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Messung der Spannungsrelaxation mittels Nanoindentation
EINFÜHRUNG
Viskoelastische Materialien sind dadurch gekennzeichnet, dass sie sowohl viskose als auch elastische Materialeigenschaften aufweisen. Diese Materialien unterliegen einem zeitabhängigen Spannungsabbau (Spannungsrelaxation") unter konstanter Belastung, was zu einem erheblichen Verlust der anfänglichen Kontaktkraft führt. Die Spannungsrelaxation ist abhängig von der Art des Materials, der Textur, der Temperatur, der Anfangsspannung und der Zeit. Das Verständnis der Spannungsrelaxation ist entscheidend für die Auswahl optimaler Materialien, die die für bestimmte Anwendungen erforderliche Festigkeit und Flexibilität (Relaxation) aufweisen.
Bedeutung der Entspannungsmessung
Gemäß ASTM E328i, „Standard Test Methods for Stress Relaxation for Materials and Structures“, wird zunächst mit einem Eindringkörper eine äußere Kraft auf ein Material oder eine Struktur ausgeübt, bis eine vorgegebene Maximalkraft erreicht ist. Sobald die maximale Kraft erreicht ist, wird die Position des Eindringkörpers in dieser Tiefe konstant gehalten. Dann wird die Änderung der äußeren Kraft, die erforderlich ist, um die Position des Eindringkörpers beizubehalten, als Funktion der Zeit gemessen. Die Schwierigkeit bei Spannungsrelaxationstests besteht darin, die Tiefe konstant zu halten. Der mechanische Tester von Nanovea Nanoindentation Das Modul misst die Spannungsrelaxation genau, indem es eine geschlossene (Feedback-)Regelung der Tiefe mit einem piezoelektrischen Aktuator anwendet. Der Aktuator reagiert in Echtzeit, um die Tiefe konstant zu halten, während die Laständerung von einem hochempfindlichen Lastsensor gemessen und aufgezeichnet wird. Dieser Test kann an praktisch allen Arten von Materialien durchgeführt werden, ohne dass strenge Anforderungen an die Probenabmessungen erforderlich sind. Darüber hinaus können mehrere Tests an einer einzelnen flachen Probe durchgeführt werden, um die Wiederholbarkeit der Tests sicherzustellen
MESSZIEL
In dieser Anwendung misst das Nanoindentationsmodul des Nanovea Mechanical Tester das Spannungsrelaxationsverhalten einer Acryl- und Kupferprobe. Wir zeigen, dass der Nanovea Mechanischer Tester ist ein ideales Werkzeug zur Bewertung des zeitabhängigen viskoelastischen Verhaltens von Polymer- und Metallmaterialien.
TESTBEDINGUNGEN
Die Spannungsrelaxation einer Acryl- und einer Kupferprobe wurde mit dem Nanoindentationsmodul des Nanovea Mechanical Testers gemessen. Es wurden verschiedene Belastungsraten zwischen 1 und 10 µm/min angewandt. Die Relaxation wurde bei einer festen Tiefe gemessen, sobald die angestrebte maximale Belastung erreicht war. Bei einer festen Tiefe wurde eine Haltezeit von 100 Sekunden eingeführt, und die Veränderung der Belastung wurde nach Ablauf der Haltezeit aufgezeichnet. Alle Tests wurden bei Umgebungsbedingungen (Raumtemperatur von 23 °C) durchgeführt, und die Parameter der Eindringtests sind in Tabelle 1 zusammengefasst.
ERGEBNISSE UND DISKUSSION
Abbildung 2 zeigt die Entwicklung von Verschiebung und Belastung als Funktion der Zeit während der Spannungsrelaxationsmessung einer Acrylprobe und einer Belastungsrate von 3 µm/min als Beispiel. Die Gesamtheit dieses Tests kann in drei Phasen unterteilt werden: Belastung, Relaxation und Entlastung. Während der Belastungsphase nahm die Tiefe linear zu, während die Last schrittweise erhöht wurde. Die Entspannungsphase wurde eingeleitet, sobald die maximale Belastung erreicht war. Während dieser Phase wurde eine konstante Tiefe für 100 Sekunden beibehalten, indem die geschlossene Rückkopplungsschleife der Tiefenkontrolle des Geräts verwendet wurde. Der gesamte Test wurde mit einer Entlastungsphase abgeschlossen, um den Eindringkörper von der Acrylprobe zu entfernen.
