Kategorie: Anwendungshinweise

Fraktographie-Analyse mit 3D-Profilometrie

FRAKTOGRAPHIE-ANALYSE

3D-PROFILOMETRIE VERWENDEN

Vorbereitet von

CRAIG LEISING

EINFÜHRUNG

Unter Fraktographie versteht man die Untersuchung von Merkmalen auf gebrochenen Oberflächen und wurde in der Vergangenheit mittels Mikroskop oder REM untersucht. Abhängig von der Größe des Merkmals werden für die Oberflächenanalyse ein Mikroskop (Makromerkmale) oder ein REM (Nano- und Mikromerkmale) ausgewählt. Beides ermöglicht letztlich die Identifizierung des Frakturmechanismustyps. Obwohl das Mikroskop effektiv ist, weist es klare Einschränkungen auf, und das REM ist in den meisten Fällen, abgesehen von der Analyse auf atomarer Ebene, für die Messung von Bruchflächen unpraktisch und verfügt nicht über eine breitere Einsatzmöglichkeit. Mit Fortschritten in der optischen Messtechnik ist das NANOVEA Berührungsloses 3D-Profilometer gilt heute als das Instrument der Wahl, da es in der Lage ist, 2D- und 3D-Oberflächenmessungen im Nano- bis Makromaßstab durchzuführen

BEDEUTUNG DES BERÜHRUNGSLOSEN 3D-PROFILOMETERS FÜR DIE BRUCHPRÜFUNG

Im Gegensatz zu einem SEM kann ein berührungsloses 3D-Profilometer nahezu jede Oberfläche und Probengröße mit minimaler Probenvorbereitung messen und bietet dabei bessere vertikale/horizontale Abmessungen als ein SEM. Mit einem Profilometer werden Merkmale im Nano- bis Makrobereich in einer einzigen Messung erfasst, ohne dass die Reflektivität der Probe eine Rolle spielt. Sie können problemlos jedes Material messen: transparent, undurchsichtig, spiegelnd, diffus, poliert, rau usw. Das berührungslose 3D-Profilometer bietet umfassende und benutzerfreundliche Funktionen zur Maximierung von Oberflächenbruchstudien zu einem Bruchteil der Kosten eines REM.

MESSZIEL

In dieser Anwendung wird das NANOVEA ST400 zur Messung der gebrochenen Oberfläche einer Stahlprobe verwendet. In dieser Studie werden wir eine 3D-Fläche, eine 2D-Profilextraktion und eine Richtungskarte der Oberfläche zeigen.

NANOVEA

ST400

ERGEBNISSE

OBERFLÄCHE

3D-Oberflächentextur Richtung

Isotropie	51.26%
Erste Richtung	123.2º
Zweite Richtung	116.3º
Dritte Richtung	0.1725º

Oberfläche, Volumen, Rauheit und viele andere können automatisch aus dieser Extraktion berechnet werden.

2D-Profil-Extraktion

ERGEBNISSE

SEITENOBERFLÄCHE

3D-Oberflächentextur Richtung

Isotropie	15.55%
Erste Richtung	0.1617º
Zweite Richtung	110.5º
Dritte Richtung	171.5º

Oberfläche, Volumen, Rauheit und viele andere können automatisch aus dieser Extraktion berechnet werden.

2D-Profil-Extraktion

SCHLUSSFOLGERUNG

In dieser Anwendung haben wir gezeigt, wie das berührungslose 3D-Profilometer NANOVEA ST400 die gesamte Topografie (Nano-, Mikro- und Makromerkmale) einer gebrochenen Oberfläche präzise charakterisieren kann. Aus dem 3D-Bereich kann die Oberfläche eindeutig identifiziert werden, und Teilbereiche oder Profile/Querschnitte können schnell extrahiert und mit einer endlosen Liste von Oberflächenberechnungen analysiert werden. Oberflächenmerkmale im Subnanometerbereich können mit einem integrierten AFM-Modul weiter analysiert werden.

Darüber hinaus hat NANOVEA eine tragbare Version seines Profilometers entwickelt, die sich besonders für Feldstudien eignet, bei denen die Bruchfläche nicht bewegt werden kann. Mit dieser umfangreichen Liste von Oberflächenmessfunktionen war die Analyse von Bruchflächen noch nie so einfach und bequem mit einem einzigen Gerät.

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Oberflächentopographie von Glasfasern mit 3D-Profilometrie

GLASFASER-OBERFLÄCHENTOPOGRAPHIE

3D-PROFILOMETRIE VERWENDEN

Vorbereitet von

CRAIG LEISING

EINFÜHRUNG

Glasfaser ist ein Material, das aus extrem feinen Glasfasern hergestellt wird. Es wird als Verstärkungsmittel für viele Polymerprodukte verwendet; das daraus resultierende Verbundmaterial, das eigentlich als faserverstärktes Polymer (FRP) oder glasfaserverstärkter Kunststoff (GRP) bezeichnet wird, wird im allgemeinen Sprachgebrauch "Fiberglas" genannt.

BEDEUTUNG DER MESSTECHNISCHEN OBERFLÄCHENPRÜFUNG FÜR DIE QUALITÄTSKONTROLLE

Obwohl es viele Verwendungsmöglichkeiten für Glasfaserverstärkungen gibt, ist es bei den meisten Anwendungen entscheidend, dass sie so stark wie möglich sind. Glasfaserverbundwerkstoffe haben eines der höchsten Festigkeits-Gewichts-Verhältnisse auf dem Markt, und in einigen Fällen sind sie sogar fester als Stahl. Abgesehen von der hohen Festigkeit ist es auch wichtig, dass die exponierte Oberfläche so klein wie möglich ist. Große Glasfaseroberflächen können die Struktur anfälliger für chemische Angriffe und eine mögliche Materialausdehnung machen. Daher ist die Oberflächenprüfung für die Qualitätskontrolle der Produktion von entscheidender Bedeutung.

MESSZIEL

In dieser Anwendung wird das NANOVEA ST400 verwendet, um die Rauheit und Ebenheit einer Glasfaserverbundoberfläche zu messen. Durch die Quantifizierung dieser Oberflächenmerkmale ist es möglich, ein stärkeres und langlebigeres Glasfaserverbundmaterial zu entwickeln oder zu optimieren.

NANOVEA

ST400

MESSPARAMETER

PROBE	1 mm
ERFASSUNGSRATE	300 Hz
MITTELWERT	1
GEMESSENE OBERFLÄCHE	5 mm x 2 mm
SCHRITTGRÖSSE	5 µm x 5 µm
SCANING-MODUS	Konstante Geschwindigkeit

SONDEN-SPEZIFIKATIONEN

**MASSNAHMEN BEREICH**	1 mm
Z軸分解能	25 nm
Z GENAUIGKEIT	200 nm
LATERALE AUFLÖSUNG	2 μm

ERGEBNISSE

FALSCHE FARBANSICHT

3D-Oberflächenebenheit

3D-Oberflächenrauhigkeit

Sa	15,716 μm	Arithmetischer Mittelwert Höhe
Sq	19,905 μm	Wurzelmittelwert der Höhe
Sp	116,74 μm	Maximale Spitzenhöhe
Sv	136,09 μm	Maximale Grubenhöhe
Sz	252,83 μm	Maximale Höhe
Ssk	0.556	Schrägheit
Ssu	3.654	Kurtosis

SCHLUSSFOLGERUNG

Wie die Ergebnisse zeigen, ist der NANOVEA ST400 Optical Profiler konnte die Rauheit und Ebenheit der Glasfaserverbundoberfläche genau messen. Daten können über mehrere Chargen von Faserverbundwerkstoffen und/oder über einen bestimmten Zeitraum gemessen werden, um entscheidende Informationen über verschiedene Glasfaserherstellungsprozesse und deren Reaktion im Laufe der Zeit zu liefern. Somit ist der ST400 eine praktikable Option zur Stärkung des Qualitätskontrollprozesses von Glasfaserverbundwerkstoffen.

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Polymerriemenverschleiß und Reibung mit einem Tribometer

POLYMER-GURTE

Abnutzung und Reibung mit einem TRIBOMETER

Vorbereitet von

DUANJIE LI, PhD

EINFÜHRUNG

Riemenantriebe übertragen Leistung und verfolgen die Relativbewegung zwischen zwei oder mehr rotierenden Wellen. Als einfache und kostengünstige Lösung mit minimalem Wartungsaufwand sind Riemenantriebe in einer Vielzahl von Anwendungen weit verbreitet, z. B. bei Bügelsägen, Sägewerken, Dreschmaschinen, Silogebläsen und Förderanlagen. Riemenantriebe können die Maschinen vor Überlast schützen sowie Schwingungen dämpfen und isolieren.

