANOVEA
CB500
TESTBEDINGUNGEN
maximale Kraft
30 N
Laderate
60 N/min
Entladegeschwindigkeit
60 N/min
Eindringkörpertyp
Flache Stanze
Stahl | 1mm Durchmesser
Last-Tiefen-Kurven
Ergebnisse und Diskussion
Höhe, Bruchkraft und Festigkeit für Partikel 1 und Partikel 2
Das Versagen der Partikel wurde als der Punkt bestimmt, an dem die anfängliche Steigung der Kraft-Tiefen-Kurve merklich zu sinken begann, was darauf hinweist, dass das Material einen Fließpunkt erreicht hat und den aufgebrachten Druckkräften nicht mehr standhalten kann. Sobald die Fließgrenze überschritten ist, beginnt die Eindringtiefe für die Dauer der Belastungsperiode exponentiell zuzunehmen. Diese Verhaltensweisen sind zu erkennen in Last-Tiefen-Kurven für beide Proben.
SCHLUSSFOLGERUNG
Abschließend haben wir gezeigt, wie die NANOVEA Mechanischer Tester ist ein hervorragendes Werkzeug für die Prüfung der Druckfestigkeit von Mikropartikeln. Obwohl die geprüften Partikel aus demselben Material bestehen, wird vermutet, dass die in dieser Studie gemessenen unterschiedlichen Versagenspunkte wahrscheinlich auf bereits vorhandene Mikrorisse in den Partikeln und unterschiedliche Partikelgrößen zurückzuführen sind. Es sei darauf hingewiesen, dass für spröde Materialien akustische Emissionssensoren zur Verfügung stehen, um den Beginn der Rissausbreitung während einer Prüfung zu messen.
Die NANOVEA Mechanischer Tester bietet Tiefenverschiebungsauflösungen bis in den Subnanometerbereich,
Das macht es zu einem großartigen Werkzeug für die Untersuchung von sehr zerbrechlichen Mikropartikeln oder Merkmalen. Für weiche und zerbrechliche
Materialien, Belastungen bis zu 0,1 mN sind mit unserem Nano-Eindringmodul möglich
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Kugellager: Studie zur Verschleißfestigkeit bei hoher Krafteinwirkung
EINFÜHRUNG
Ein Kugellager verwendet Kugeln, um die Rotationsreibung zu reduzieren und radiale und axiale Belastungen zu unterstützen. Die rollenden Kugeln zwischen den Lagerringen erzeugen einen viel niedrigeren Reibungskoeffizienten (COF) im Vergleich zu zwei gegeneinander gleitenden flachen Oberflächen. Kugellager sind häufig hohen Kontaktspannungen, Verschleiß und extremen Umweltbedingungen wie hohen Temperaturen ausgesetzt. Daher ist die Verschleißfestigkeit der Kugeln unter hohen Belastungen und extremen Umgebungsbedingungen von entscheidender Bedeutung für die Verlängerung der Lebensdauer des Kugellagers, um Kosten und Zeit für Reparaturen und Austausch zu reduzieren.
Kugellager sind in fast allen Anwendungen zu finden, in denen bewegliche Teile beteiligt sind. Sie werden häufig in der Transportindustrie wie der Luft- und Raumfahrt und im Automobilbereich sowie in der Spielzeugindustrie eingesetzt, die Artikel wie Fidget Spinner und Skateboards herstellt.
BEWERTUNG DES KUGELLAGERVERSCHLEISSES BEI HOHEN BELASTUNGEN
Kugellager können aus einer umfangreichen Liste von Materialien hergestellt werden. Zu den häufig verwendeten Materialien gehören Metalle wie Edelstahl und Chromstahl oder Keramiken wie Wolframkarbid (WC) und Siliziumnitrid (Si3n4). Um sicherzustellen, dass die hergestellten Kugellager die erforderliche Verschleißfestigkeit aufweisen, die für die jeweiligen Einsatzbedingungen ideal ist, sind zuverlässige tribologische Untersuchungen unter hohen Belastungen erforderlich. Tribologische Tests helfen dabei, das Verschleißverhalten verschiedener Kugellager auf kontrollierte und überwachte Weise zu quantifizieren und gegenüberzustellen, um den besten Kandidaten für die Zielanwendung auszuwählen.
