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AR Kategorie: Anwendungshinweise
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
Haben Sie eine ähnliche Anwendung?
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.
UND NUN ZU IHRER BEWERBUNG
Inline-Rauhigkeitsprüfung
Sofortige Fehlererkennung mit In-Line-Profilern
Die Oberflächenrauheit und -beschaffenheit ist für die Endverwendung eines Produkts entscheidend. Eine schnelle, quantifizierbare und zuverlässige Inline-Inspektion der Produktoberfläche stellt sicher, dass fehlerhafte Produkte sofort erkannt werden, um die Arbeit zu bestimmen.
Bedingungen in der Produktionslinie. Sie verbessert nicht nur die Produktivität und Effizienz, sondern verringert auch die Fehlerquote,
Nacharbeit und Verschwendung.
BEDEUTUNG DES BERÜHRUNGSLOSEN PROFILERS FÜR DIE INLINE-RAUHEITSPRÜFUNG
Oberflächenfehler entstehen durch Materialverarbeitung und Produktherstellung. Die Inline-Oberflächenqualitätsprüfung gewährleistet eine strengste Qualitätskontrolle der Endprodukte. Der Nanovea Berührungslose 3D-Profilometer nutzen die chromatische Konfokaltechnologie mit der einzigartigen Fähigkeit, die Rauheit einer Probe berührungslos zu bestimmen. Es können mehrere Profilsensoren installiert werden, um die Rauheit und Textur verschiedener Bereiche des Produkts gleichzeitig zu überwachen. Der von der Analysesoftware in Echtzeit berechnete Rauheitsschwellenwert dient als schnelles und zuverlässiges Pass/Fail-Tool.
MESSZIEL
In dieser Studie wird das mit einem Punktsensor ausgestattete Nanovea-Förderbandsystem für die Rauheitsprüfung von Acryl- und Sandpapierproben eingesetzt. Wir zeigen die Fähigkeit des berührungslosen Nanovea-Profilometers, eine schnelle und zuverlässige Inline-Rauheitsinspektion in einer Produktionslinie in Echtzeit durchzuführen.
ERGEBNISSE UND DISKUSSION
Das Bandprofilometersystem kann in zwei Betriebsarten arbeiten, nämlich im Auslösemodus und im Dauermodus. Wie in Abbildung 2 dargestellt, wird im Auslösemodus die Oberflächenrauheit der Proben gemessen, wenn sie unter den optischen Profilmessköpfen hindurchlaufen. Im Vergleich dazu ermöglicht der Dauermodus die kontinuierliche Messung der Oberflächenrauheit auf einer kontinuierlichen Probe, wie z. B. Metallblech und Gewebe. Es können mehrere optische Profiler-Sensoren installiert werden, um die Rauheit verschiedener Probenbereiche zu überwachen und aufzuzeichnen.
Während der Echtzeit-Rauheitsmessung werden in den Softwarefenstern die Warnungen "bestanden" und "nicht bestanden" angezeigt, wie in Abbildung 4 und Abbildung 5 dargestellt. Wenn der Rauheitswert innerhalb der vorgegebenen Schwellenwerte liegt, wird der gemessene Rauheitswert grün hervorgehoben. Die Markierung wird jedoch rot, wenn die gemessene Oberflächenrauheit außerhalb des Bereichs der festgelegten Schwellenwerte liegt. Damit steht dem Benutzer ein Werkzeug zur Verfügung, mit dem er die Qualität der Oberflächenbeschaffenheit eines Produkts bestimmen kann.
In den folgenden Abschnitten werden zwei Arten von Proben, z. B. Acryl und Sandpapier, verwendet, um den Auslösemodus und den kontinuierlichen Modus des Inspektionssystems zu demonstrieren.
Auslösemodus: Oberflächeninspektion der Acrylprobe
Eine Reihe von Acrylproben werden auf dem Förderband ausgerichtet und unter dem optischen Profilierkopf hindurchbewegt, wie in Abbildung 1 dargestellt. Die Falschfarbenansicht in Abbildung 6 zeigt die Veränderung der Oberflächenhöhe. Einige der spiegelglatten Acrylproben wurden geschliffen, um eine raue Oberflächenstruktur zu erzeugen (siehe Abbildung 6b).