BEDEUTUNG DER VERSCHLEISSBEWERTUNG FÜR RIEMENANTRIEBE

Reibung und Verschleiß sind für die Riemen in einer riemengetriebenen Maschine unvermeidlich. Eine ausreichende Reibung sorgt für eine effektive Kraftübertragung ohne Schlupf, aber eine übermäßige Reibung kann den Riemen schnell verschleißen. Während des Betriebs des Riemenantriebs treten verschiedene Arten von Verschleiß auf, wie Ermüdung, Abrieb und Reibung. Um die Lebensdauer des Riemens zu verlängern und die Kosten und den Zeitaufwand für die Reparatur und den Austausch des Riemens zu senken, ist eine zuverlässige Bewertung des Verschleißverhaltens der Riemen wünschenswert, um die Lebensdauer des Riemens, die Produktionseffizienz und die Anwendungsleistung zu verbessern. Die genaue Messung des Reibungskoeffizienten und der Verschleißrate des Riemens erleichtert die Forschung und Entwicklung sowie die Qualitätskontrolle der Riemenproduktion.

MESSZIEL

In dieser Studie haben wir das Verschleißverhalten von Riemen mit unterschiedlichen Oberflächenstrukturen simuliert und verglichen, um die Leistungsfähigkeit des Systems zu demonstrieren. NANOVEA T2000 Tribometer bei der kontrollierten und überwachten Simulation des Verschleißprozesses des Riemens.

NANOVEA

T2000

PRÜFVERFAHREN

Der Reibungskoeffizient (COF) und die Verschleißfestigkeit von zwei Riemen mit unterschiedlicher Oberflächenrauheit und -struktur wurden mit dem NANOVEA Hohe Belastung Tribometer unter Verwendung des linear hin- und hergehenden Verschleißmoduls. Als Gegenmaterial wurde eine Kugel aus Stahl 440 (10 mm Durchmesser) verwendet. Die Oberflächenrauheit und die Verschleißspur wurden mit einem integrierten Prüfgerät untersucht Berührungsloses 3D-Profilometer. Die Verschleißrate, Kwurde anhand der folgenden Formel bewertet K=Vl(Fxs), wobei V ist das abgenutzte Volumen, F ist die Normalbelastung und s ist die Gleitstrecke.

Bitte beachten Sie, dass in dieser Studie eine glatte 440er Stahlkugel als Beispiel verwendet wurde. Jedes feste Material mit unterschiedlichen Formen und Oberflächenbeschaffenheiten kann mit Hilfe spezieller Vorrichtungen verwendet werden, um die tatsächliche Anwendungssituation zu simulieren.

ERGEBNISSE & DISKUSSION

Der strukturierte Gürtel und der glatte Gürtel haben eine Oberflächenrauhigkeit Ra von 33,5 bzw. 8,7 um, wie aus den analysierten Oberflächenprofilen hervorgeht, die mit einer NANOVEA Berührungsloser optischer 3D-Profiler. Der COF und die Verschleißrate der beiden getesteten Riemen wurden bei 10 N bzw. 100 N gemessen, um das Verschleißverhalten der Riemen bei unterschiedlichen Belastungen zu vergleichen.

ABBILDUNG 1 zeigt die Entwicklung des COF der Riemen während der Verschleißtests. Die Riemen mit unterschiedlichen Texturen weisen ein deutlich unterschiedliches Verschleißverhalten auf. Interessanterweise erreicht der strukturierte Riemen nach der Einlaufphase, in der der COF allmählich ansteigt, einen niedrigeren COF von ~0,5 in beiden Tests, die mit einer Last von 10 N und 100 N durchgeführt wurden. Im Vergleich dazu weist der glatte Riemen, der mit einer Last von 10 N getestet wurde, einen deutlich höheren COF von ~1,4 auf, wenn der COF stabil wird, und bleibt für den Rest des Tests über diesem Wert. Der mit einer Belastung von 100 N getestete Glattriemen wurde durch die Stahlkugel 440 schnell verschlissen und bildete eine große Verschleißspur. Der Test wurde daher bei 220 Umdrehungen abgebrochen.

ABBILDUNG 1: Entwicklung des COF der Riemen bei unterschiedlichen Belastungen.

ABBILDUNG 2 vergleicht die 3D-Verschleißspurenbilder nach den Tests mit 100 N. Das berührungslose 3D-Profilometer NANOVEA bietet ein Werkzeug zur Analyse der detaillierten Morphologie der Verschleißspuren, das weitere Einblicke in das grundlegende Verständnis des Verschleißmechanismus ermöglicht.

TABELLE 1: Ergebnis der Analyse der Verschleißspuren.

ABBILDUNG 2: 3D-Ansicht der beiden Bänder
nach den Tests bei 100 N.

Das 3D-Verschleißspurprofil ermöglicht eine direkte und genaue Bestimmung des von der fortschrittlichen Analysesoftware berechneten Verschleißspurvolumens, wie in TABELLE 1 dargestellt. Bei einem Verschleißtest mit 220 Umdrehungen weist der Glattriemen eine viel größere und tiefere Verschleißspur mit einem Volumen von 75,7 mm3 auf, während das Verschleißvolumen des Strukturriemens nach einem Verschleißtest mit 600 Umdrehungen 14,0 mm3 beträgt. Die deutlich höhere Reibung des Glattriemens an der Stahlkugel führt zu einer 15-fach höheren Verschleißrate im Vergleich zum strukturierten Riemen.

Ein solch drastischer Unterschied der COF zwischen dem strukturierten und dem glatten Gürtel hängt möglicherweise mit der Größe der Kontaktfläche zwischen dem Gürtel und der Stahlkugel zusammen, was auch zu ihrem unterschiedlichen Verschleißverhalten führt. ABBILDUNG 3 zeigt die Verschleißspuren der beiden Riemen unter dem Lichtmikroskop. Die Untersuchung der Verschleißspuren stimmt mit der Beobachtung der COF-Entwicklung überein: Der strukturierte Gurt, der einen niedrigen COF von ~0,5 aufweist, zeigt nach dem Verschleißtest bei einer Belastung von 10 N keine Anzeichen von Verschleiß. Der glatte Gurt zeigt eine kleine Verschleißspur bei 10 N. Die Verschleißtests bei 100 N erzeugen sowohl auf dem strukturierten als auch auf dem glatten Gurt wesentlich größere Verschleißspuren, und die Verschleißrate wird anhand von 3D-Profilen berechnet, wie im folgenden Abschnitt erläutert wird.

ABBILDUNG 3: Abnutzungsspuren unter dem Lichtmikroskop.

SCHLUSSFOLGERUNG

In dieser Studie haben wir die Fähigkeit des NANOVEA T2000 Tribometers aufgezeigt, den Reibungskoeffizienten und die Verschleißrate von Riemen kontrolliert und quantitativ zu bestimmen. Die Oberflächentextur spielt eine entscheidende Rolle für die Reibung und den Verschleißwiderstand der Riemen während ihres Einsatzes. Der strukturierte Riemen weist einen stabilen Reibungskoeffizienten von ~0,5 auf und besitzt eine lange Lebensdauer, was zu einem geringeren Zeit- und Kostenaufwand für die Reparatur oder den Austausch von Werkzeugen führt. Die übermäßige Reibung des glatten Riemens an der Stahlkugel führt dagegen zu einer schnellen Abnutzung des Riemens. Außerdem ist die Belastung des Riemens ein entscheidender Faktor für seine Lebensdauer. Eine Überlastung erzeugt eine sehr hohe Reibung, die zu einem beschleunigten Verschleiß des Riemens führt.