MESSZIEL
In dieser Studie stellen wir einen Nanovea vor Tribometer als ideales Hilfsmittel zum Vergleich der Verschleißfestigkeit verschiedener Kugellager unter hoher Belastung.
Abbildung 1: Aufbau des Lagertests.
PRÜFVERFAHREN
Der Reibungskoeffizient COF und die Verschleißfestigkeit der Kugellager aus verschiedenen Materialien wurden mit einem Nanovea-Tribometer bewertet. Als Gegenmaterial wurde Schleifpapier der Körnung P100 verwendet. Die Verschleißspuren der Kugellager wurden mittels a untersucht Nanovea 3D Non-Contact Profiler nach Abschluss der Verschleißtests. Die Testparameter sind in Tabelle 1 zusammengefasst. Die Verschleißrate, Kwurde anhand der folgenden Formel bewertet K=V/(F×s), wobei V ist das abgenutzte Volumen, F ist die Normalbelastung und s ist die Gleitstrecke. Ballabnutzungsnarben wurden bewertet von a Nanovea 3D-Berührungsloser Profiler zur Gewährleistung einer präzisen Messung des Verschleißvolumens.
Die automatisierte motorisierte radiale Positionierungsfunktion ermöglicht es dem Tribometer, den Radius der Verschleißspur während der Dauer eines Tests zu verringern. Dieser Testmodus wird Spiraltest genannt und stellt sicher, dass das Kugellager immer auf einer neuen Oberfläche des Schleifpapiers gleitet (Abbildung 2). Es verbessert die Wiederholbarkeit der Verschleißfestigkeitsprüfung der Kugel erheblich. Der fortschrittliche 20-Bit-Encoder für die interne Geschwindigkeitssteuerung und der 16-Bit-Encoder für die externe Positionssteuerung liefern präzise Echtzeit-Geschwindigkeits- und Positionsinformationen und ermöglichen eine kontinuierliche Anpassung der Drehzahl, um eine konstante lineare Gleitgeschwindigkeit am Kontakt zu erreichen.
Bitte beachten Sie, dass in dieser Studie Schleifpapier der Körnung P100 verwendet wurde, um das Verschleißverhalten zwischen verschiedenen Kugelmaterialien zu vereinfachen, und dass es durch jede andere Materialoberfläche ersetzt werden kann. Jedes feste Material kann ersetzt werden, um die Leistung einer Vielzahl von Materialkupplungen unter tatsächlichen Anwendungsbedingungen, beispielsweise in Flüssigkeiten oder Schmiermitteln, zu simulieren.
Abbildung 2: Darstellung der Spiraldurchgänge für das Kugellager auf dem Schleifpapier.
Tabelle 1: Prüfparameter der Verschleißmessungen.
ERGEBNISSE & DISKUSSION
Die Verschleißrate ist ein entscheidender Faktor für die Lebensdauer des Kugellagers, während ein niedriger COF wünschenswert ist, um die Leistung und Effizienz des Lagers zu verbessern. Abbildung 3 vergleicht die Entwicklung des COF für verschiedene Kugellager im Vergleich zum Sandpapier während der Tests. Die Cr-Stahlkugel weist während des Verschleißtests einen erhöhten COF von ~0,4 auf, verglichen mit ~0,32 und ~0,28 für SS440- und Al2O3-Kugellager. Andererseits weist die WC-Kugel während des gesamten Verschleißtests einen konstanten COF von ~0,2 auf. Während jedes Tests sind beobachtbare COF-Schwankungen zu beobachten, die auf Vibrationen zurückzuführen sind, die durch die Gleitbewegung der Kugellager auf der rauen Sandpapieroberfläche verursacht werden.