Während sich die Acrylproben mit konstanter Geschwindigkeit unter dem optischen Profilierkopf bewegen, wird das Oberflächenprofil gemessen, wie in Abbildung 7 und Abbildung 8 dargestellt. Der Rauheitswert des gemessenen Profils wird gleichzeitig berechnet und mit den Schwellenwerten verglichen. Wenn der Rauheitswert über dem eingestellten Schwellenwert liegt, wird ein roter Fehleralarm ausgelöst, so dass der Benutzer das fehlerhafte Produkt in der Produktionslinie sofort erkennen und lokalisieren kann.
Kontinuierlicher Modus: Oberflächeninspektion der Schleifpapierprobe
Oberflächenhöhenkarte, Rauheitsverteilungskarte und Pass/Fail-Rauheitsschwellenkarte der Oberfläche der Sandpapierprobe, wie in Abbildung 9 dargestellt. Die Sandpapierprobe hat einige höhere Spitzen in dem verwendeten Teil, wie in der Oberflächenhöhenkarte dargestellt. Die verschiedenen Farben in der Palette von Abbildung 9C stellen den Rauheitswert der lokalen Oberfläche dar. Die Rauheitskarte zeigt eine homogene Rauheit im intakten Bereich der Sandpapierprobe, während der benutzte Bereich in dunkelblauer Farbe hervorgehoben ist, was auf den geringeren Rauheitswert in diesem Bereich hinweist. Ein Schwellenwert für die Pass/Fail-Rauheit kann eingerichtet werden, um solche Regionen zu lokalisieren, wie in Abbildung 9D gezeigt.
Während das Schleifpapier kontinuierlich unter dem Inline-Profiler-Sensor hindurchläuft, wird der lokale Rauheitswert in Echtzeit berechnet und aufgezeichnet, wie in Abbildung 10 dargestellt. Die Pass/Fail-Warnungen werden auf dem Softwarebildschirm auf der Grundlage der eingestellten Rauheitsschwellenwerte angezeigt und dienen als schnelles und zuverlässiges Werkzeug für die Qualitätskontrolle. Die Qualität der Produktoberfläche in der Produktionslinie wird vor Ort geprüft, um fehlerhafte Bereiche rechtzeitig zu entdecken.
SCHLUSSFOLGERUNG
In dieser Anwendung haben wir gezeigt, dass das Nanovea Conveyor Profilometer, ausgestattet mit einem optischen, berührungslosen Profilsensor, als zuverlässiges Inline-Qualitätskontrollinstrument effektiv und effizient arbeitet.
Das Inspektionssystem kann in der Produktionslinie installiert werden, um die Oberflächenqualität der Produkte an Ort und Stelle zu überwachen. Der Rauheitsschwellenwert dient als zuverlässiges Kriterium zur Bestimmung der Oberflächenqualität der Produkte und ermöglicht es dem Benutzer, fehlerhafte Produkte rechtzeitig zu erkennen. Zwei Inspektionsmodi, nämlich der Auslösemodus und der Dauermodus, werden angeboten, um die Anforderungen an die Inspektion verschiedener Produkttypen zu erfüllen.
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, Glasfaser, Optik, Automobil, Luft- und Raumfahrt, Metallurgie, Bearbeitung, Beschichtungen, Pharmazeutik, Biomedizin, Umwelt und vielen anderen.
UND NUN ZU IHRER BEWERBUNG
Block-On-Ring-Verschleißtest
BEDEUTUNG DER BEWERTUNG DES BLOCK-AUF-RING-VERSCHLEISSES
Gleitverschleiß ist der fortschreitende Materialverlust, der dadurch entsteht, dass zwei Werkstoffe unter Belastung an der Kontaktfläche gegeneinander gleiten. Er tritt unweigerlich in einer Vielzahl von Branchen auf, in denen Maschinen und Motoren in Betrieb sind, darunter die Automobilindustrie, die Luft- und Raumfahrt, die Öl- und Gasindustrie und viele andere. Eine solche Gleitbewegung führt zu ernsthaftem mechanischem Verschleiß und Materialtransfer an der Oberfläche, was zu einer verringerten Produktionseffizienz, Maschinenleistung oder sogar zu Schäden an der Maschine führen kann.
Beim Gleitverschleiß treten häufig komplexe Verschleißmechanismen an der Kontaktfläche auf, wie z. B. Adhäsionsverschleiß, Zweikörperabrieb, Dreikörperabrieb und Ermüdungsverschleiß. Das Verschleißverhalten von Werkstoffen wird maßgeblich von der Arbeitsumgebung wie Normalbelastung, Geschwindigkeit, Korrosion und Schmierung beeinflusst. Ein vielseitiges Tribometer die verschiedene realistische Arbeitsbedingungen simulieren können, sind ideal für die Verschleißbewertung.