Das NANOVEA T2000 Tribometer bietet präzise und wiederholbare Verschleiß- und Reibungstests mit ISO- und ASTM-konformen Rotations- und Linearmodi, mit optionalen Modulen für Hochtemperaturverschleiß, Schmierung und Tribokorrosion in einem vorintegrierten System. NANOVEAs unmatched ist die 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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Fossiles Mikrogefüge mit 3D-Profilometrie

FOSSILES GEFÜGE

3D-PROFILOMETRIE VERWENDEN

Vorbereitet von

DUANJIE LI, PhD

EINFÜHRUNG

Fossilien sind die konservierten Überreste von Pflanzen, Tieren und anderen Organismen, die im Sediment unter alten Meeren, Seen und Flüssen vergraben sind. Das weiche Körpergewebe zerfällt normalerweise nach dem Tod, aber die harten Schalen, Knochen und Zähne versteinern. Mikrostrukturelle Oberflächenmerkmale bleiben oft erhalten, wenn die ursprünglichen Schalen und Knochen durch Mineralien ersetzt werden, was Aufschluss über die Entwicklung der Witterung und den Entstehungsmechanismus der Fossilien gibt.

BEDEUTUNG EINES BERÜHRUNGSLOSEN 3D-PROFILOMETERS FÜR DIE UNTERSUCHUNG VON FOSSILIEN

3D-Profile des Fossils ermöglichen es uns, die detaillierten Oberflächenmerkmale der Fossilprobe aus einem näheren Blickwinkel zu betrachten. Die hohe Auflösung und Genauigkeit des NANOVEA-Profilometers sind mit bloßem Auge möglicherweise nicht erkennbar. Die Analysesoftware des Profilometers bietet eine breite Palette von Studien, die auf diese einzigartigen Oberflächen anwendbar sind. Im Gegensatz zu anderen Techniken wie Touch Probes bietet der NANOVEA Berührungsloses 3D-Profilometer Misst die Oberflächenmerkmale, ohne die Probe zu berühren. Dies ermöglicht die Erhaltung der wahren Oberflächenmerkmale bestimmter empfindlicher Fossilienproben. Darüber hinaus ermöglicht das tragbare Profilometer Modell Jr25 3D-Messungen an Fossilienstandorten, was die Fossilanalyse und den Schutz nach der Ausgrabung erheblich erleichtert.

MESSZIEL

In dieser Studie wird das NANOVEA Jr25 Profilometer verwendet, um die Oberfläche von zwei repräsentativen Fossilienproben zu messen. Die gesamte Oberfläche jedes Fossils wurde gescannt und analysiert, um die Oberflächenmerkmale zu charakterisieren, darunter Rauheit, Kontur und Texturrichtung.

NANOVEA

Jr25

FOSSIL EINES BRACHIOPODEN

Die erste fossile Probe, die in diesem Bericht vorgestellt wird, ist ein Brachiopod-Fossil, das von einem Meerestier stammt, das an der Ober- und Unterseite harte "Klappen" (Schalen) hat. Sie traten erstmals im Kambrium auf, das heißt vor mehr als 550 Millionen Jahren.

Die 3D-Ansicht des Scans ist in ABBILDUNG 1 und die Falschfarbenansicht in ABBILDUNG 2 dargestellt.

ABBILDUNG 1: 3D-Ansicht der fossilen Brachiopodenprobe.

ABBILDUNG 2: Falschfarbenansicht der fossilen Brachiopodenprobe.

Die Gesamtform wurde dann von der Oberfläche entfernt, um die lokale Oberflächenmorphologie und -kontur des Brachiopodenfossils zu untersuchen (siehe ABBILDUNG 3). Auf dem Brachiopoden-Fossil ist nun eine eigentümliche, divergierende Rillentextur zu beobachten.

ABBILDUNG 3: Falschfarbenansicht und Konturlinienansicht nach dem Entfernen der Form.

Aus dem strukturierten Bereich wird ein Linienprofil extrahiert, um eine Querschnittsansicht der fossilen Oberfläche zu zeigen (ABBILDUNG 4). Die Stufenhöhenstudie misst die genauen Abmessungen der Oberflächenmerkmale. Die Rillen weisen eine durchschnittliche Breite von ~0,38 mm und eine Tiefe von ~0,25 mm auf.

ABBILDUNG 4: Studien zum Linienprofil und zur Stufenhöhe der strukturierten Oberfläche.

SEELILIENSTAMM-FOSSIL

Bei der zweiten fossilen Probe handelt es sich um ein Stammfossil einer Seelilie. Stachelhäuter tauchten erstmals in den Meeren des mittleren Kambriums auf, etwa 300 Millionen Jahre vor den Dinosauriern.

Die 3D-Ansicht des Scans ist in ABBILDUNG 5 und die Falschfarbenansicht in ABBILDUNG 6 dargestellt.

ABBILDUNG 5: 3D-Ansicht der fossilen Crinoidenprobe.

Die Isotropie der Oberflächentextur und die Rauheit des Crinoiden-Stammfossils werden in ABBILDUNG 7 analysiert.

Dieses Fossil weist eine bevorzugte Texturrichtung in einem Winkel nahe 90° auf, was zu einer Isotropie der Textur von 69% führt.

ABBILDUNG 6: Falschfarbenansicht des Stiel einer Seelilie Probe.

ABBILDUNG 7: Isotropie der Oberflächentextur und Rauheit des Stammfossils der Crinoide.

Das 2D-Profil entlang der axialen Richtung des Crinoiden-Stammfossils ist in ABBILDUNG 8 dargestellt.

Die Größe der Spitzen der Oberflächentextur ist ziemlich einheitlich.

ABBILDUNG 8: 2D-Profilanalyse des Crinoiden-Stammfossils.

SCHLUSSFOLGERUNG

In dieser Anwendung haben wir die 3D-Oberflächenmerkmale eines fossilen Brachiopoden- und Crinoidenstamms mit dem tragbaren berührungslosen Profilometer NANOVEA Jr25 umfassend untersucht. Wir zeigen, dass das Gerät die 3D-Morphologie der fossilen Proben präzise charakterisieren kann. Die interessanten Oberflächenmerkmale und Texturen der Proben werden dann weiter analysiert. Die Brachiopodenprobe weist eine divergente Rillentextur auf, während das Crinoidenstammfossil eine bevorzugte Texturisotropie zeigt. Die detaillierten und präzisen 3D-Oberflächenscans erweisen sich als ideale Werkzeuge für Paläontologen und Geologen, um die Entwicklung des Lebens und die Entstehung von Fossilien zu untersuchen.

Die hier gezeigten Daten stellen nur einen Teil der in der Analysesoftware verfügbaren Berechnungen dar. NANOVEA Profilometer 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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Abriebverhalten von Sandpapier mit einem Tribometer

SCHLEIFPAPIER ABRIEBLEISTUNG

MIT EINEM TRIBOMETER

Vorbereitet von

DUANJIE LI, PhD

EINFÜHRUNG

Schleifpapier besteht aus Schleifpartikeln, die auf eine Seite eines Papiers oder Gewebes geklebt sind. Für die Partikel können verschiedene Schleifmaterialien verwendet werden, z. B. Granat, Siliziumkarbid, Aluminiumoxid und Diamant. Schleifpapier wird in einer Vielzahl von Industriezweigen eingesetzt, um bestimmte Oberflächen auf Holz, Metall und Trockenbauwänden zu bearbeiten. Sie arbeiten oft unter hohem Druck, der mit Hand- oder Elektrowerkzeugen ausgeübt wird.

BEDEUTUNG DER BEWERTUNG DES ABRIEBVERHALTENS VON SCHLEIFPAPIER

Die Wirksamkeit von Schleifpapier wird häufig durch seine Abriebleistung unter verschiedenen Bedingungen bestimmt. Die Korngröße, d. h. die Größe der im Schleifpapier eingebetteten Schleifpartikel, bestimmt die Abnutzungsrate und die Kratzergröße des zu schleifenden Materials. Schleifpapiere mit höheren Kornzahlen haben kleinere Partikel, was zu niedrigeren Schleifgeschwindigkeiten und feineren Oberflächen führt. Schleifpapiere mit der gleichen Körnungszahl, aber aus unterschiedlichen Materialien, können sich unter trockenen oder nassen Bedingungen unterschiedlich verhalten. Zuverlässige tribologische Bewertungen sind erforderlich, um sicherzustellen, dass das hergestellte Schleifpapier das gewünschte Schleifverhalten aufweist. Diese Auswertungen ermöglichen es den Anwendern, das Verschleißverhalten verschiedener Schleifpapiersorten kontrolliert und überwacht quantitativ zu vergleichen, um den besten Kandidaten für die jeweilige Anwendung auszuwählen.