Abbildung 3: Entwicklung des COF während der Verschleißtests.
Abbildung 4 und Abbildung 5 vergleichen die Verschleißspuren der Kugellager, nachdem sie mit einem optischen Mikroskop bzw. einem berührungslosen optischen Profilmessgerät von Nanovea gemessen wurden, und Tabelle 2 fasst die Ergebnisse der Verschleißspuranalyse zusammen. Der Nanovea 3D-Profiler ermittelt präzise das Verschleißvolumen der Kugellager und ermöglicht so die Berechnung und den Vergleich der Verschleißraten verschiedener Kugellager. Es ist zu beobachten, dass die Cr-Stahl- und SS440-Kugeln nach den Verschleißtests im Vergleich zu den Keramikkugeln, also Al2O3 und WC, viel größere abgeflachte Verschleißnarben aufweisen. Die Kugeln aus Cr-Stahl und SS440 weisen vergleichbare Verschleißraten von 3,7×10-3 bzw. 3,2×10-3 m3/N·m auf. Im Vergleich dazu zeigt die Al2O3-Kugel eine erhöhte Verschleißfestigkeit mit einer Verschleißrate von 7,2×10-4 m3/N·m. Die WC-Kugel weist im flachen Verschleißbahnbereich kaum kleinere Kratzer auf, was zu einer deutlich reduzierten Verschleißrate von 3,3×10-6 mm3/N·m führt.
Abbildung 4: Verschleißnarben der Kugellager nach den Tests.
Abbildung 5: 3D-Morphologie der Verschleißnarben an den Kugellagern.
Tabelle 2: Verschleißnarbenanalyse der Kugellager.
Abbildung 6 zeigt Mikroskopbilder der Verschleißspuren, die durch die vier Kugellager auf dem Schleifpapier entstehen. Es ist offensichtlich, dass die WC-Kugel die stärkste Verschleißspur erzeugte (fast alle Sandpartikel auf ihrem Weg entfernte) und die beste Verschleißfestigkeit besitzt. Im Vergleich dazu hinterließen die Kugeln aus Cr-Stahl und SS440 eine große Menge Metallabrieb auf der Verschleißspur des Schleifpapiers.
Diese Beobachtungen verdeutlichen erneut die Bedeutung des Nutzens eines Spiraltests. Es stellt sicher, dass das Kugellager immer auf einer neuen Oberfläche des Schleifpapiers gleitet, was die Wiederholbarkeit einer Verschleißfestigkeitsprüfung deutlich verbessert.
Abbildung 6: Verschleißspuren auf dem Schleifpapier an verschiedenen Kugellagern.
SCHLUSSFOLGERUNG
Die Verschleißfestigkeit der Kugellager unter hohem Druck spielt eine entscheidende Rolle für ihre Betriebsleistung. Die Keramikkugellager verfügen über eine deutlich verbesserte Verschleißfestigkeit unter hohen Belastungsbedingungen und reduzieren den Zeit- und Kostenaufwand für die Reparatur oder den Austausch von Lagern. In dieser Studie weist das WC-Kugellager im Vergleich zu Stahllagern eine wesentlich höhere Verschleißfestigkeit auf, was es zu einem idealen Kandidaten für Lageranwendungen macht, bei denen starker Verschleiß auftritt.
Ein Nanovea-Tribometer ist mit einem hohen Drehmoment für Lasten bis zu 2000 N und einem präzisen und kontrollierten Motor für Drehzahlen von 0,01 bis 15.000 U/min ausgestattet. Es bietet wiederholbare Verschleiß- und Reibungstests mit ISO- und ASTM-konformen Rotations- und Linearmodi, wobei optionale Hochtemperatur-Verschleiß- und Schmiermodule in einem vorintegrierten System verfügbar sind. Dieser unübertroffene Bereich ermöglicht es Benutzern, verschiedene schwere Arbeitsumgebungen der Kugellager zu simulieren, einschließlich hoher Beanspruchung, Verschleiß und hoher Temperatur usw. Es fungiert auch als ideales Werkzeug zur quantitativen Bewertung des tribologischen Verhaltens hochwertiger verschleißfester Materialien unter hohen Belastungen.
