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Kategorie: Kratzprüfung | Kratzhärte

 

Kratzhärte bei hohen Temperaturen mit einem Tribometer

HOHE TEMPERATUR-RITZHÄRTE

MIT EINEM TRIBOMETER

Vorbereitet von

DUANJIE, PhD

EINFÜHRUNG

Die Härte misst die Widerstandsfähigkeit von Materialien gegen dauerhafte oder plastische Verformung. Ursprünglich von dem deutschen Mineralogen Friedrich Mohs im Jahr 1820 entwickelt, bestimmt die Ritzhärteprüfung die Härte eines Materials gegenüber Kratzern und Abrieb durch Reibung mit einem scharfen Gegenstand1. Die Mohs'sche Skala ist ein Vergleichsindex und keine lineare Skala. Daher wurde eine genauere und qualitative Messung der Ritzhärte entwickelt, die in der ASTM-Norm G171-03 beschrieben ist.2. Es misst die durchschnittliche Breite des von einem Diamantstift erzeugten Kratzers und berechnet die Ritzhärtezahl (HSP).

BEDEUTUNG DER MESSUNG DER RITZHÄRTE BEI HOHEN TEMPERATUREN

Die Auswahl der Werkstoffe richtet sich nach den Einsatzanforderungen. Bei Anwendungen, die mit erheblichen Temperaturschwankungen und thermischen Gradienten verbunden sind, ist es von entscheidender Bedeutung, die mechanischen Eigenschaften von Materialien bei hohen Temperaturen zu untersuchen, um die mechanischen Grenzen genau zu kennen. Werkstoffe, insbesondere Polymere, werden bei hohen Temperaturen normalerweise weicher. Viele mechanische Ausfälle werden durch Kriechverformung und thermische Ermüdung verursacht, die nur bei hohen Temperaturen auftreten. Daher ist ein zuverlässiges Verfahren zur Messung der Härte bei hohen Temperaturen erforderlich, um die richtige Auswahl der Materialien für Hochtemperaturanwendungen zu gewährleisten.

MESSZIEL

In dieser Studie misst das NANOVEA T50 Tribometer die Kratzhärte einer Teflonprobe bei verschiedenen Temperaturen von Raumtemperatur bis 300 °C. Die Fähigkeit zur Durchführung von Kratzhärtemessungen bei hohen Temperaturen zeichnet das NANOVEA aus Tribometer ein vielseitiges System zur tribologischen und mechanischen Bewertung von Materialien für Hochtemperaturanwendungen.

NANOVEA

T50

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TESTBEDINGUNGEN

Mit dem NANOVEA T50 Free Weight Standard Tribometer wurden die Ritzhärtetests an einer Teflonprobe bei Temperaturen zwischen Raumtemperatur (RT) und 300°C durchgeführt. Teflon hat einen Schmelzpunkt von 326,8°C. Es wurde ein konischer Diamantstift mit einem Scheitelwinkel von 120° und einem Spitzenradius von 200 µm verwendet. Die Teflonprobe wurde auf dem rotierenden Probentisch mit einem Abstand von 10 mm zur Tischmitte fixiert. Die Probe wurde in einem Ofen aufgeheizt und bei Temperaturen von RT, 50°C, 100°C, 150°C, 200°C, 250°C und 300°C geprüft.

PRÜFPARAMETER

der Hochtemperatur-Ritzhärtemessung

NORMALE KRAFT 2 N
GLEITGESCHWINDIGKEIT 1 mm/s
GLEITSTRECKE 8 mm pro Temperatur
ATMOSPHÄRE Luft
TEMPERATUR RT, 50°C, 100°C, 150°C, 200°C, 250°C, 300°C.

ERGEBNISSE & DISKUSSION

Die Kratzspurprofile der Teflonprobe bei verschiedenen Temperaturen sind in ABBILDUNG 1 dargestellt, um die Kratzhärte bei verschiedenen erhöhten Temperaturen zu vergleichen. Die Materialanhäufung an den Ritzspurkanten bildet sich, wenn der Stift mit einer konstanten Last von 2 N in die Teflonprobe eindringt und das Material in der Ritzspur zur Seite drückt und verformt.