MESSZIEL

In dieser Studie zeigen wir die Fähigkeit des pneumatischen Tribometers NANOVEA T2000 High Load, die Abriebleistung verschiedener Schleifpapierproben unter trockenen und nassen Bedingungen quantitativ zu bewerten.

NANOVEA T2000 Hohe Belastung
Pneumatisches Tribometer

PRÜFVERFAHREN

Der Reibungskoeffizient (COF) und die Abriebleistung von zwei Arten von Schleifpapieren wurden mit dem NANOVEA T100 Tribometer bewertet. Als Gegenmaterial wurde eine Kugel aus 440er Edelstahl verwendet. Die Ballverschleißnarben wurden nach jedem Verschleißtest mit dem NANOVEA untersucht Berührungsloser optischer 3D-Profiler um präzise Volumenverlustmessungen zu gewährleisten.

Bitte beachten Sie, dass eine 440er Edelstahlkugel als Gegenmaterial gewählt wurde, um eine vergleichende Studie zu erstellen, aber jedes feste Material könnte ersetzt werden, um eine andere Anwendungsbedingung zu simulieren.

TESTERGEBNISSE & DISKUSSION

ABBILDUNG 1 zeigt einen COF-Vergleich von Sandpapier 1 und 2 unter trockenen und nassen Umgebungsbedingungen. Sandpapier 1 weist unter trockenen Bedingungen zu Beginn des Tests einen COF von 0,4 auf, der dann schrittweise abnimmt und sich auf 0,3 stabilisiert. Unter nassen Bedingungen weist diese Probe einen niedrigeren durchschnittlichen COF von 0,27 auf. Im Gegensatz dazu zeigen die COF-Ergebnisse von Probe 2 einen trockenen COF von 0,27 und einen nassen COF von ~ 0,37.

Bitte beachten Sie, dass die Oszillation in den Daten aller COF-Diagramme durch die Vibrationen verursacht wird, die durch die Gleitbewegung der Kugel auf den rauen Sandpapieroberflächen entstehen.

ABBILDUNG 1: Entwicklung der COF während der Verschleißtests.

ABBILDUNG 2 fasst die Ergebnisse der Verschleißnarbenanalyse zusammen. Die Verschleißnarben wurden mit einem optischen Mikroskop und einem berührungslosen optischen 3D-Profiler NANOVEA gemessen. ABBILDUNG 3 und ABBILDUNG 4 vergleichen die Verschleißnarben der abgenutzten SS440-Kugeln nach Verschleißtests auf Sandpapier 1 und 2 (nass und trocken). Wie in ABBILDUNG 4 zu sehen ist, erfasst der NANOVEA Optical Profiler präzise die Oberflächentopographie der vier Kugeln und ihre jeweiligen Verschleißspuren, die anschließend mit der NANOVEA Mountains Advanced Analysis Software verarbeitet wurden, um den Volumenverlust und die Verschleißrate zu berechnen. Auf dem Mikroskop- und Profilbild der Kugel ist zu erkennen, dass die für den Test mit Sandpapier 1 (trocken) verwendete Kugel im Vergleich zu den anderen eine größere abgeflachte Verschleißnarbe mit einem Volumenverlust von 0,313 mm³. Im Gegensatz dazu betrug der Volumenverlust bei Schleifpapier 1 (nass) 0,131 mm³. Bei Schleifpapier 2 (trocken) betrug der Volumenverlust 0,163 mm³ und für Sandpapier 2 (nass) stieg der Volumenverlust auf 0,237 mm³.

Darüber hinaus ist es interessant zu beobachten, dass der COF eine wichtige Rolle für die Abriebleistung der Schleifpapiere spielte. Schleifpapier 1 wies im trockenen Zustand einen höheren COF auf, was zu einer höheren Abriebrate für die im Test verwendete SS440-Kugel führte. Im Vergleich dazu führte der höhere COF von Sandpapier 2 im nassen Zustand zu einer höheren Abriebrate. Die Verschleißspuren der Schleifpapiere nach den Messungen sind in ABBILDUNG 5 dargestellt.

Beide Schleifpapiere 1 und 2 sollen sowohl in trockenen als auch in nassen Umgebungen funktionieren. Sie zeigten jedoch deutlich unterschiedliche Abriebleistungen unter trockenen und nassen Bedingungen. NANOVEA Tribometer bieten gut kontrollierte, quantifizierbare und zuverlässige Funktionen zur Verschleißbewertung, die reproduzierbare Verschleißbewertungen gewährleisten. Darüber hinaus ermöglicht die Fähigkeit der In-situ-COF-Messung Benutzern, verschiedene Phasen eines Verschleißprozesses mit der Entwicklung des COF zu korrelieren, was für die Verbesserung des grundlegenden Verständnisses des Verschleißmechanismus und der tribologischen Eigenschaften von Schleifpapier von entscheidender Bedeutung ist

ABBILDUNG 2: Verschleißnarbenvolumen der Kugeln und durchschnittliche COF unter verschiedenen Bedingungen.

ABBILDUNG 3: Abnutzungsspuren der Bälle nach den Tests.

ABBILDUNG 4: 3D-Morphologie der Verschleißnarben auf den Kugeln.

ABBILDUNG 5: Abnutzungsspuren auf den Schleifpapieren unter verschiedenen Bedingungen.

SCHLUSSFOLGERUNG

In dieser Studie wurde die Schleifleistung von zwei Arten von Schleifpapieren mit derselben Körnungszahl unter trockenen und nassen Bedingungen bewertet. Die Einsatzbedingungen des Schleifpapiers spielen eine entscheidende Rolle für die Effektivität der Arbeitsleistung. Schleifpapier 1 wies unter trockenen Bedingungen ein deutlich besseres Abriebverhalten auf, während Schleifpapier 2 unter nassen Bedingungen besser abschnitt. Die Reibung während des Schleifvorgangs ist ein wichtiger Faktor, der bei der Bewertung der Abriebleistung zu berücksichtigen ist. Der NANOVEA Optical Profiler misst präzise die 3D-Morphologie jeder Oberfläche, wie z.B. die Verschleißnarben auf einer Kugel, und ermöglicht so eine zuverlässige Bewertung des Abriebverhaltens des Sandpapiers in dieser Studie. Das NANOVEA Tribometer misst den Reibungskoeffizienten an Ort und Stelle während eines Verschleißtests und gibt so einen Einblick in die verschiedenen Phasen eines Verschleißprozesses. Es bietet außerdem wiederholbare Verschleiß- und Reibungstests mit ISO- und ASTM-konformen Rotations- und Linearmodi, wobei optionale Hochtemperaturverschleiß- und Schmiermodule in einem vorintegrierten System erhältlich sind. Mit diesem unübertroffenen Angebot können Benutzer verschiedene schwere Arbeitsumgebungen für Kugellager simulieren, darunter hohe Belastung, Verschleiß und hohe Temperaturen usw. Es ist auch ein ideales Werkzeug zur quantitativen Bewertung des tribologischen Verhaltens von hochverschleißfesten Materialien unter hohen Belastungen.

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Bearbeitete Lederoberfläche mit 3D-Profilometrie

VERARBEITETES LEDER

OBERFLÄCHENGÜTE MIT 3D-PROFILOMETRIE

Vorbereitet von

CRAIG LEISING

EINFÜHRUNG

Sobald der Gerbungsprozess einer Lederhaut abgeschlossen ist, kann die Lederoberfläche verschiedenen Veredelungsprozessen unterzogen werden, um eine Vielfalt von Aussehen und Haptik zu erzielen. Zu diesen mechanischen Verfahren gehören Dehnen, Schwabbeln, Schleifen, Prägen, Beschichten usw. Je nach Verwendungszweck des Leders kann eine präzisere, kontrollierte und wiederholbare Bearbeitung erforderlich sein.

BEDEUTUNG DER PROFILOMETRISCHEN PRÜFUNG FÜR FORSCHUNG UND ENTWICKLUNG UND QUALITÄTSKONTROLLE

Aufgrund der großen Schwankungen und der Unzuverlässigkeit visueller Inspektionsmethoden können Werkzeuge, die in der Lage sind, mikro- und nanoskalige Merkmale genau zu quantifizieren, die Lederzurichtungsverfahren verbessern. Das Verständnis der Oberflächenbeschaffenheit von Leder in einem quantifizierbaren Sinne kann zu einer verbesserten datengesteuerten Auswahl der Oberflächenbearbeitung führen, um optimale Ergebnisse zu erzielen. NANOVEA 3D Berührungslos Profilometer nutzen die chromatisch konfokale Technologie zur Messung fertiger Lederoberflächen und bieten die höchste Wiederholbarkeit und Genauigkeit auf dem Markt. Wo andere Techniken aufgrund von Sondenkontakt, Oberflächenvariationen, Winkeln, Absorption oder Reflektivität keine zuverlässigen Daten liefern, sind die NANOVEA Profilometer erfolgreich.