Ein berührungsloser 3D-Profiler von Nanovea liefert präzise Verschleißvolumenmessungen und fungiert als Werkzeug zur Analyse der detaillierten Morphologie der Verschleißspuren, was zusätzliche Einblicke in das grundlegende Verständnis der Verschleißmechanismen liefert.
Vorbereitet von
Duanjie Li, PhD, Jonathan Thomas und Pierre Leroux
Zahnärztliche Werkzeuge: Analyse der Dimensionen und der Oberflächenrauhigkeit
EINFÜHRUNG
Präzise Abmessungen und optimale Oberflächenrauheit sind für die Funktionalität von Dentalschrauben von entscheidender Bedeutung. Viele Abmessungen von Dentalschrauben erfordern eine hohe Präzision wie Radien, Winkel, Abstände und Stufenhöhen. Das Verständnis der lokalen Oberflächenrauheit ist auch für jedes medizinische Werkzeug oder Teil, das in den menschlichen Körper eingeführt wird, äußerst wichtig, um die Gleitreibung zu minimieren.
BERÜHRUNGSLOSE PROFILOMETRIE ZUR DIMENSIONALSTUDIE
Nanovea Berührungslose 3D-Profiler Verwenden Sie eine auf chromatischem Licht basierende Technologie, um jede Materialoberfläche zu messen: transparent, undurchsichtig, spiegelnd, diffus, poliert oder rau. Im Gegensatz zu einer Touch-Probe-Technik kann die berührungslose Technik innerhalb enger Bereiche messen und verursacht keine intrinsischen Fehler aufgrund von Verformungen, die durch das Drücken der Spitze auf ein weicheres Kunststoffmaterial verursacht werden. Die auf chromatischem Licht basierende Technologie bietet im Vergleich zur Fokusvariationstechnologie auch überlegene Seiten- und Höhengenauigkeiten. Nanovea Profiler können große Flächen ohne Nähte direkt scannen und die Länge eines Teils in wenigen Sekunden profilieren. Aufgrund der Fähigkeit des Profilers, Oberflächen zu messen, ohne dass komplexe Algorithmen die Ergebnisse manipulieren, können Oberflächenmerkmale im Nano- bis Makrobereich und große Oberflächenwinkel gemessen werden.
MESSZIEL
In dieser Anwendung wurde der optische Profiler ST400 von Nanovea verwendet, um eine Zahnschraube entlang von Flach- und Gewindemerkmalen in einer einzigen Messung zu messen. Aus der flachen Fläche wurde die Oberflächenrauheit berechnet und verschiedene Abmessungen der Gewindemerkmale bestimmt.
Probe einer Zahnschraube, analysiert von NANOVEA Optischer Profiler.
Zahnschraubenprobe analysiert.
ERGEBNISSE
3D-Oberfläche
Die 3D-Ansicht und die Falschfarbenansicht der Zahnschraube zeigen einen flachen Bereich mit auf beiden Seiten beginnendem Gewinde. Es bietet Benutzern ein einfaches Werkzeug, um die Morphologie der Schraube aus verschiedenen Winkeln direkt zu beobachten. Der flache Bereich wurde aus dem vollständigen Scan extrahiert, um seine Oberflächenrauheit zu messen.
2D-Oberflächenanalyse
Außerdem können Linienprofile aus der Oberfläche extrahiert werden, um eine Querschnittsansicht der Schraube zu zeigen. Die Konturanalyse und Stufenhöhenstudien wurden verwendet, um genaue Abmessungen an einer bestimmten Stelle der Schraube zu messen.
SCHLUSSFOLGERUNG
In dieser Anwendung haben wir die Fähigkeit des Nanovea 3D Non-Contact Profiler demonstriert, die lokale Oberflächenrauheit präzise zu berechnen und großdimensionale Merkmale in einem einzigen Scan zu messen.