Der Block-on-Ring-Test (ASTM G77) ist eine weit verbreitete Technik, die das Gleitverschleißverhalten von Materialien unter verschiedenen simulierten Bedingungen bewertet und eine zuverlässige Einstufung von Materialpaaren für bestimmte tribologische Anwendungen ermöglicht.
Der Block-on-Ring-Test (ASTM G77) ist eine weit verbreitete Technik, die das Gleitverschleißverhalten von Materialien unter verschiedenen simulierten Bedingungen bewertet und eine zuverlässige Einstufung von Materialpaaren für bestimmte tribologische Anwendungen ermöglicht.
MESSZIEL
In dieser Anwendung misst der Nanovea Mechanical Tester die YS- und UTS-Werte von Proben aus rostfreiem Stahl SS304 und Aluminiumlegierung Al6061. Die Proben wurden aufgrund ihrer allgemein anerkannten YS- und UTS-Werte ausgewählt, die die Zuverlässigkeit der Eindringmethoden von Nanovea belegen.
Das Gleitverschleißverhalten eines H-30-Blocks auf einem S-10-Ring wurde mit dem Tribometer von Nanovea unter Verwendung des Block-on-Ring-Moduls bewertet. Der H-30-Block besteht aus 01-Werkzeugstahl mit einer Härte von 30 HRC, während der S-10-Ring aus Stahl des Typs 4620 mit einer Oberflächenhärte von 58 bis 63 HRC und einem Ringdurchmesser von ~34,98 mm besteht. Um die Auswirkung auf das Verschleißverhalten zu untersuchen, wurden Block-on-Ring-Tests in trockenen und geschmierten Umgebungen durchgeführt. Schmierungstests wurden in USP-Schwermineralöl durchgeführt. Die Verschleißspur wurde mit Nanovea untersucht Berührungsloses 3D-Profilometer. Die Testparameter sind in Tabelle 1 zusammengefasst. Die Verschleißrate (K) wurde anhand der Formel K=V/(F×s) bewertet, wobei V das abgenutzte Volumen, F die normale Belastung und s die Gleitstrecke ist.
ERGEBNISSE UND DISKUSSION
Abbildung 2 vergleicht den Reibungskoeffizienten (COF) der Block-auf-Ring-Tests in trockenen und geschmierten Umgebungen. Der Block hat in einer trockenen Umgebung deutlich mehr Reibung als in einer geschmierten Umgebung. COF
schwankt während der Einlaufphase in den ersten 50 Umdrehungen und erreicht für den Rest des 200-Umdrehungen-Verschleißtests einen konstanten COF von ~0,8. Im Vergleich dazu zeigt der Block-on-Ring-Test, der mit der USP-Schwermineralölschmierung durchgeführt wurde, einen konstant niedrigen COF von 0,09 während des gesamten Verschleißtests mit 500.000 Umdrehungen. Das Schmiermittel reduziert den COF zwischen den Oberflächen deutlich um das ~90-fache.
Die Abbildungen 3 und 4 zeigen die optischen Bilder und 2D-Querschnittsprofile der Verschleißnarben auf den Blöcken nach trockenen und geschmierten Verschleißtests. Das Volumen der Verschleißspuren und die Verschleißraten sind in Tabelle 2 aufgeführt. Der Stahlblock nach dem Trockenverschleißtest bei einer niedrigeren Drehzahl von 72 U/min für 200 Umdrehungen weist ein großes Verschleißspurenvolumen von 9,45 mm˙ auf. Im Vergleich dazu erzeugt der Verschleißtest, der bei einer höheren Drehzahl von 197 U/min für 500.000 Umdrehungen im Mineralölschmierstoff durchgeführt wird, ein wesentlich kleineres Verschleißspurvolumen von 0,03 mm˙.
Die Bilder in Abbildung 3 zeigen, dass bei den Tests unter trockenen Bedingungen ein starker Verschleiß auftritt, verglichen mit dem geringen Verschleiß bei den Tests mit geschmiertem Verschleiß. Die hohe Hitze und die starken Vibrationen, die während des Trockenverschleißtests erzeugt werden, fördern die Oxidation der metallischen Ablagerungen, was zu einem starken Dreikörperabrieb führt. Bei der geschmierten Prüfung reduziert das Mineralöl die Reibung und kühlt die Kontaktfläche, während es gleichzeitig die beim Verschleiß entstehenden Abriebpartikel abtransportiert. Dies führt zu einer erheblichen Reduzierung der Verschleißrate um einen Faktor von ~8×10ˆ. Ein solch erheblicher Unterschied in der Verschleißfestigkeit in unterschiedlichen Umgebungen zeigt, wie wichtig eine korrekte Simulation des Gleitverschleißes unter realistischen Betriebsbedingungen ist.