MESSZIEL

In dieser Anwendung wird das NANOVEA ST400 zur Messung und zum Vergleich der Oberflächenbeschaffenheit von zwei unterschiedlichen, aber eng bearbeiteten Lederproben eingesetzt. Mehrere Oberflächenparameter werden automatisch aus dem Oberflächenprofil berechnet.

Hier konzentrieren wir uns auf die Oberflächenrauhigkeit, die Grübchentiefe, den Grübchenabstand und den Grübchendurchmesser für eine vergleichende Bewertung.

NANOVEA

ST400

ERGEBNISSE: PROBE 1

ISO 25178

HÖHENPARAMETER

ANDERE 3D-PARAMETER

ERGEBNISSE: STICHPROBE 2

ISO 25178

HÖHENPARAMETER

ANDERE 3D-PARAMETER

TIEFENKOMPARATIV

Tiefenverteilung für jede Probe.
Eine große Anzahl tiefer Grübchen wurde beobachtet in BEISPIEL 1.

TONHÖHE VERGLEICHEND

Abstand zwischen den Vertiefungen auf BEISPIEL 1 ist etwas kleiner
als BEISPIEL 2aber beide haben eine ähnliche Verteilung

MITTLERER DURCHMESSER VERGLEICHEND

Ähnliche Verteilungen des mittleren Durchmessers der Grübchen,
mit BEISPIEL 1 mit durchschnittlich etwas kleineren Durchmessern.

SCHLUSSFOLGERUNG

In dieser Anwendung haben wir gezeigt, wie das NANOVEA ST400 3D-Profilometer die Oberflächenbeschaffenheit von verarbeitetem Leder präzise charakterisieren kann. In dieser Studie konnten wir dank der Möglichkeit, Oberflächenrauheit, Grübchentiefe, Grübchenabstand und Grübchendurchmesser zu messen, Unterschiede zwischen der Oberfläche und der Qualität der beiden Proben quantifizieren, die bei einer visuellen Inspektion möglicherweise nicht offensichtlich sind.

Insgesamt gab es keine sichtbaren Unterschiede im Aussehen der 3D-Scans zwischen PROBE 1 und PROBE 2. In der statistischen Analyse gibt es jedoch einen klaren Unterschied zwischen den beiden Proben. PROBE 1 enthält im Vergleich zu PROBE 2 eine größere Anzahl von Grübchen mit kleineren Durchmessern, größerer Tiefe und geringerem Abstand zwischen den Grübchen.

Bitte beachten Sie, dass zusätzliche Studien verfügbar sind. Spezielle Bereiche von Interesse können mit einem integrierten AFM- oder Mikroskop-Modul weiter analysiert werden. Die Geschwindigkeiten des NANOVEA 3D-Profilometers reichen von 20 mm/s bis 1 m/s für Labor- oder Forschungszwecke, um den Anforderungen der Hochgeschwindigkeitsprüfung gerecht zu werden.

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Mechanische Eigenschaften des Hydrogels

MECHANISCHE EIGENSCHAFTEN DES HYDROGELS

MIT NANOINDENTATION

Vorbereitet von

DUANJIE LI, PhD & JORGE RAMIREZ

EINFÜHRUNG

Hydrogel ist dafür bekannt, dass es sehr viel Wasser aufnehmen kann und daher in seiner Flexibilität dem natürlichen Gewebe sehr ähnlich ist. Diese Ähnlichkeit hat dazu geführt, dass Hydrogele nicht nur in Biomaterialien, sondern auch in der Elektronik, im Umweltbereich und bei Verbrauchsgütern wie Kontaktlinsen häufig eingesetzt werden. Jede einzelne Anwendung erfordert spezifische mechanische Eigenschaften des Hydrogels.

BEDEUTUNG DER NANOINDENTATION FÜR HYDROGELE

Hydrogele stellen besondere Anforderungen an die Nanoindentation, wie z. B. die Auswahl der Testparameter und die Probenvorbereitung. Viele Nanoindentationssysteme weisen erhebliche Einschränkungen auf, da sie ursprünglich nicht für folgende Zwecke entwickelt wurden solche weichen Materialien. Einige der Nanoindentationssysteme verwenden eine Spulen-/Magnetanordnung, um Kraft auf die Probe auszuüben. Es erfolgt keine tatsächliche Kraftmessung, was bei der Prüfung weicher Materialien zu ungenauen und nicht linearen Belastungen führt. Materialien. Die Bestimmung des Kontaktpunktes ist äußerst schwierig, da die Die Tiefe ist der einzige Parameter, der tatsächlich gemessen wird. Es ist fast unmöglich, die Veränderung des Gefälles in der Tiefe vs. Zeit Handlung während der Zeitraum, in dem sich die Eindringspitze dem Hydrogelmaterial nähert.

Um die Einschränkungen dieser Systeme zu überwinden, wurde das Nanomodul des NANOVEA Mechanischer Tester Misst die Kraftrückkopplung mit einer einzelnen Kraftmessdose, um eine hohe Genauigkeit bei allen Arten von Materialien, ob weich oder hart, zu gewährleisten. Die piezogesteuerte Verschiebung erfolgt äußerst präzise und schnell. Dies ermöglicht eine beispiellose Messung viskoelastischer Eigenschaften, indem viele theoretische Annahmen eliminiert werden, die Systeme mit einer Spulen-/Magnetanordnung und ohne Kraftrückkopplung berücksichtigen müssen.

MESSZIEL

Bei dieser Anwendung ist die NANOVEA Das mechanische Prüfgerät im Nanoindentationsmodus wird zur Untersuchung der Härte, des Elastizitätsmoduls und des Kriechverhaltens einer Hydrogelprobe verwendet.

NANOVEA PB1000 Mechanischer Tester

TESTBEDINGUNGEN

Eine auf einem Glasobjektträger platzierte Hydrogelprobe wurde mittels Nanoindentationstechnik mit einem NANOVEA Mechanischer Tester. Für dieses weiche Material wurde eine kugelförmige Spitze mit 3 mm Durchmesser verwendet. Die Belastung stieg während des Belastungszeitraums linear von 0,06 bis 10 mN an. Das Kriechen wurde dann durch die Änderung der Eindringtiefe bei der maximalen Belastung von 10 mN für 70 Sekunden gemessen.

ANNÄHERUNGSGESCHWINDIGKEIT: 100 μm/min

KONTAKT LADUNG

0,06 mN

MAX BELASTUNG

10 mN

LADUNGSVERFAHREN

20 mN/min

CREEP

70 s

ERGEBNISSE & DISKUSSION

Die Entwicklung der Belastung und der Tiefe in Abhängigkeit von der Zeit ist dargestellt in FUGUR 1. Es ist zu beobachten, dass auf dem Diagramm der Tiefe vs. ZeitWenn man den Punkt der Neigungsänderung zu Beginn der Belastungsperiode bestimmt, ist es sehr schwierig, den Punkt zu bestimmen, an dem der Eindringkörper beginnt, das weiche Material zu berühren. Allerdings ist die Darstellung der Last vs. Zeit zeigt das eigentümliche Verhalten des Hydrogels unter einer Belastung. Sobald das Hydrogel mit dem Kugeleindringkörper in Berührung kommt, zieht das Hydrogel den Kugeleindringkörper aufgrund seiner Oberflächenspannung an, was zu einer Verringerung der Oberfläche führt. Dieses Verhalten führt dazu, dass die gemessene Belastung zu Beginn der Belastungsphase negativ ist. Die Belastung nimmt allmählich zu, wenn der Eindringkörper in das Hydrogel eindringt, und wird dann 70 Sekunden lang konstant auf die maximale Belastung von 10 mN geregelt, um das Kriechverhalten des Hydrogels zu untersuchen.

ABBILDUNG 1: Entwicklung der Belastung und der Tiefe in Abhängigkeit von der Zeit.