Zusätzliche Eindringtests wurden mit denselben Belastungsraten durchgeführt, jedoch ohne eine Relaxationsphase (Kriechen). Bei diesen Tests wurden Kraft-Weg-Diagramme erstellt und in den Diagrammen in Abbildung 3 für die Acryl- und Kupferproben kombiniert. Als die Belastungsrate des Eindringkörpers von 10 auf 1 µm/min sank, verschob sich die Belastungs-Verschiebungskurve sowohl für Acryl als auch für Kupfer zunehmend in Richtung größerer Eindringtiefen. Eine solche zeitabhängige Zunahme der Dehnung ist auf den viskoelastischen Kriecheffekt der Materialien zurückzuführen. Eine geringere Belastungsrate gibt einem viskoelastischen Material mehr Zeit, auf die äußere Belastung zu reagieren und sich entsprechend zu verformen...
Die Entwicklung der Belastung bei einer konstanten Dehnung unter Verwendung verschiedener Belastungsgeschwindigkeiten wurde in Abbildung 4 für beide getesteten Materialien aufgezeichnet. Die Belastung nahm in den frühen Stadien der Entspannungsphase (100 Sekunden Haltezeit) der Tests mit einer höheren Rate ab und verlangsamte sich, sobald die Haltezeit ~50 Sekunden erreichte. Viskoelastische Materialien, wie Polymere und Metalle, weisen eine höhere Lastverlustrate auf, wenn sie einer höheren Eindringbelastung ausgesetzt sind. Die Lastverlustrate während der Relaxation stieg von 51,5 auf 103,2 mN für Acryl bzw. von 15,0 auf 27,4 mN für Kupfer, wenn die Eindringgeschwindigkeit von 1 auf 10 µm/min anstieg, wie in Abbildung 5.
Wie in der ASTM-Norm E328ii erwähnt, besteht das Hauptproblem bei Spannungsrelaxationstests darin, dass ein Gerät nicht in der Lage ist, eine konstante Dehnung/Tiefe aufrechtzuerhalten. Der Nanovea Mechanical Tester liefert exzellente, genaue Messungen der Spannungsrelaxation, da er eine geschlossene Rückkopplungsschleife zwischen dem schnell wirkenden piezoelektrischen Aktuator und dem unabhängigen Kondensator-Tiefensensor anwendet. Während der Entspannungsphase stellt der piezoelektrische Aktuator den Eindringkörper so ein, dass er seine konstante Tiefenbegrenzung in Echtzeit beibehält, während die Änderung der Belastung von einem unabhängigen hochpräzisen Belastungssensor gemessen und aufgezeichnet wird.
SCHLUSSFOLGERUNG
Die Spannungsrelaxation einer Acryl- und einer Kupferprobe wurde mit dem Nanoindentationsmodul des Nanovea-Mechanik-Testers bei unterschiedlichen Belastungsraten gemessen. Aufgrund des Kriecheffekts des Materials während der Belastung wird eine größere maximale Tiefe erreicht, wenn die Eindrücke bei niedrigeren Belastungsraten durchgeführt werden. Sowohl die Acryl- als auch die Kupferprobe weisen ein Spannungsrelaxationsverhalten auf, wenn die Position des Eindringkörpers bei einer angestrebten maximalen Belastung konstant gehalten wird. Größere Veränderungen des Lastverlusts während der Entspannungsphase wurden bei den Versuchen mit höheren Belastungsraten des Eindrucks beobachtet.