Das Verschleißverhalten kann sich drastisch ändern, wenn kleine Änderungen der Testbedingungen eingeführt werden. Die Vielseitigkeit des Tribometers von Nanovea ermöglicht Verschleißmessungen bei hohen Temperaturen, bei Schmierung und unter Tribokorrosionsbedingungen. Dank der präzisen Geschwindigkeits- und Positionssteuerung durch den fortschrittlichen Motor können Verschleißtests bei Geschwindigkeiten von 0,001 bis 5000 U/min durchgeführt werden, was es zu einem idealen Werkzeug für Forschungs-/Testlabors macht, um den Verschleiß unter verschiedenen tribologischen Bedingungen zu untersuchen.
Der Oberflächenzustand der Proben wurde mit dem berührungslosen optischen Proÿlometer von Nanovea untersucht. Abbildung 5 zeigt die Oberflächenmorphologie der Ringe nach den Verschleißtests. Die Zylinderform ist entfernt, um die Oberflächenmorphologie und -rauheit, die durch den Gleitverschleißprozess entstanden ist, besser darstellen zu können. Während des Trockenverschleißtests mit 200 Umdrehungen kam es zu einer deutlichen Aufrauung der Oberfläche durch den Dreikörperabrieb. Der Block und der Ring weisen nach dem Trockenverschleißtest eine Rauheit Ra von 14,1 bzw. 18,1 µm auf, verglichen mit 5,7 und 9,1 µm beim Langzeitverschleißtest mit Schmierung und 500.000 Umdrehungen bei einer höheren Drehzahl. Dieser Test zeigt, wie wichtig die richtige Schmierung des Kolbenring-Zylinder-Kontakts ist. Starker Verschleiß beschädigt ohne Schmierung schnell die Kontaktfläche und führt zu einer irreversiblen Verschlechterung der Betriebsqualität und sogar zum Ausfall des Motors.
SCHLUSSFOLGERUNG
In dieser Studie zeigen wir, wie das Tribometer von Nanovea zur Bewertung des Gleitverschleißverhaltens eines Stahl-Metall-Paares mithilfe des Block-on-Ring-Moduls nach dem ASTM G77-Standard verwendet wird. Der Schmierstoff spielt eine entscheidende Rolle für die Verschleißeigenschaften des Werkstoffpaares. Das Mineralöl reduziert die Verschleißrate des H-30-Blocks um den Faktor ~8×10ˆ und den COF um das ~90-fache. Die Vielseitigkeit des Tribometers von Nanovea macht es zu einem idealen Werkzeug zur Messung des Verschleißverhaltens unter verschiedenen Schmier-, Hochtemperatur- und Tribokorrosionsbedingungen.
Das Tribometer von Nanovea bietet präzise und wiederholbare Verschleiß- und Reibungstests im ISO- und ASTM-konformen Rotations- und Linearmodus, mit optionalen Modulen für Hochtemperaturverschleiß, Schmierung und Tribokorrosion, die in einem vorintegrierten System verfügbar sind. Das unübertroffene Sortiment von Nanovea ist eine ideale Lösung zur Bestimmung des gesamten Spektrums tribologischer Eigenschaften dünner oder dicker, weicher oder harter Beschichtungen, Filme und Substrate.
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Analyse von Verbundwerkstoffen mit 3D-Profilometrie
Die Bedeutung der berührungslosen Profilometrie für Verbundwerkstoffe
Es ist von entscheidender Bedeutung, dass Defekte minimiert werden, damit die Verbundwerkstoffe bei Verstärkungsanwendungen so stark wie möglich sind. Da es sich um ein anisotropes Material handelt, ist es von entscheidender Bedeutung, dass die Geweberichtung konsistent ist, um eine hohe Leistungsvorhersage zu gewährleisten. Verbundwerkstoffe haben eines der höchsten Festigkeits-Gewichts-Verhältnisse und sind daher in einigen Fällen stärker als Stahl. Es ist wichtig, die exponierte Oberfläche von Verbundwerkstoffen zu begrenzen, um die chemische Anfälligkeit und die Auswirkungen der Wärmeausdehnung zu minimieren. Die profilometrische Oberflächenprüfung ist für die Qualitätskontrolle bei der Herstellung von Verbundwerkstoffen von entscheidender Bedeutung, um eine hohe Leistungsfähigkeit über eine lange Nutzungsdauer zu gewährleisten.