Die Daten zeigen eine lokale Oberflächenrauheit von 0,9637 μm. Der Radius der Schraube zwischen den Gewindegängen betrug 1,729 mm und die Gewindegänge hatten eine durchschnittliche Höhe von 0,413 mm. Der durchschnittliche Winkel zwischen den Gewindegängen wurde mit 61,3° ermittelt.
Die hier gezeigten Daten stellen nur einen Teil der in der Analysesoftware verfügbaren Berechnungen dar.
Vorbereitet von
Duanjie Li, PhD., Jonathan Thomas und Pierre Leroux
Keramiken: Nanoindentation - Schnelles Mapping zur Kornerkennung
EINFÜHRUNG
Nanoindentation hat sich zu einer weit verbreiteten Technik zur Messung des mechanischen Verhaltens von Materialien in kleinen Maßstäben entwickelti ii. Die hochauflösenden Last-Verschiebungs-Kurven einer Nanoindentationsmessung können eine Vielzahl physikalisch-mechanischer Eigenschaften liefern, darunter Härte, Elastizitätsmodul, Kriechen, Bruchzähigkeit und viele andere.
Bedeutung der schnellen Mapping-Einrückung
Ein wesentlicher Engpass für die weitere Popularisierung der Nanoindentationstechnik ist der Zeitaufwand. Eine Kartierung mechanischer Eigenschaften durch herkömmliche Nanoindentationsverfahren kann leicht Stunden dauern, was die Anwendung der Technik in Massenproduktionsindustrien wie Halbleiter, Luft- und Raumfahrt, MEMS, Konsumgüter wie Keramikfliesen und vielen anderen behindert.
Eine schnelle Kartierung kann sich in der Industrie zur Herstellung von Keramikfliesen als unerlässlich erweisen. Die Kartierung von Härte und Elastizitätsmodul über eine einzelne Keramikfliese hinweg kann eine Datenverteilung darstellen, die anzeigt, wie homogen die Oberfläche ist. Weichere Bereiche auf einer Kachel können in dieser Kartierung umrissen werden und Orte zeigen, die anfälliger für Ausfälle durch physische Einwirkungen sind, die täglich in der Wohnung einer Person auftreten. Für Vergleichsstudien können Zuordnungen für verschiedene Fliesentypen und für eine Charge ähnlicher Fliesen zur Messung der Fliesenkonsistenz in Qualitätskontrollprozessen erstellt werden. Die Kombination von Messaufbauten kann mit der schnellen Mapping-Methode sowohl umfangreich als auch genau und effizient sein.
MESSZIEL
In dieser Studie wird die Nanovea Mechanischer Tester, im FastMap-Modus wird verwendet, um die mechanischen Eigenschaften einer Bodenfliese bei hohen Geschwindigkeiten abzubilden. Wir demonstrieren die Leistungsfähigkeit des Nanovea Mechanical Tester bei der Durchführung von zwei schnellen Nanoindentations-Mappings mit hoher Präzision und Reproduzierbarkeit.
Testbedingungen
Der Nanovea Mechanical Tester wurde verwendet, um eine Reihe von Nanoindentationen im FastMap-Modus auf einer Bodenfliese mit einem Berkovich-Eindringkörper durchzuführen. Nachfolgend sind die Testparameter für die beiden erstellten Eindruckmatrizen zusammengefasst.
Tabelle 1: Zusammenfassung der Testparameter.
ERGEBNISSE & DISKUSSION
Abbildung 1: 2D- und 3D-Ansicht der 625-Eindruck-Härtekartierung.
Abbildung 2: Mikroaufnahme einer Matrix mit 625 Vertiefungen, die die Körnung zeigt.