Der Spannungsrelaxationstest des Nanovea Mechanical Tester zeigt, dass das Gerät in der Lage ist, das zeitabhängige viskoelastische Verhalten von Polymer- und Metallmaterialien zu quantifizieren und zuverlässig zu messen. Es verfügt über ein unübertroffenes Multifunktions-Nano- und -Mikro-Modul auf einer einzigen Plattform. Module zur Feuchte- und Temperaturkontrolle können mit diesen Instrumenten kombiniert werden, um Umwelttests in einer Vielzahl von Branchen durchzuführen. Sowohl das Nano- als auch das Mikromodul verfügen über Modi für Kratz-, Härte- und Verschleißprüfungen und bieten damit das breiteste und benutzerfreundlichste Spektrum an mechanischen Prüfmöglichkeiten in einem einzigen System.
UND NUN ZU IHRER BEWERBUNG
Verständnis von Beschichtungsfehlern durch Kratztests
Einleitung:
Die Oberflächentechnik von Werkstoffen spielt eine wichtige Rolle bei einer Vielzahl von funktionellen Anwendungen, die vom dekorativen Aussehen bis zum Schutz der Substrate vor Verschleiß, Korrosion und anderen Angriffen reichen. Ein wichtiger und übergeordneter Faktor, der die Qualität und Lebensdauer der Beschichtungen bestimmt, ist ihre Kohäsions- und Haftfestigkeit.
Hochgeschwindigkeits-Scannen mit berührungsloser Profilometrie
Einleitung:
Schnell und einfach einzurichtende Oberflächenmessungen sparen Zeit und Aufwand und sind für die Qualitätskontrolle, Forschung und Entwicklung sowie Produktionsanlagen unerlässlich. Der Nanovea Berührungsloses Profilometer ist in der Lage, sowohl 3D- als auch 2D-Oberflächenscans durchzuführen, um Merkmale im Nano- bis Makromaßstab auf jeder Oberfläche zu messen und bietet so eine breite Einsatzmöglichkeit.
Kontinuierliche Stribeck-Kurvenmessung mit Pin-on-Disk Tribometer
Einleitung:
Bei der Schmierung zur Verringerung des Verschleißes bzw. der Reibung von sich bewegenden Oberflächen kann der Schmierkontakt an der Grenzfläche zwischen verschiedenen Zuständen wie Grenz-, Misch- und hydrodynamischer Schmierung wechseln. Die Dicke des Flüssigkeitsfilms spielt bei diesem Prozess eine wichtige Rolle und wird hauptsächlich durch die Viskosität der Flüssigkeit, die auf die Schnittstelle wirkende Last und die relative Geschwindigkeit zwischen den beiden Oberflächen bestimmt. Wie die Schmiersysteme auf Reibung reagieren, wird in einer so genannten Stribeck-Kurve [1-4] dargestellt.
In dieser Studie demonstrieren wir zum ersten Mal die Fähigkeit, eine kontinuierliche Stribeck-Kurve zu messen. Verwendung von Nanovea Tribometer Fortschrittliche stufenlose Drehzahlregelung von 15.000 bis 0,01 U/min. Innerhalb von 10 Minuten liefert die Software direkt eine vollständige Stribeck-Kurve. Die einfache Ersteinrichtung erfordert lediglich die Auswahl des Exponentialrampenmodus und die Eingabe von Anfangs- und Endgeschwindigkeiten, anstatt mehrere Tests durchzuführen oder ein schrittweises Verfahren mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten zu programmieren, was für die herkömmlichen Stribeck-Kurvenmessungen eine Datenzusammenführung erfordert. Diese Weiterentwicklung liefert präzise Daten während der gesamten Bewertung des Schmierstoffregimes und reduziert Zeit und Kosten erheblich. Der Test zeigt ein großes Potenzial für den Einsatz in verschiedenen industriellen Ingenieuranwendungen.