Nanoveas Berührungsloses 3D-Profilometer unterscheidet sich von anderen Oberflächenmesstechniken wie Tastsonden oder Interferometrie. Unsere Profilometer verwenden axialen Chromatismus, um nahezu jede Oberfläche zu messen, und die offene Lagerung ermöglicht Proben jeder Größe, ohne dass eine Vorbereitung erforderlich ist. Nano- bis Makromessungen werden während der Oberflächenprofilmessung ohne Einfluss des Probenreflexionsvermögens oder der Probenabsorption erzielt. Unsere Profilometer messen problemlos jedes Material: transparent, undurchsichtig, spiegelnd, diffusiv, poliert und rau, mit der erweiterten Fähigkeit, große Oberflächenwinkel ohne Softwaremanipulation zu messen. Die berührungslose Profilometertechnik bietet die ideale und benutzerfreundliche Möglichkeit, die Oberflächenuntersuchungen von Verbundwerkstoffen zu maximieren. zusammen mit den Vorteilen der kombinierten 2D- und 3D-Fähigkeit.
Messung Zielsetzung
Das Nanovea HS2000L Profilometer, das in dieser Anwendung verwendet wird, misst die Oberfläche von zwei Geweben aus Kohlefaserverbundwerkstoffen. Oberflächenrauhigkeit, Gewebelänge, Isotropie, Fraktalanalyse und andere Oberflächenparameter werden zur Charakterisierung der Verbundwerkstoffe verwendet. Der gemessene Bereich wurde nach dem Zufallsprinzip ausgewählt und als groß genug angenommen, damit die Eigenschaftswerte mit der leistungsstarken Oberflächenanalyse-Software von Nanovea verglichen werden können.
Ergebnisse und Diskussion
Oberflächenanalyse
Die Höhenparameter bestimmen, wie rau Verbundwerkstoffteile mit einem geringen Faser-Matrix-Verhältnis sein werden. Unsere Ergebnisse vergleichen verschiedene Gewebetypen und Gewebe zur Bestimmung der Oberflächengüte nach der Verarbeitung. Die Oberflächenbeschaffenheit wird bei Anwendungen kritisch, bei denen die Aerodynamik eine Rolle spielen kann.
Isotropie
Isotropie zeigt die Richtungsabhängigkeit des Gewebes, um die erwarteten Eigenschaftswerte zu bestimmen. Unsere Studie zeigt, dass der bidirektionale Verbundwerkstoff wie erwartet ~60% isotrop ist. In der Zwischenzeit ist der unidirektionale Verbundwerkstoff ~13% isotrop, was auf die starke Einzelfaserrichtung der Faser zurückzuführen ist.
Webart-Analyse
Die Größe des Gewebes bestimmt die Konsistenz der Packung und die Breite der im Verbundstoff verwendeten Fasern. Unsere Studie zeigt, wie einfach es ist, die Gewebegröße bis auf den Mikrometer genau zu messen, um die Qualität der Teile sicherzustellen.
Textur-Analyse
Die Texturanalyse der dominanten Wellenlänge deutet darauf hin, dass die Strähnengröße bei beiden Verbundwerkstoffen 4,27 Mikrometer dick ist. Die Analyse der fraktalen Dimension der Faseroberfläche bestimmt die Glätte, um herauszufinden, wie leicht sich die Fasern in einer Matrix verfestigen. Die fraktale Dimension der unidirektionalen Faser ist höher als die der bidirektionalen Faser, was sich auf die Verarbeitung der Verbundwerkstoffe auswirken kann.
Schlussfolgerung
In dieser Anwendung haben wir gezeigt, dass das berührungslose Profilometer Nanovea HS2000L die faserige Oberfläche von Verbundwerkstoffen präzise charakterisiert. Wir haben Unterschiede zwischen den Gewebetypen von Kohlenstofffasern mit Höhenparametern, Isotropie, Texturanalyse und Abstandsmessungen und vieles mehr unterschieden.