Die Kratzspuren wurden unter dem Lichtmikroskop untersucht, wie in ABBILDUNG 2 dargestellt. Die gemessenen Kratzspurbreiten und berechneten Ritzhärtezahlen (HSP) sind in ABBILDUNG 3 zusammengefasst und verglichen. Die mit dem Mikroskop gemessene Kratzspurbreite stimmt mit der mit dem NANOVEA Profiler gemessenen überein - die Teflonprobe weist bei höheren Temperaturen eine größere Kratzspurbreite auf. Die Kratzspurbreite steigt von 281 auf 539 µm, wenn die Temperatur von RT auf 300oC ansteigt, was zu einem Rückgang des HSP von 65 auf 18 MPa führt.

Die Ritzhärte bei erhöhten Temperaturen kann mit dem NANOVEA T50 Tribometer mit hoher Präzision und Wiederholbarkeit gemessen werden. Es bietet eine alternative Lösung zu anderen Härtemessungen und macht die NANOVEA Tribometer zu einem kompletten System für umfassende tribomechanische Hochtemperaturauswertungen.

ABBILDUNG 1: Kratzspurprofile nach den Ritzhärtetests bei verschiedenen Temperaturen.

ABBILDUNG 2: Kratzspuren unter dem Mikroskop nach den Messungen bei verschiedenen Temperaturen.

ABBILDUNG 3: Entwicklung der Kratzspurbreite und der Kratzhärte in Abhängigkeit von der Temperatur.

SCHLUSSFOLGERUNG

In dieser Studie zeigen wir, wie das NANOVEA Tribometer die Ritzhärte bei erhöhten Temperaturen in Übereinstimmung mit der ASTM G171-03 misst. Die Prüfung der Ritzhärte bei konstanter Belastung bietet eine einfache Lösung für den Vergleich der Härte von Materialien mit dem Tribometer. Die Möglichkeit, Ritzhärtemessungen bei erhöhten Temperaturen durchzuführen, macht das NANOVEA Tribometer zu einem idealen Werkzeug für die Bewertung der tribomechanischen Eigenschaften von Materialien bei hohen Temperaturen.

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. Ein optionaler berührungsloser 3D-Profiler ist für hohe

1 Wredenberg, Fredrik; PL Larsson (2009). "Kratzprüfung von Metallen und Polymeren: Experiments and numerics". Wear 266 (1-2): 76
2 ASTM G171-03 (2009), "Standard Test Method for Scratch Hardness of Materials Using a Diamond Stylus".

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Messung der Kratzhärte mit einem mechanischen Prüfgerät

MESSUNG DER RITZHÄRTE

MIT EINEM MECHANISCHEN PRÜFGERÄT

Vorbereitet von

DUANJIE LI, PhD

EINFÜHRUNG

Im Allgemeinen wird mit Härteprüfungen die Widerstandsfähigkeit von Werkstoffen gegen dauerhafte oder plastische Verformung gemessen. Es gibt drei Arten von Härtemessungen: Ritzhärte, Eindrückhärte und Rückprallhärte. Die Ritzhärteprüfung misst die Widerstandsfähigkeit eines Materials gegen Kratzer und Abrieb durch Reibung mit einem scharfen Gegenstand1. Sie wurde ursprünglich von dem deutschen Mineralogen Friedrich Mohs im Jahr 1820 entwickelt und wird immer noch häufig zur Bewertung der physikalischen Eigenschaften von Mineralien verwendet2. Diese Prüfmethode ist auch auf Metalle, Keramiken, Polymere und beschichtete Oberflächen anwendbar.

Bei einer Ritzhärtemessung kratzt ein Diamantstift mit vorgegebener Geometrie unter einer konstanten Normalkraft und mit konstanter Geschwindigkeit entlang einer linearen Bahn in die Oberfläche eines Materials. Die durchschnittliche Breite des Kratzers wird gemessen und zur Berechnung der Ritzhärtezahl (HSP) verwendet. Diese Technik bietet eine einfache Lösung für die Skalierung der Härte verschiedener Materialien.

MESSZIEL

In dieser Studie wird das mechanische Prüfgerät NANOVEA PB1000 zur Messung der Ritzhärte verschiedener Metalle in Übereinstimmung mit ASTM G171-03 verwendet.

Gleichzeitig zeigt diese Studie die Leistungsfähigkeit des NANOVEA Mechanischer Tester bei der Durchführung von Ritzhärtemessungen mit hoher Präzision und Reproduzierbarkeit.