Die Handlung des Kriechtiefe vs. Zeit wird gezeigt in ABBILDUNG 2und die Last vs. Verdrängung Das Diagramm des Nanoindentationstests ist dargestellt in ABBILDUNG 3. Das Hydrogel in dieser Studie besitzt eine Härte von 16,9 KPa und einen Elastizitätsmodul von 160,2 KPa, wie anhand der Lastverschiebungskurve nach der Oliver-Pharr-Methode berechnet.

Kriechen ist ein wichtiger Faktor für die Untersuchung der mechanischen Eigenschaften eines Hydrogels. Die enge Rückkopplungsschleife zwischen Piezo und ultrasensibler Kraftmesszelle gewährleistet eine wirklich konstante Belastung während der Kriechzeit bei maximaler Belastung. Wie in ABBILDUNG 2Bei der maximalen Belastung von 10 mN, die von der 3 mm langen Kugelspitze ausgeübt wird, sinkt das Hydrogel in 70 Sekunden um ~42 μm durch Kriechen ab.

ABBILDUNG 2: Kriechen bei einer maximalen Belastung von 10 mN für 70 Sekunden.

ABBILDUNG 3: Das Diagramm von Belastung und Verdrängung des Hydrogels.

SCHLUSSFOLGERUNG

In dieser Studie haben wir gezeigt, dass die NANOVEA Der Mechanik-Tester im Nanoindentationsmodus ermöglicht eine präzise und wiederholbare Messung der mechanischen Eigenschaften eines Hydrogels, einschließlich Härte, Elastizitätsmodul und Kriechverhalten. Die große 3 mm-Kugelspitze sorgt für den richtigen Kontakt mit der Hydrogeloberfläche. Der hochpräzise motorisierte Probentisch ermöglicht eine genaue Positionierung der flachen Seite der Hydrogelprobe unter der Kugelspitze. Das Hydrogel in dieser Studie weist eine Härte von 16,9 KPa und einen Elastizitätsmodul von 160,2 KPa auf. Die Kriechtiefe beträgt ~42 μm bei einer Belastung von 10 mN für 70 Sekunden.

NANOVEA Mechanische Prüfgeräte bieten unübertroffene Multifunktions-Nano- und -Mikro-Module auf einer einzigen Plattform. Beide Module umfassen einen Kratzertester, einen Härtetester und einen Verschleißtestermodus und bieten damit das breiteste und benutzerfreundlichste Spektrum an Tests, das auf einer einzigen Plattform verfügbar ist.
System.

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Kolbenverschleißprüfung

KOLBENVERSCHLEISSPRÜFUNGMIT NANOVEA TRIBOMETER

Vorbereitet von

FRANK LIU

Was ist eine Kolbenverschleißprüfung?

Bei der Kolbenverschleißprüfung werden Reibung, Schmierung und Materialbeständigkeit zwischen Kolbenmantel und Zylinderlaufbuchse unter kontrollierten Laborbedingungen bewertet. Unter Verwendung eines Tribometer, können Ingenieure reale Hin- und Herbewegungen nachbilden und den Reibungskoeffizienten, die Verschleißrate und die 3D-Oberflächentopografie präzise messen. Diese Ergebnisse liefern wichtige Erkenntnisse über das tribologische Verhalten von Beschichtungen, Schmierstoffen und Legierungen, die in Motorkolben verwendet werden, und tragen zur Optimierung von Leistung, Kraftstoffeffizienz und langfristiger Zuverlässigkeit bei.

Schematische Darstellung des Antriebszylindersystems und der Schnittstellen Kolbenschaft-Schmiermittel-Zylinderlaufbuchse.

💡 Möchten Sie die Verschleißrate und Reibung Ihrer eigenen Proben quantifizieren? Fordern Sie einen maßgeschneiderten Tribologietest für Ihre Anwendung an.

Warum die Kolbenverschleißprüfung bei der Motorenentwicklung wichtig ist

Motoröl ist ein Schmiermittel, das speziell für seine Anwendung entwickelt wurde. Zusätzlich zum Grundöl werden Additive wie Reinigungsmittel, Dispergiermittel, Viskositätsverbesserer (VI), Verschleißschutz-/Friktionsschutzmittel und Korrosionsinhibitoren zugesetzt, um die Leistung des Öls zu verbessern. Diese Additive wirken sich darauf aus, wie sich das Öl unter verschiedenen Betriebsbedingungen verhält. Das Verhalten des Öls wirkt sich auf die P-L-C-Grenzflächen aus und bestimmt, ob erheblicher Verschleiß durch Metall-Metall-Kontakt oder hydrodynamische Schmierung (sehr geringer Verschleiß) auftritt.

Es ist schwierig, die P-L-C-Schnittstellen zu verstehen, ohne den Bereich von externen Variablen zu isolieren. Es ist praktischer, das Ereignis unter Bedingungen zu simulieren, die für die reale Anwendung repräsentativ sind. Die Website NANOVEA Tribometer ist dafür ideal geeignet. Ausgestattet mit mehreren Kraftsensoren, einem Tiefensensor, einem Drop-by-Drop-Schmierstoffmodul und einem linearen Wechseltisch, ist das NANOVEA T2000 ist in der Lage, die Vorgänge in einem Motorblock genau nachzuahmen und wertvolle Daten zum besseren Verständnis der P-L-C-Schnittstellen zu gewinnen.

Flüssigkeitsmodul auf dem Tribometer NANOVEA T2000

Das Drop-by-Drop-Modul ist für diese Studie von entscheidender Bedeutung. Da sich Kolben sehr schnell bewegen können (über 3000 U/min), ist es schwierig, durch Eintauchen der Probe einen dünnen Schmierstofffilm zu erzeugen. Um dieses Problem zu beheben, ist das Drop-by-Drop-Modul in der Lage, eine konstante Menge an Schmiermittel auf die Oberfläche des Kolbenschafts aufzutragen.

Die Verwendung von frischem Schmierstoff beseitigt auch die Gefahr, dass gelöste Verschleißverunreinigungen die Eigenschaften des Schmierstoffs beeinträchtigen.

Wie Tribometer simulieren
Echter Kolben-Liner-Verschleiß

In diesem Bericht werden die Schnittstellen zwischen Kolbenschaft, Schmiermittel und Zylinderlaufbuchse untersucht. Die Schnittstellen werden durch die Durchführung einer linearen Hin- und Herbewegung nachgebildet Verschleißprüfung mit Drop-by-Drop-Schmierstoffmodul.

Der Schmierstoff wird bei Raumtemperatur und unter erwärmten Bedingungen aufgetragen, um Kaltstart- und optimale Betriebsbedingungen zu vergleichen. Die COF und die Verschleißrate werden beobachtet, um besser zu verstehen, wie sich die Schnittstellen in realen Anwendungen verhalten.

NANOVEA T2000
Tribometer für hohe Belastungen

Kolbenverschleißtest Parameter & Aufbau

LOAD ............................ 100 N

TESTDAUER ............................ 30 min

SPEED ............................ 2000 Umdrehungen pro Minute

AMPLITUDE ............................ 10 mm

GESAMTE ENTFERNUNG ............................ 1200 m

SKIRT-BESCHICHTUNG ............................ Molybdän-Graphit

PIN-MATERIAL ............................ Aluminiumlegierung 5052

PIN-DIAMETER ............................ 10 mm

SCHMIERMITTEL ............................ Motoröl (10W-30)

ANSCHLUSS. DURCHFLUSSRATE ............................ 60 mL/min

TEMPERATUR ............................ Raumtemperatur & 90°C

Relevanz in der realen Welt von
Kolbenverschleißprüfung

Tribometergestützte Kolbenverschleißtests liefern wichtige Erkenntnisse darüber, wie sich Materialauswahl und Schmierungsstrategien auf die Zuverlässigkeit von Motoren auswirken. Anstatt sich auf kostspielige Volltriebwerkstests zu verlassen, können Labore Beschichtungen, Öle und Legierungsoberflächen unter realistischen mechanischen Belastungs- und Temperaturbedingungen bewerten. NANOVEAs 3D-Profilometrie und Tribologie-Module ermöglichen eine präzise Abbildung von Verschleißtiefe und Reibungsstabilität und helfen F&E-Teams, die Leistung zu optimieren und Entwicklungszyklen zu verkürzen.