Unsere Profilometer-Oberflächenmessungen mildern präzise und schnell Schäden an Verbundwerkstoffen, wodurch Defekte in Teilen verringert und die Leistungsfähigkeit von Verbundwerkstoffen maximiert werden. Die Geschwindigkeit der 3D-Profilometer von Nanovea reicht von <1mm/s bis 500mm/s und eignet sich für Forschungsanwendungen ebenso wie für die Anforderungen der Hochgeschwindigkeitsinspektion. Das Nanovea-Profilometer ist die Lösung
für jeden Bedarf an zusammengesetzten Messungen.
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Bewertung der Härte von biologischem Gewebe durch Nanoindentation
Bedeutung der Nanoindentierung von biologischem Gewebe
Herkömmliche mechanische Prüfungen (Härte, Adhäsion, Druck, Durchstoß, Streckgrenze usw.) erfordern in den heutigen Qualitätskontrollumgebungen mit einem breiten Spektrum fortschrittlicher Materialien - von Gewebe bis hin zu spröden Werkstoffen - mehr Präzision und Zuverlässigkeit. Herkömmliche mechanische Messgeräte bieten nicht die empfindliche Lastkontrolle und Auflösung, die für hochentwickelte Materialien erforderlich sind. Die Herausforderungen, die mit Biomaterialien verbunden sind, erfordern die Entwicklung mechanischer Tests, die eine genaue Kraftkontrolle bei extrem weichen Materialien ermöglichen. Diese Materialien erfordern sehr niedrige Prüfkräfte unter mN mit einem großen Tiefenbereich, um eine korrekte Messung der Eigenschaften zu gewährleisten. Darüber hinaus können mit einem einzigen System viele verschiedene mechanische Prüfungen durchgeführt werden, was eine größere Funktionalität ermöglicht. Dies ermöglicht eine Reihe wichtiger Messungen an Biomaterialien, einschließlich Härte, Elastizitätsmodul, Verlust- und Speichermodul und Kriechen, sowie Kratzfestigkeit und Streckgrenze.
Messung Zielsetzung
In dieser Anwendung wird das mechanische Prüfgerät von Nanovea im Nanoindentationsmodus verwendet, um die Härte und den Elastizitätsmodul von 3 separaten Bereichen eines Biomaterialersatzes an fetten, hellen und dunklen Fleischbereichen von Prosciutto zu untersuchen.
Die Nanoindentation basiert auf den Normen für instrumentierte Eindrücke ASTM E2546 und ISO 14577. Dabei werden etablierte Methoden verwendet, bei denen eine Eindringspitze mit bekannter Geometrie mit einer kontrolliert ansteigenden Normallast in eine bestimmte Stelle des Prüfmaterials getrieben wird. Bei Erreichen einer voreingestellten Maximaltiefe wird die Normalkraft reduziert, bis eine vollständige Entspannung eintritt. Die Kraft wird von einem Piezoaktor aufgebracht und in einem Regelkreis mit einer hochempfindlichen Kraftmessdose gemessen. Während der Versuche wird die Position des Eindringkörpers relativ zur Probenoberfläche mit einem hochpräzisen kapazitiven Sensor überwacht. Die sich daraus ergebenden Kraft- und Verschiebungskurven liefern spezifische Daten über die mechanische Beschaffenheit des geprüften Materials. Mit Hilfe etablierter Modelle werden aus den Messdaten quantitative Härte- und Modulwerte berechnet. Die Nanoindentation eignet sich für Messungen mit geringer Belastung und Eindringtiefe im Nanometerbereich.
Ergebnisse und Diskussion
In den nachstehenden Tabellen sind die gemessenen Werte für Härte und Elastizitätsmodul mit Durchschnittswerten und Standardabweichungen aufgeführt. Eine hohe Oberflächenrauhigkeit kann aufgrund der geringen Größe des Eindrucks zu großen Abweichungen bei den Ergebnissen führen.
Der Fettbereich hatte etwa die Hälfte der Härte der Fleischbereiche. Die Fleischbehandlung bewirkte, dass der dunklere Fleischbereich härter war als der helle Fleischbereich. Elastizitätsmodul und Härte stehen in direktem Zusammenhang mit dem Kaugefühl der Fett- und Fleischbereiche. Der Fett- und der helle Fleischbereich haben nach 60 Sekunden eine höhere Kriechrate als das dunkle Fleisch.
Detaillierte Ergebnisse - Fett
Detaillierte Ergebnisse - Leichtes Fleisch
Detaillierte Ergebnisse - Dunkles Fleisch
Schlussfolgerung
In dieser Anwendung ist Nanovea's mechanischer Prüfer Im Nanoindentationsmodus wurden die mechanischen Eigenschaften der Fett- und Fleischbereiche zuverlässig bestimmt und gleichzeitig die hohe Rauheit der Probenoberfläche überwunden. Dies demonstrierte die umfassende und unübertroffene Leistungsfähigkeit des mechanischen Testers von Nanovea. Das System ermöglicht gleichzeitig präzise Messungen der mechanischen Eigenschaften von extrem harten Materialien und weichen biologischen Geweben.