Eine 625-Indent-Matrix wurde auf einem 0,20-mm-Gerät durchgeführt2 Bereich mit einer großen sichtbaren Körnung vorhanden. Diese Körnung (Abbildung 2) hatte eine durchschnittliche Härte, die geringer war als die Gesamtoberfläche der Fliese. Mit der Nanovea Mechanical-Software kann der Benutzer die Härteverteilungskarte im 2D- und 3D-Modus anzeigen, die in Abbildung 1 dargestellt ist. Mithilfe der hochpräzisen Positionssteuerung des Probentisches ermöglicht die Software dem Benutzer, Bereiche wie diese in der Tiefe anzuvisieren Kartierung mechanischer Eigenschaften.
Abbildung 3: 2D- und 3D-Ansicht der 1600-Eindruck-Härtekartierung.
Abbildung 4: Mikroskopaufnahme einer 1600-Einrückungsmatrix.
Auf derselben Fliese wurde auch eine 1600-Indent-Matrix erstellt, um die Homogenität der Oberfläche zu messen. Auch hier hat der Benutzer die Möglichkeit, die Härteverteilung im 3D- oder 2D-Modus (Abbildung 3) sowie das Mikroskopbild der vertieften Oberfläche zu sehen. Basierend auf der dargestellten Härteverteilung kann aufgrund der gleichmäßigen Streuung der Datenpunkte mit hoher und niedriger Härte geschlossen werden, dass das Material porös ist.
Im Vergleich zu herkömmlichen Nanoindentationsverfahren ist der FastMap-Modus in dieser Studie wesentlich weniger zeitaufwändig und kostengünstiger. Es ermöglicht eine schnelle quantitative Kartierung mechanischer Eigenschaften, einschließlich Härte und Elastizitätsmodul, und bietet eine Lösung zur Kornerkennung und Materialkonsistenz, die für die Qualitätskontrolle einer Vielzahl von Materialien in der Massenproduktion von entscheidender Bedeutung ist.
SCHLUSSFOLGERUNG
In dieser Studie haben wir die Leistungsfähigkeit des Nanovea Mechanical Tester bei der Durchführung einer schnellen und präzisen Nanoindentationskartierung im FastMap-Modus demonstriert. Die Karten der mechanischen Eigenschaften auf der Keramikfliese nutzen die Positionskontrolle (mit einer Genauigkeit von 0,2 µm) der Tische und die Empfindlichkeit des Kraftmoduls, um Oberflächenkörner zu erkennen und die Homogenität einer Oberfläche mit hoher Geschwindigkeit zu messen.
Die in dieser Studie verwendeten Testparameter wurden anhand der Größe der Matrix und des Probenmaterials bestimmt. Es können verschiedene Testparameter ausgewählt werden, um die gesamte Eindringzykluszeit auf 3 Sekunden pro Eindringung (oder 30 Sekunden für alle 10 Eindringungen) zu optimieren.
Die Nano- und Mikromodule des Nanovea Mechanical Tester umfassen alle ISO- und ASTM-konforme Eindring-, Kratz- und Verschleißtestmodi und bieten so das umfassendste und benutzerfreundlichste Testspektrum, das in einem einzigen System verfügbar ist. Das unübertroffene Sortiment von Nanovea ist eine ideale Lösung zur Bestimmung des gesamten Spektrums mechanischer Eigenschaften von dünnen oder dicken, weichen oder harten Beschichtungen, Filmen und Substraten, einschließlich Härte, Elastizitätsmodul, Bruchzähigkeit, Haftung, Verschleißfestigkeit und vielen anderen.
Darüber hinaus sind ein optionaler berührungsloser 3D-Profiler und ein AFM-Modul für die hochauflösende 3D-Bildgebung von Eindrücken, Kratzern und Verschleißspuren zusätzlich zu anderen Oberflächenmessungen wie Rauheit erhältlich.
Autor: Duanjie Li, PhD Überarbeitet von Pierre Leroux und Jocelyn Esparza
Verbesserung der Bergbauverfahren mit Microindendation
MIKROINDENTATIONSFORSCHUNG UND QUALITÄTSKONTROLLE
Die Gesteinsmechanik befasst sich mit dem mechanischen Verhalten von Gesteinsmassen und wird im Bergbau, bei Bohrungen, bei der Förderung von Lagerstätten und im Bauwesen eingesetzt. Hochentwickelte Instrumente zur präzisen Messung der mechanischen Eigenschaften ermöglichen die Verbesserung von Bauteilen und Verfahren in diesen Branchen. Erfolgreiche Qualitätskontrollverfahren werden durch das Verständnis der Gesteinsmechanik auf der Mikroebene gewährleistet.