Ergebnisse und Analyse der Kolbenverschleißprüfung

In diesem Versuch wurde A5052 als Gegenmaterial verwendet. Während Motorblöcke normalerweise aus gegossenem Aluminium wie A356 hergestellt werden, hat A5052 für diese simulative Prüfung ähnliche mechanische Eigenschaften wie A356 [1].

Unter den Testbedingungen wurde bei Raumtemperatur ein erheblicher Verschleiß am Kolbenschaft im Vergleich zu 90°C festgestellt. Die tiefen Kratzer auf den Proben deuten darauf hin, dass es während des Tests häufig zu einem Kontakt zwischen dem statischen Material und dem Kolbenschaft kommt. Die hohe Viskosität bei Raumtemperatur könnte das Öl daran hindern, die Zwischenräume an den Grenzflächen vollständig zu füllen und einen Metall-Metall-Kontakt herzustellen. Bei höherer Temperatur wird das Öl dünner und kann zwischen Bolzen und Kolben fließen. Infolgedessen ist der Verschleiß bei höherer Temperatur deutlich geringer. ABBILDUNG 5 zeigt, dass eine Seite der Verschleißnarbe deutlich weniger abgenutzt ist als die andere Seite. Dies ist höchstwahrscheinlich auf die Lage des Ölaustritts zurückzuführen. Die Dicke des Schmierfilms war auf einer Seite dicker als auf der anderen, was zu ungleichmäßigem Verschleiß führte.

[1] “5052-Aluminium vs. 356.0-Aluminium”. MakeItFrom.com, makeitfrom.com/compare/5052-O-Aluminium/A356.0-SG70B-A13560-Cast-Aluminium

Der COF von linearen Tribologietests mit Hin- und Herbewegung kann in einen hohen und einen niedrigen Durchgang unterteilt werden. Der hohe Durchlauf bezieht sich auf die Bewegung der Probe in Vorwärts- oder positiver Richtung und der niedrige Durchlauf auf die Bewegung der Probe in Rückwärts- oder negativer Richtung. Der durchschnittliche COF für das RT-Öl lag in beiden Richtungen unter 0,1. Der durchschnittliche COF zwischen den Durchgängen betrug 0,072 und 0,080. Der durchschnittliche COF des 90°C-Öls wurde zwischen den Durchgängen unterschiedlich festgestellt. Es wurden durchschnittliche COF-Werte von 0,167 und 0,09 festgestellt. Der Unterschied im COF ist ein weiterer Beweis dafür, dass das Öl nur eine Seite des Stifts richtig benetzen konnte. Ein hoher COF-Wert wurde erreicht, wenn sich aufgrund der hydrodynamischen Schmierung ein dicker Film zwischen dem Bolzen und dem Kolbenschaft bildete. Ein niedrigerer COF wird in der anderen Richtung beobachtet, wenn eine Mischschmierung auftritt. Weitere Informationen über hydrodynamische Schmierung und Mischschmierung finden Sie in unserem Anwendungshinweis auf Stribeck-Kurven.

Tabelle 1: Ergebnisse der geschmierten Verschleißprüfung an Kolben.

ABBILDUNG 1: COF-Diagramme für den Ölverschleißtest bei Raumtemperatur A Rohprofil B Hochpass C Tiefpass.

ABBILDUNG 2: COF-Diagramme für den 90°C-Verschleißöltest A Rohprofil B Hochpass C Tiefpass.

ABBILDUNG 3: Optisches Bild der Verschleißnarbe aus dem RT-Motorölverschleißtest.

ABBILDUNG 4: Volumen einer Lochanalyse der Verschleißnarbe aus dem RT-Motorölverschleißtest.

ABBILDUNG 5: Profilometrischer Scan der Verschleißnarbe aus dem RT-Motorölverschleißtest.

ABBILDUNG 6: Optisches Bild einer Verschleißnarbe aus einem 90°C-Motorölverschleißtest

ABBILDUNG 7: Volumen einer Lochanalyse der Verschleißnarbe aus dem 90°C-Motorölverschleißtest.

ABBILDUNG 8: Profilometrischer Scan der Verschleißnarbe aus dem 90°C-Motorölverschleißtest.

Schlussfolgerung: Motorverschleißbewertung mit NANOVEA Tribometern

An einem Kolben mit geschmierter linearer Hin- und Herbewegung wurde ein Verschleißtest durchgeführt, um die Vorgänge in einem realen, in Betrieb befindlichen Motor zu simulieren. Die Schnittstelle zwischen Kolbenschaft, Schmiermittel und Zylinderlaufbuchse ist für den Betrieb eines Motors von entscheidender Bedeutung. Die Schmierstoffdicke an der Schnittstelle ist für den Energieverlust durch Reibung oder Verschleiß zwischen Kolbenschaft und Zylinderlaufbuchse verantwortlich. Um den Motor zu optimieren, muss die Schichtdicke so dünn wie möglich sein, ohne dass sich Kolbenschaft und Zylinderlaufbuchse berühren. Die Herausforderung besteht jedoch darin, wie sich Temperatur-, Geschwindigkeits- und Kraftänderungen auf die P-L-C-Grenzflächen auswirken.

Mit seinem breiten Belastungs- (bis zu 2000 N) und Drehzahlbereich (bis zu 15000 U/min) ist das NANOVEA T2000 Tribometer in der Lage, verschiedene in einem Motor mögliche Bedingungen zu simulieren. Mögliche zukünftige Studien zu diesem Thema beinhalten, wie sich die P-L-C-Grenzflächen unter verschiedenen konstanten Lasten, oszillierenden Lasten, Schmiermitteltemperaturen, Drehzahlen und Schmiermittelauftragsmethoden verhalten. Diese Parameter können mit dem NANOVEA T2000 Tribometer leicht eingestellt werden, um ein vollständiges Verständnis der Mechanismen der Grenzflächen zwischen Kolbenschaft, Schmierstoff und Zylinderlaufbuchse zu erhalten.

ℹ️ Sind Sie an Bremsbelagstests interessiert? Erfahren Sie mehr über unser spezielles Bremsen-Reibungsprüfgerät für Beläge, Auskleidungen und Forschung und Entwicklung in der Automobilindustrie.

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Organische Oberflächentopographie mit tragbarem 3D-Profilometer

ORGANISCHE OBERFLÄCHENTOPOGRAPHIE

MIT TRAGBAREM 3D-PROFILOMETER

Vorbereitet von

CRAIG LEISING

EINFÜHRUNG

Die Natur ist zu einer wichtigen Inspirationsquelle für die Entwicklung verbesserter Oberflächenstrukturen geworden. Das Verständnis der in der Natur vorkommenden Oberflächenstrukturen hat u. a. zu Studien über die Adhäsion von Geckofüßen, über die Widerstandsfähigkeit von Seegurken und über die Abstoßung von Blättern geführt. Diese Oberflächen haben eine Reihe potenzieller Anwendungen, von der Biomedizin bis hin zu Kleidung und Automobilen. Damit diese bahnbrechenden Oberflächen erfolgreich sein können, müssen Herstellungstechniken entwickelt werden, mit denen die Oberflächeneigenschaften nachgeahmt und reproduziert werden können. Dieser Prozess muss identifiziert und kontrolliert werden.

BEDEUTUNG EINES TRAGBAREN BERÜHRUNGSLOSEN OPTISCHEN 3D-PROFILERS FÜR ORGANISCHE OBERFLÄCHEN

Der NANOVEA Jr25 Portable nutzt die Chromatic Light-Technologie Optischer Profiler verfügt über eine hervorragende Fähigkeit, nahezu jedes Material zu messen. Dazu gehören die einzigartigen und steilen Winkel sowie die reflektierenden und absorbierenden Oberflächen, die in der breiten Palette an Oberflächeneigenschaften der Natur zu finden sind. Berührungslose 3D-Messungen liefern ein vollständiges 3D-Bild, um ein umfassenderes Verständnis der Oberflächenmerkmale zu ermöglichen. Ohne 3D-Fähigkeiten würde die Identifizierung natürlicher Oberflächen ausschließlich auf 2D-Informationen oder Mikroskopaufnahmen beruhen, die nicht genügend Informationen liefern, um die untersuchte Oberfläche richtig nachzubilden. Das Verständnis des gesamten Spektrums der Oberflächeneigenschaften, einschließlich Textur, Form, Abmessung und vielem mehr, ist für eine erfolgreiche Fertigung von entscheidender Bedeutung.