NANOVEA

PB1000

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Nanoindenter und Kratzprüfgerät Nanovea PB1000

TESTBEDINGUNGEN

Mit dem mechanischen Prüfgerät NANOVEA PB1000 wurden Ritzhärtetests an drei polierten Metallen (Cu110, Al6061 und SS304) durchgeführt. Es wurde eine konische Diamantnadel mit einem Spitzenwinkel von 120° und einem Spitzenradius von 200 µm verwendet. Jede Probe wurde dreimal mit denselben Prüfparametern geritzt, um die Reproduzierbarkeit der Ergebnisse zu gewährleisten. Die Prüfparameter sind im Folgenden zusammengefasst. Ein Profilscan bei einer niedrigen Normallast von 10 mN wurde vor und nach der Prüfung durchgeführt. Kratzertest um die Veränderung des Oberflächenprofils des Kratzers zu messen.

PRÜFPARAMETER

NORMALE KRAFT

10 N

TEMPERATUR

24°C (RT)

GLEITGESCHWINDIGKEIT

20 mm/min

GLEITSTRECKE

10 mm

ATMOSPHÄRE

Luft

ERGEBNISSE & DISKUSSION

Die Bilder der Kratzspuren von drei Metallen (Cu110, Al6061 und SS304) nach den Tests sind in ABBILDUNG 1 dargestellt, um die Kratzhärte der verschiedenen Materialien zu vergleichen. Die Mapping-Funktion der NANOVEA Mechanical Software wurde verwendet, um drei parallele Kratzspuren zu erzeugen, die unter den gleichen Bedingungen in einem automatisierten Protokoll getestet wurden. Die gemessene Ritzspurbreite und die berechnete Ritzhärtezahl (HSP) sind in TABELLE 1 zusammengefasst und verglichen. Die Metalle zeigen unterschiedliche Verschleißspurbreiten von 174, 220 und 89 µm für Al6061, Cu110 bzw. SS304, was zu einer berechneten HSP von 0,84, 0,52 und 3,2 GPa führt.

Zusätzlich zu der aus der Ritzspurbreite berechneten Ritzhärte wurden die Entwicklung des Reibungskoeffizienten (COF), der wahren Tiefe und der Schallemission während des Ritzhärtetests in situ aufgezeichnet. Die wahre Tiefe ist die Differenz zwischen der Eindringtiefe des Stiftes während des Kratztests und dem im Pre-Scan gemessenen Oberflächenprofil. Die COF, die wahre Tiefe und die Schallemission von Cu110 sind in ABBILDUNG 2 als Beispiel dargestellt. Diese Informationen geben Aufschluss über mechanische Fehler, die während des Kratzens auftreten, und ermöglichen es dem Benutzer, mechanische Defekte zu erkennen und das Kratzverhalten des geprüften Materials weiter zu untersuchen.

Die Ritzhärteprüfungen können innerhalb weniger Minuten mit hoher Präzision und Wiederholbarkeit durchgeführt werden. Im Vergleich zu herkömmlichen Eindringverfahren bietet die Ritzhärteprüfung in dieser Studie eine alternative Lösung für Härtemessungen, die für die Qualitätskontrolle und die Entwicklung neuer Werkstoffe nützlich ist.

Al6061

Cu110

SS304

ABBILDUNG 1: Mikroskopische Aufnahme der Kratzspuren nach dem Test (100-fache Vergrößerung).

 Breite der Kratzspur (μm)HSp (GPa)
Al6061174±110.84
Cu110220±10.52
SS30489±53.20

TABELLE 1: Zusammenfassung der Kratzspurbreite und der Kratzhärtezahl.

ABBILDUNG 2: Die Entwicklung des Reibungskoeffizienten, der wahren Tiefe und der akustischen Emissionen während des Ritzhärtetests an Cu110.

SCHLUSSFOLGERUNG

In dieser Studie haben wir die Leistungsfähigkeit des NANOVEA Mechanical Testers bei der Durchführung von Ritzhärtetests gemäß ASTM G171-03 unter Beweis gestellt. Neben der Beschichtungshaftung und der Kratzfestigkeit bietet der Kratztest bei konstanter Belastung eine alternative einfache Lösung für den Vergleich der Härte von Materialien. Im Gegensatz zu herkömmlichen Ritzhärteprüfgeräten bieten die NANOVEA Mechanical Tester optionale Module zur Überwachung der Entwicklung des Reibungskoeffizienten, der Schallemission und der wahren Tiefe in situ.