Die Kraftmesszelle im geschlossenen Regelkreis mit dem Piezotisch gewährleistet eine präzise Messung von harten oder weichen Gelmaterialien von 1 bis 5 kPa. Mit demselben System ist es möglich, Biomaterialien bei höheren Belastungen bis zu 400N zu testen. Für Ermüdungsprüfungen können mehrere Belastungszyklen verwendet werden, und mit einer flachen zylindrischen Diamantspitze können Informationen über die Streckgrenze in jeder Zone gewonnen werden. Darüber hinaus können mit der dynamisch-mechanischen Analyse (DMA) die viskoelastischen Eigenschaften, der Verlust und die Speichermodule mit hoher Genauigkeit unter Verwendung der Laststeuerung im geschlossenen Regelkreis bewertet werden. Tests bei verschiedenen Temperaturen und unter Flüssigkeiten sind mit demselben System ebenfalls möglich.
Das mechanische Prüfgerät von Nanovea ist nach wie vor das beste Werkzeug für biologische und weiche Polymer/Gel-Anwendungen.
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Bewertung der Abnutzung und des Kratzens von oberflächenbehandeltem Kupferdraht
Bedeutung der Bewertung von Verschleiß und Kratzern bei Kupferdraht
Kupfer wird seit der Erfindung des Elektromagneten und des Telegrafen seit langem für die elektrische Verdrahtung verwendet. Kupferdrähte werden dank ihrer Korrosionsbeständigkeit, ihrer Lötbarkeit und ihrer Leistungsfähigkeit bei hohen Temperaturen von bis zu 150 °C in einer Vielzahl elektronischer Geräte wie Schalttafeln, Messgeräten, Computern, Geschäftsmaschinen und Haushaltsgeräten eingesetzt. Ungefähr die Hälfte des gesamten geförderten Kupfers wird für die Herstellung von elektrischen Drähten und Kabeln verwendet.
Die Oberflächenqualität von Kupferdrähten ist entscheidend für die Leistungsfähigkeit und Lebensdauer der Anwendung. Mikrodefekte in Drähten können zu übermäßigem Verschleiß, Rissentstehung und -ausbreitung, verminderter Leitfähigkeit und unzureichender Lötbarkeit führen. Eine ordnungsgemäße Oberflächenbehandlung von Kupferdrähten beseitigt die beim Drahtziehen entstandenen Oberflächenfehler und verbessert die Korrosions-, Kratz- und Verschleißfestigkeit. Viele Anwendungen in der Luft- und Raumfahrt mit Kupferdrähten erfordern ein kontrolliertes Verhalten, um unerwartete Ausfälle zu vermeiden. Um die Verschleiß- und Kratzfestigkeit der Kupferdrahtoberfläche richtig zu bewerten, sind quantifizierbare und zuverlässige Messungen erforderlich.
Messung Zielsetzung
In dieser Anwendung simulieren wir einen kontrollierten Verschleißprozess verschiedener Kupferdrahtoberflächenbehandlungen. Kratztests misst die Last, die erforderlich ist, um einen Ausfall der behandelten Oberflächenschicht zu verursachen. Diese Studie stellt den Nanovea vor Tribometer und Mechanischer Tester als ideale Werkzeuge zur Bewertung und Qualitätskontrolle elektrischer Leitungen.
Testverfahren und -abläufe
Der Reibungskoeffizient (COF) und die Verschleißfestigkeit von zwei verschiedenen Oberflächenbehandlungen auf Kupferdrähten (Draht A und Draht B) wurden mit dem Nanovea-Tribometer unter Verwendung eines linear hin- und hergehenden Verschleißmoduls bewertet. Als Gegenmaterial kommt bei dieser Anwendung eine Al₂O₃-Kugel (6 mm Durchmesser) zum Einsatz. Die Verschleißspur wurde mit Nanovea untersucht Berührungsloses 3D-Profilometer. Die Testparameter sind in Tabelle 1 zusammengefasst.