Die Möglichkeit, vor Ort auf einfache Weise Ergebnisse in Laborqualität zu erhalten, öffnet die Tür für neue Forschungsmöglichkeiten.

MESSZIEL

Bei dieser Anwendung ist die NANOVEA Jr25 wird verwendet, um die Oberfläche eines Blattes zu messen. Es gibt eine endlose Liste von Oberflächenparametern, die nach dem 3D-Oberflächenscan automatisch berechnet werden können.

Hier werden wir die 3D-Oberfläche überprüfen und wählen
Bereiche von Interesse, die weiter analysiert werden sollen, darunter
Quantifizierung und Untersuchung der Oberflächenrauhigkeit, der Kanäle und der Topografie

NANOVEA

JR25

TESTBEDINGUNGEN

PFEILTIEFE

Mittlere Dichte der Furchen: 16,471 cm/cm2
Mittlere Tiefe der Furchen: 97,428 μm
Maximale Tiefe: 359,769 μm

SCHLUSSFOLGERUNG

In dieser Anwendung haben wir gezeigt, wie die NANOVEA Der tragbare, berührungslose optische 3D-Profiler Jr25 kann sowohl die Topografie als auch die Details im Nanometerbereich einer Blattoberfläche im Feld präzise charakterisieren. Anhand dieser 3D-Oberflächenmessungen können Bereiche von Interesse schnell identifiziert und dann mit einer Liste von endlosen Studien analysiert werden (Abmessung, Rauheit, Textur, Form, Topographie, Ebenheit, Verzug, Ebenheit, Volumen, Stufenhöhe und andere). Ein 2D-Querschnitt kann leicht ausgewählt werden, um weitere Details zu analysieren. Mit diesen Informationen können organische Oberflächen mit einem kompletten Satz von Oberflächenmessmitteln umfassend untersucht werden. Spezielle Bereiche von Interesse können mit dem integrierten AFM-Modul auf Tischmodellen weiter analysiert werden.

NANOVEA bietet auch tragbare Hochgeschwindigkeitsprofilometer für die Feldforschung und eine breite Palette von Laborsystemen an und erbringt Labordienstleistungen.

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Haftungseigenschaften einer Goldbeschichtung auf einem Quarzkristallsubstrat

Adhäsionseigenschaften der Goldbeschichtung

auf Quarzkristall-Substrat

Vorbereitet von

DUANJIE LIPhD

EINFÜHRUNG

Die Quarzkristall-Mikrowaage (QCM) ist ein äußerst empfindlicher Massensensor, der präzise Messungen von kleinen Massen im Nanogrammbereich vornehmen kann. Die QCM misst die Massenänderung auf der Oberfläche, indem sie Veränderungen der Resonanzfrequenz des Quarzkristalls mit zwei Elektroden auf jeder Seite der Platte feststellt. Die Fähigkeit, extrem kleine Gewichte zu messen, macht es zu einer Schlüsselkomponente in einer Vielzahl von Forschungs- und Industrieinstrumenten, um die Veränderung von Masse, Adsorption, Dichte und Korrosion usw. zu erkennen und zu überwachen.

BEDEUTUNG DES SCRATCH-TESTS FÜR QCM

Als extrem genaues Gerät misst das QCM die Massenänderung bis auf 0,1 Nanogramm genau. Jeder Massenverlust oder jede Delamination der Elektroden auf der Quarzplatte wird vom Quarzkristall erkannt und führt zu erheblichen Messfehlern. Daher spielen die Qualität der Elektrodenbeschichtung und die Unversehrtheit der Grenzflächen des Beschichtungs-/Substratsystems eine wesentliche Rolle bei der Durchführung genauer und wiederholbarer Massenmessungen. Der Mikrokratztest ist eine weit verbreitete Vergleichsmessung zur Bewertung der relativen Kohäsions- oder Adhäsionseigenschaften von Beschichtungen auf der Grundlage eines Vergleichs der kritischen Belastungen, bei denen es zu Ausfällen kommt. Er ist ein hervorragendes Instrument für die zuverlässige Qualitätskontrolle von QCMs.

MESSZIEL

Bei dieser Anwendung ist die NANOVEA Mechanischer Tester, im Mikrokratzmodus, wird verwendet, um die Kohäsions- und Haftfestigkeit der Goldbeschichtung auf dem Quarzsubstrat einer QCM-Probe zu bewerten. Wir möchten die Leistungsfähigkeit des zeigen NANOVEA Mechanisches Prüfgerät zur Durchführung von Mikrokratztests an einer empfindlichen Probe mit hoher Präzision und Wiederholbarkeit.

NANOVEA

PB1000

TESTBEDINGUNGEN

Die NANOVEA Der PB1000 Mechanical Tester wurde zur Durchführung der Mikrokratztests an einer QCM-Probe mit den unten zusammengefassten Testparametern verwendet. Es wurden drei Kratzer durchgeführt, um die Reproduzierbarkeit der Ergebnisse zu gewährleisten.

LADUNGSTYP: Progressiv

ANFANGSLADUNG

0.01 N

ENDLADUNG

30 N

ATMOSPHÄRE: Luft 24°C

GLEITGESCHWINDIGKEIT

2 mm/min

GLEITSTRECKE

2 mm

ERGEBNISSE & DISKUSSION

Die vollständige Mikrokratzspur auf der QCM-Probe ist in ABBILDUNG 1. Das Versagensverhalten bei verschiedenen kritischen Lasten ist in ABBILDUNG 2 dargestelltwobei die kritische Last, LC1 ist definiert als die Belastung, bei der das erste Anzeichen eines Klebstoffversagens in der Kratzspur auftritt, LC2 ist die Belastung, nach der es zu wiederholten Klebstoffausfällen kommt, und LC3 ist die Last, bei der die Beschichtung vollständig vom Substrat entfernt wird. Es ist zu beobachten, dass bei L+ wenig Abplatzungen stattfinden.C1 von 11,15 N, dem ersten Anzeichen für ein Versagen der Beschichtung.

Da die normale Belastung während des Mikrokratztests weiter ansteigt, kommt es zu wiederholten Klebstoffausfällen nach LC2 von 16,29 N. Wenn LC3 von 19,09 N erreicht wird, löst sich die Beschichtung vollständig vom Quarzsubstrat ab. Solche kritischen Belastungen können für einen quantitativen Vergleich der Kohäsions- und Adhäsionskraft der Beschichtung verwendet werden, um den besten Kandidaten für bestimmte Anwendungen auszuwählen.

ABBILDUNG 1: Vollständige Mikrokratzspur auf der QCM-Probe.

ABBILDUNG 2: Mikrokratzspur bei verschiedenen kritischen Belastungen.

ABBILDUNG 3 stellt die Entwicklung des Reibungskoeffizienten und der Tiefe dar, die mehr Aufschluss über das Fortschreiten von Beschichtungsfehlern während des Mikrokratztests geben können.

ABBILDUNG 3: Entwicklung von COF und Tiefe während des Mikrokratztests.

SCHLUSSFOLGERUNG

In dieser Studie haben wir gezeigt, dass die NANOVEA Mechanical Tester führt zuverlässige und genaue Mikrokratztests an einer QCM-Probe durch. Durch die kontrollierte und genau überwachte Anwendung linear ansteigender Lasten ermöglicht die Kratzmessung die Ermittlung der kritischen Last, bei der ein typisches Versagen der kohäsiven und adhäsiven Beschichtung auftritt. Er ist ein hervorragendes Instrument zur quantitativen Bewertung und zum Vergleich der intrinsischen Qualität der Beschichtung und der Grenzflächenintegrität des Beschichtungs-/Substratsystems für QCM.

Die Nano-, Mikro- oder Makromodule des NANOVEA Die mechanischen Prüfgeräte verfügen alle über ISO- und ASTM-konforme Prüfmodi für Eindrücke, Kratzer und Abnutzung und bieten damit das breiteste und benutzerfreundlichste Prüfspektrum, das in einem einzigen System verfügbar ist. NANOVEAist die 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.

Darüber hinaus sind ein optionaler berührungsloser 3D-Profiler und ein AFM-Modul für die hochauflösende 3D-Darstellung von Vertiefungen, Kratzern und Verschleißspuren sowie für andere Oberflächenmessungen wie Rauheit und Verzug erhältlich.

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