Die Nano- und Mikromodule eines NANOVEA-Mechanikprüfgeräts umfassen ISO- und ASTM-konforme Eindring-, Kratz- und Verschleißprüfungsmodi und bieten das breiteste und benutzerfreundlichste Prüfspektrum in einem einzigen System. Das unübertroffene Angebot von NANOVEA ist eine ideale Lösung für die Bestimmung der gesamten Bandbreite mechanischer Eigenschaften von dünnen oder dicken, weichen oder harten Beschichtungen, Filmen und Substraten, einschließlich Härte, E-Modul, Bruchzähigkeit, Haftung, Verschleißfestigkeit und vielen anderen.

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Ein BESSERER Blick auf Polycarbonatlinsen

Ein BESSERER Blick auf Polycarbonatlinsen Mehr erfahren
 
Polycarbonatlinsen werden in vielen optischen Anwendungen eingesetzt. Ihre hohe Stoßfestigkeit, ihr geringes Gewicht und die günstigen Kosten für die Großserienproduktion machen sie für verschiedene Anwendungen praktischer als herkömmliches Glas [1]. Einige dieser Anwendungen erfordern Sicherheits- (z. B. Schutzbrillen), Komplexitäts- (z. B. Fresnel-Linse) oder Haltbarkeitskriterien (z. B. Ampel-Linse), die ohne den Einsatz von Kunststoffen nur schwer zu erfüllen sind. Kunststofflinsen zeichnen sich dadurch aus, dass sie viele Anforderungen kostengünstig erfüllen können und gleichzeitig ausreichende optische Eigenschaften aufweisen. Polycarbonatgläser haben aber auch ihre Grenzen. Die größte Sorge der Verbraucher ist, dass sie leicht zerkratzt werden können. Um dies zu kompensieren, kann eine zusätzliche Beschichtung gegen Kratzer aufgebracht werden. Nanovea wirft einen Blick auf einige wichtige Eigenschaften von Kunststoffgläsern, indem wir unsere drei Messinstrumente einsetzen: Profilometer, Tribometerund Mechanischer Tester.   Klicken Sie, um mehr zu lesen!
Hochtemperatur-Tribologie

Kratzhärte bei hohen Temperaturen mit Tribometer

Die Auswahl der Werkstoffe richtet sich nach den Einsatzanforderungen. Bei Anwendungen, die mit erheblichen Temperaturschwankungen und thermischen Gradienten verbunden sind, ist es von entscheidender Bedeutung, die mechanischen Eigenschaften von Materialien bei hohen Temperaturen zu untersuchen, um die mechanischen Grenzen genau zu kennen. Werkstoffe, insbesondere Polymere, werden bei hohen Temperaturen normalerweise weicher. Viele mechanische Ausfälle werden durch Kriechverformung und thermische Ermüdung verursacht, die nur bei hohen Temperaturen auftreten. Daher ist ein zuverlässiges Verfahren zur Messung der Ritzhärte bei hohen Temperaturen erforderlich, um die richtige Auswahl der Materialien für Hochtemperaturanwendungen zu gewährleisten.

Kratzhärte bei hohen Temperaturen mit Tribometer

 

Ritzhärtemessung mit Tribometer

In dieser Studie wird die Nanovea Tribometer wird verwendet, um die Ritzhärte verschiedener Metalle zu messen. Die
Die Fähigkeit, die Ritzhärte mit hoher Präzision und Reproduzierbarkeit zu messen, macht
Nanovea Tribometer ein komplettes System für tribologische und mechanische Bewertungen.

Ritzhärtemessung mit Tribometer

Mechanische und tribologische Eigenschaften von Kohlenstofffasern

In Kombination mit dem Verschleißtest von Tribometer und Oberflächenanalyse mit dem optischen 3D-Profilometer, wir
die Vielseitigkeit und Genauigkeit der Nanovea-Geräte bei der Prüfung von Verbundwerkstoffen zu demonstrieren
mit gerichteten mechanischen Eigenschaften.

Mechanische und tribologische Eigenschaften von Kohlenstofffasern

Mikrokratzer-Tiefenmessung mit 3D-Profilometrie

In dieser Anwendung wird das Nanovea ST400 Profilometer wird verwendet für Tiefenmessung einer Reihe von Mikrokratzern, die mit Nanovea erzeugt wurden Mechanischer Tester im Scratch-Modus. In Sekundenschnelle liefert das Profilometer mit einem einzigen Liniendurchlauf im 2D-Modus Flächen- und Tiefenmessungen.

Tiefenmessung von Mikrokratzern mit 3D-Profilometrie

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