Eine glatte Al₂O₃-Kugel als Gegenmaterial wurde in dieser Studie als Beispiel verwendet. Jedes feste Material mit unterschiedlicher Form und Oberflächenbeschaffenheit kann mit einer kundenspezifischen Vorrichtung aufgebracht werden, um die tatsächliche Anwendungssituation zu simulieren.
Mit dem mechanischen Prüfgerät von Nanovea, das mit einer Rockwell-C-Diamantnadel (Radius 100 μm) ausgestattet ist, wurden Kratztests mit progressiver Belastung an den beschichteten Drähten im Mikrokratzmodus durchgeführt. Die Parameter des Kratztests und die Geometrie der Spitze sind in Tabelle 2 aufgeführt.
Ergebnisse und Diskussion
Abnutzung von Kupferdraht:
Abbildung 2 zeigt die COF-Entwicklung der Kupferdrähte während der Verschleißtests. Draht A zeigt während des gesamten Verschleißtests einen stabilen COF von ~0,4, während Draht B in den ersten 100 Umdrehungen einen COF von ~0,35 aufweist, der dann schrittweise auf ~0,4 ansteigt.
Abbildung 3 vergleicht die Verschleißspuren der Kupferdrähte nach den Tests. Das berührungslose 3D-Profilometer von Nanovea bietet eine hervorragende Analyse der detaillierten Morphologie der Verschleißspuren. Es ermöglicht eine direkte und genaue Bestimmung des Volumens der Verschleißspuren, indem es ein grundlegendes Verständnis für den Verschleißmechanismus liefert. Die Oberfläche von Draht B weist nach einem Verschleißtest mit 600 Umdrehungen erhebliche Verschleißspurenschäden auf. Die 3D-Ansicht des Profilometers zeigt, dass die oberflächenbehandelte Schicht von Draht B vollständig entfernt wurde, was den Verschleißprozess erheblich beschleunigte. Dies hinterließ eine abgeflachte Verschleißspur auf Draht B, wo das Kupfersubstrat freiliegt. Dies kann zu einer erheblich verkürzten Lebensdauer von elektrischen Geräten führen, in denen Draht B verwendet wird. Im Vergleich dazu weist Draht A einen relativ geringen Verschleiß auf, der sich in einer flachen Verschleißspur auf der Oberfläche zeigt. Die oberflächenbehandelte Schicht auf Draht A ließ sich nicht wie die Schicht auf Draht B unter denselben Bedingungen abtragen.
Kratzfestigkeit der Kupferdrahtoberfläche:
Abbildung 4 zeigt die Kratzspuren auf den Drähten nach der Prüfung. Die Schutzschicht von Draht A weist eine sehr gute Kratzfestigkeit auf. Sie delaminiert bei einer Belastung von ~12,6 N. Im Vergleich dazu versagt die Schutzschicht von Draht B bei einer Belastung von ~1,0 N. Ein solch signifikanter Unterschied in der Kratzfestigkeit dieser Drähte trägt zu ihrer Verschleißleistung bei, wobei Draht A eine wesentlich höhere Verschleißfestigkeit aufweist. Die Entwicklung der Normalkraft, des COF und der Tiefe während der Kratztests, die in Abb. 5 dargestellt sind, geben weitere Einblicke in das Versagen der Beschichtung während der Tests.
Schlussfolgerung
In dieser kontrollierten Studie stellten wir das Tribometer von Nanovea vor, das eine quantitative Bewertung der Verschleißfestigkeit von oberflächenbehandelten Kupferdrähten durchführt, und den mechanischen Tester von Nanovea, der eine zuverlässige Beurteilung der Kratzfestigkeit von Kupferdrähten ermöglicht. Die Oberflächenbehandlung von Drähten spielt eine entscheidende Rolle für die tribomechanischen Eigenschaften während ihrer Lebensdauer. Durch die richtige Oberflächenbehandlung von Drähten wird die Verschleiß- und Kratzfestigkeit erheblich verbessert, was für die Leistung und Lebensdauer elektrischer Drähte in rauen Umgebungen von entscheidender Bedeutung ist.
Das Tribometer von Nanovea bietet präzise und wiederholbare Verschleiß- und Reibungstests im ISO- und ASTM-konformen Rotations- und Linearmodus, mit optionalen Modulen für Hochtemperaturverschleiß, Schmierung und Tribokorrosion, die in einem vorintegrierten System verfügbar sind. Das unübertroffene Sortiment von Nanovea ist eine ideale Lösung zur Bestimmung des gesamten Spektrums tribologischer Eigenschaften dünner oder dicker, weicher oder harter Beschichtungen, Filme und Substrate.