Oberflächenrauhigkeit und Eigenschaften einer Solarzelle
Die Bedeutung der Solarmodulprüfung
Die Maximierung der Energieabsorption einer Solarzelle ist der Schlüssel für das Überleben dieser Technologie als erneuerbare Ressource. Die verschiedenen Beschichtungs- und Glasschutzschichten ermöglichen die Absorption, Durchlässigkeit und Reflexion von Licht, die für das Funktionieren der Solarzellen erforderlich sind. Da die meisten Verbraucher-Solarzellen mit einem Wirkungsgrad von 15-18% arbeiten, ist die Optimierung ihrer Energieausbeute ein ständiger Kampf.
Studien haben gezeigt, dass die Oberflächenrauhigkeit eine entscheidende Rolle bei der Lichtreflexion spielt. Die erste Glasschicht muss so glatt wie möglich sein, um die Lichtreflexion zu vermindern, aber die nachfolgenden Schichten folgen nicht dieser Vorgabe. An den Grenzflächen zwischen den einzelnen Schichten ist ein gewisses Maß an Rauheit erforderlich, um die Möglichkeit der Lichtstreuung in den jeweiligen Verarmungszonen zu erhöhen und die Lichtabsorption innerhalb der Zelle zu steigern1. Die Optimierung der Oberflächenrauheit in diesen Bereichen ermöglicht es der Solarzelle, optimal zu funktionieren, und mit dem Nanovea HS2000 High Speed Sensor kann die Oberflächenrauheit schnell und genau gemessen werden.
Messung Zielsetzung
In dieser Studie werden wir die Möglichkeiten des Nanovea Profilometer HS2000 mit Hochgeschwindigkeitssensor durch Messung der Oberflächenrauheit und der geometrischen Merkmale einer Solarzelle. Für diese Demonstration wird eine monokristalline Solarzelle ohne Schutzglas gemessen, aber die Methodik kann auch für verschiedene andere Anwendungen verwendet werden.
Testverfahren und -abläufe
Die folgenden Testparameter wurden zur Messung der Oberfläche der Solarzelle verwendet.
Ergebnisse und Diskussion
Die folgende Abbildung zeigt die 2D-Falschfarbenansicht der Solarzelle und eine Flächenextraktion der Oberfläche mit den entsprechenden Höhenparametern. Auf beide Oberflächen wurde ein Gauß-Filter angewendet und ein aggressiverer Index verwendet, um die extrahierte Fläche zu glätten. Dadurch werden Formen (oder Welligkeiten), die größer als der Cut-off-Index sind, ausgeschlossen, so dass Merkmale zurückbleiben, die die Rauheit der Solarzelle darstellen.
Zur Messung der geometrischen Merkmale wurde ein Profil senkrecht zur Ausrichtung der Rasterlinien aufgenommen, das unten abgebildet ist. Die Breite der Gitterlinien, die Stufenhöhe und der Abstand können an jeder beliebigen Stelle der Solarzelle gemessen werden.
Schlussfolgerung
In dieser Studie konnten wir die Fähigkeit des Nanovea HS2000 Zeilensensors zur Messung der Oberflächenrauhigkeit und -merkmale einer monokristallinen Photovoltaikzelle zeigen. Mit der Möglichkeit, genaue Messungen mehrerer Proben zu automatisieren und Grenzwerte für das Bestehen und Nichtbestehen festzulegen, ist der Nanovea HS2000 Zeilensensor eine perfekte Wahl für Qualitätskontrollprüfungen.
Referenz
1 Scholtz, Lubomir. Ladanyi, Libor. Mullerova, Jarmila. "Influence of Surface Roughness on Optical Characteristics of Multilayer Solar Cells " Advances in Electrical and Electronic Engineering, vol. 12, no. 6, 2014, pp. 631-638.