Mikroindentation ist ein wichtiges Instrument für felsmechanische Studien. Diese Techniken verbessern die Ausgrabungstechniken, indem sie ein besseres Verständnis der Gesteinseigenschaften ermöglichen. Die Mikroindentation wird zur Verbesserung von Bohrköpfen eingesetzt, die die Abbauverfahren verbessern. Die Mikroindentation wurde zur Untersuchung der Kreide- und Pulverbildung von Mineralien eingesetzt. Mikroindentationsstudien können Härte, Elastizitätsmodul, Kriechverhalten, Spannungs-Dehnungs-Verhalten, Bruchzähigkeit und Druck mit einem einzigen Instrument untersuchen.
MESSZIEL
In dieser Anwendung ist Nanovea mechanischer Prüfer Misst die Vickers-Härte (Hv), den Elastizitätsmodul und die Bruchzähigkeit einer Mineralgesteinsprobe. Das Gestein besteht aus Biotit, Feldspat und Quarz, die den Standard-Granitverbund bilden. Jeder wird separat getestet.
ERGEBNISSE UND DISKUSSION
Dieser Abschnitt enthält eine zusammenfassende Tabelle, in der die wichtigsten numerischen Ergebnisse für die verschiedenen Proben verglichen werden, gefolgt von der Auflistung der vollständigen Ergebnisse, einschließlich der einzelnen durchgeführten Eindrücke, begleitet von mikroskopischen Aufnahmen der Eindrücke, sofern verfügbar. Diese vollständigen Ergebnisse enthalten die gemessenen Werte der Härte und des Elastizitätsmoduls sowie die Eindringtiefe (Δd) mit ihren Mittelwerten und Standardabweichungen. Es ist zu beachten, dass die Ergebnisse stark schwanken können, wenn die Oberflächenrauheit im gleichen Größenbereich liegt wie der Eindruck.
Zusammenfassende Tabelle der wichtigsten numerischen Ergebnisse für Härte und Bruchzähigkeit
SCHLUSSFOLGERUNG
Der Nanovea-Mechanik-Tester demonstriert Reproduzierbarkeit und präzise Eindrückergebnisse auf der harten Oberfläche von Mineralgestein. Die Härte und der Elastizitätsmodul der einzelnen Materialien, aus denen der Granit besteht, wurden direkt aus den Kurven zwischen Tiefe und Belastung gemessen. Die raue Oberfläche bedeutete, dass die Prüfungen mit höheren Lasten durchgeführt wurden, was zu Mikrorissen geführt haben könnte. Mikrorisse würden einige der bei den Messungen festgestellten Schwankungen erklären. Aufgrund der rauen Oberfläche der Probe waren Risse bei einer normalen mikroskopischen Betrachtung nicht erkennbar. Daher ist es nicht möglich, herkömmliche Bruchzähigkeitswerte zu berechnen, die eine Messung der Risslänge erfordern. Stattdessen nutzten wir das System, um die Entstehung von Rissen anhand der Versetzungen in den Kurven der Tiefe gegenüber der Belastung bei steigender Belastung zu erkennen.
Bruchschwellenbelastungen wurden bei Belastungen angegeben, bei denen Versagen auftrat. Im Gegensatz zu herkömmlichen Bruchzähigkeitsprüfungen, bei denen lediglich die Risslänge gemessen wird, wird eine Last ermittelt, bei der der Schwellenbruch beginnt. Außerdem ermöglicht die kontrollierte und genau überwachte Umgebung die Messung der Härte als quantitativen Wert für den Vergleich einer Vielzahl von Proben zu verwenden.