UND NUN ZU IHRER BEWERBUNG
Vergleich von schmierenden Augentropfen mit dem Tribometer Nanovea T50
Bedeutung der Prüfung von Augentropfenlösungen
Augentropfen werden zur Linderung von Symptomen eingesetzt, die durch eine Reihe von Augenproblemen verursacht werden. So können sie beispielsweise zur Behandlung kleinerer Augenreizungen (z. B. Trockenheit und Rötung), zur Verzögerung des Auftretens eines Glaukoms oder zur Behandlung von Infektionen eingesetzt werden. Freiverkäufliche Augentropfen werden hauptsächlich zur Behandlung von Trockenheit eingesetzt. Ihre Wirksamkeit bei der Befeuchtung des Auges kann mit einem Reibungskoeffiziententest verglichen und gemessen werden.
Trockene Augen können durch eine Vielzahl von Faktoren verursacht werden, z. B. durch Überanstrengung der Augen am Computer oder durch Aufenthalt im Freien bei extremen Wetterbedingungen. Gute feuchtigkeitsspendende Augentropfen tragen dazu bei, die Feuchtigkeit auf der Außenfläche der Augen zu erhalten und zu ergänzen. Dadurch werden die mit trockenen Augen verbundenen Beschwerden wie Brennen, Reizung und Rötung gelindert. Durch die Messung des Reibungskoeffizienten (COF) einer Augentropfenlösung lässt sich ihre Schmierwirkung ermitteln und mit anderen Lösungen vergleichen.
Messung Zielsetzung
In dieser Studie wurde der Reibungskoeffizient (COF) von drei verschiedenen schmierenden Augentropfenlösungen mit Hilfe des Stift-auf-Scheibe-Aufbaus auf dem Nanovea T50 Tribometer gemessen.
Testverfahren und -abläufe
Ein kugelförmiger Stift aus Aluminiumoxid mit einem Durchmesser von 6 mm wurde auf einem Glasobjektträger angebracht, wobei jede Augentropfenlösung als Schmiermittel zwischen den beiden Oberflächen diente. Die für alle Experimente verwendeten Testparameter sind in Tabelle 1 zusammengefasst.
Ergebnisse und Diskussion
Die Maximal-, Minimal- und Durchschnittswerte des Reibungskoeffizienten für die drei getesteten Augentropfenlösungen sind in der folgenden Tabelle 2 aufgeführt. Die Diagramme COF gegen Umdrehungen für jede Augentropfenlösung sind in den Abbildungen 2-4 dargestellt. Der Reibungskoeffizient blieb bei jedem Test während des größten Teils der gesamten Testdauer relativ konstant. Probe A hatte den niedrigsten durchschnittlichen COF, was darauf hindeutet, dass sie die besten Schmiereigenschaften aufwies.
Schlussfolgerung
In dieser Studie zeigen wir die Fähigkeit des Nanovea T50 Tribometers, den Reibungskoeffizienten von drei Augentropfenlösungen zu messen. Anhand dieser Werte zeigen wir, dass Probe A einen niedrigeren Reibungskoeffizienten hat und daher im Vergleich zu den anderen beiden Proben eine bessere Schmierung aufweist.
Nanovea Tribometer bietet präzise und wiederholbare Verschleiß- und Reibungstests mit ISO- und ASTM-konformen Rotations- und Linearmodulen. Es bietet außerdem optionale Hochtemperatur-Verschleiß-, Schmier- und Tribokorrosionsmodule, die in einem vorintegrierten System verfügbar sind. Diese Vielseitigkeit ermöglicht es Benutzern, die reale Anwendungsumgebung besser zu simulieren und das grundlegende Verständnis des Verschleißmechanismus und der tribologischen Eigenschaften verschiedener Materialien zu verbessern.
UND NUN ZU IHRER BEWERBUNG
Multi-Scratch-Automatisierung ähnlicher Proben mit dem mechanischen Prüfgerät PB1000
Einführung :
Beschichtungen werden aufgrund ihrer funktionellen Eigenschaften in verschiedenen Industriezweigen eingesetzt. Härte, Erosionsbeständigkeit, geringe Reibung und hohe Verschleißfestigkeit sind nur einige der vielen Eigenschaften, die Beschichtungen wichtig machen. Eine gängige Methode zur Quantifizierung dieser Eigenschaften ist die Kratzprüfung, die eine wiederholbare Messung der adhäsiven und/oder kohäsiven Eigenschaften einer Beschichtung ermöglicht. Durch den Vergleich der kritischen Belastungen, bei denen ein Versagen auftritt, können die intrinsischen Eigenschaften einer Beschichtung bewertet werden.
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Vergleich der Abriebfestigkeit von Denim
Einführung
Die Form und Funktion eines Stoffes wird durch seine Qualität und Haltbarkeit bestimmt. Durch den täglichen Gebrauch von Stoffen kommt es zu Abnutzungserscheinungen, wie z. B. Knötchenbildung, Ausfransen und Verfärbung des Materials. Eine minderwertige Stoffqualität bei Kleidung führt oft zu Unzufriedenheit beim Verbraucher und schadet der Marke.
Der Versuch, die mechanischen Eigenschaften von Geweben zu quantifizieren, kann viele Herausforderungen mit sich bringen. Die Garnstruktur und sogar die Fabrik, in der es hergestellt wurde, können zu einer schlechten Reproduzierbarkeit der Testergebnisse führen. Dies erschwert den Vergleich von Testergebnissen aus verschiedenen Labors. Die Messung des Verschleißverhaltens von Stoffen ist für die Hersteller, Verteiler und Einzelhändler in der Textilproduktionskette von entscheidender Bedeutung. Eine gut kontrollierte und reproduzierbare Messung der Verschleißfestigkeit ist entscheidend für eine zuverlässige Qualitätskontrolle des Gewebes.
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Rotativer oder linearer Verschleiß & COF? (Eine umfassende Studie unter Verwendung des Nanovea Tribometers)
Unter Verschleiß versteht man den Prozess der Abtragung und Verformung von Material auf einer Oberfläche infolge der mechanischen Einwirkung der gegenüberliegenden Oberfläche. Es wird durch eine Vielzahl von Faktoren beeinflusst, darunter unidirektionales Gleiten, Rollen, Geschwindigkeit, Temperatur und viele andere. Das Studium des Verschleißes, der Tribologie, umfasst viele Disziplinen, von Physik und Chemie bis hin zu Maschinenbau und Materialwissenschaften. Die komplexe Natur des Verschleißes erfordert isolierte Studien zu spezifischen Verschleißmechanismen oder -prozessen, wie z. B. adhäsiver Verschleiß, abrasiver Verschleiß, Oberflächenermüdung, Reibverschleiß und erosiver Verschleiß. Bei „industrieller Abnutzung“ handelt es sich jedoch häufig um mehrere Verschleißmechanismen, die synergetisch wirken.
Lineare hin- und hergehende und rotative Verschleißtests (Stift auf Scheibe) sind zwei weit verbreitete ASTM-konforme Aufbauten zur Messung des Gleitverschleißverhaltens von Materialien. Da der Verschleißratenwert einer Verschleißtestmethode häufig zur Vorhersage der relativen Rangfolge von Materialkombinationen verwendet wird, ist es äußerst wichtig, die Wiederholbarkeit der mit verschiedenen Testaufbauten gemessenen Verschleißrate zu bestätigen. Dadurch können Benutzer den in der Literatur angegebenen Verschleißratenwert sorgfältig berücksichtigen, was für das Verständnis der tribologischen Eigenschaften von Materialien von entscheidender Bedeutung ist.
Nanomechanische Charakterisierung von Federkonstanten
Die Fähigkeit einer Feder, mechanische Energie zu speichern, hat eine lange Nutzungsgeschichte. Von Bögen für die Jagd bis hin zu Türschlössern - die Federtechnik gibt es schon seit vielen Jahrhunderten. Heutzutage sind wir auf Federn angewiesen, sei es bei Matratzen, Kugelschreibern oder der Federung von Autos, da sie in unserem täglichen Leben eine wichtige Rolle spielen. Bei einer so großen Vielfalt an Verwendungszwecken und Konstruktionen ist die Fähigkeit, ihre mechanischen Eigenschaften zu quantifizieren, unerlässlich.
