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Kategorie: Reibungsprüfung | Reibungskoeffizient

 

Bewertung von Kratzern und Abnutzungserscheinungen bei industriellen Beschichtungen

INDUSTRIELLE BESCHICHTUNG

BEWERTUNG VON KRATZERN UND VERSCHLEISS MIT EINEM TRIBOMETER

Vorbereitet von

DUANJIE LI, PhD & ANDREA HERRMANN

EINFÜHRUNG

Urethan-Acrylfarbe ist eine schnell trocknende Schutzbeschichtung, die in einer Vielzahl industrieller Anwendungen wie Fußboden- und Autolackierung und anderen eingesetzt wird. Als Bodenfarbe kann sie in Bereichen eingesetzt werden, die stark begangen und befahren werden, z. B. Gehwege, Bordsteine und Parkplätze.

BEDEUTUNG VON KRATZ- UND VERSCHLEISSTESTS FÜR DIE QUALITÄTSKONTROLLE

Traditionell wurden Taber-Abriebtests durchgeführt, um die Verschleißfestigkeit von Acryl-Urethan-Bodenbelägen gemäß der Norm ASTM D4060 zu bewerten. In der Norm heißt es jedoch: "Bei einigen Materialien können Abriebtests mit dem Taber Abraser aufgrund von Änderungen der Abriebeigenschaften des Rades während des Tests Schwankungen unterliegen. "1 Dies kann zu einer schlechten Reproduzierbarkeit der Testergebnisse führen und den Vergleich der von verschiedenen Labors gemeldeten Werte erschweren. Darüber hinaus wird bei den Taber-Abriebtests die Abriebfestigkeit als Gewichtsverlust bei einer bestimmten Anzahl von Abriebzyklen berechnet. Acryl-Urethan-Bodenfarben haben jedoch eine empfohlene Trockenschichtdicke von 37,5-50 μm2.

Der aggressive Abrieb durch den Taber Abraser kann die Acryl-Urethan-Beschichtung schnell abnutzen und zu einem Massenverlust des Substrats führen, was zu erheblichen Fehlern bei der Berechnung des Gewichtsverlusts der Farbe führt. Die Implantation von Schleifpartikeln in den Lack während des Abriebtests trägt ebenfalls zu Fehlern bei. Daher ist eine gut kontrollierte, quantifizierbare und zuverlässige Messung von entscheidender Bedeutung, um eine reproduzierbare Bewertung der Abnutzung des Lacks zu gewährleisten. Darüber hinaus ist die Kratzertest ermöglicht es den Benutzern, vorzeitige Klebstoff-/Kohäsionsfehler in realen Anwendungen zu erkennen.

MESSZIEL

In dieser Studie stellen wir NANOVEA vor Tribometer und Mechanische Prüfgeräte eignen sich ideal zur Bewertung und Qualitätskontrolle von Industriebeschichtungen.

Mit dem NANOVEA Tribometer wird der Abnutzungsprozess von Acryl-Urethan-Fußbodenlacken mit verschiedenen Decklacken kontrolliert und überwacht simuliert. Mit Hilfe von Mikrokratztests wird die Belastung gemessen, die erforderlich ist, um ein kohäsives oder adhäsives Versagen des Lacks zu verursachen.

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TESTVORGANG

In dieser Studie werden vier handelsübliche Acrylbodenbeschichtungen auf Wasserbasis bewertet, die dieselbe Grundierung (Basecoat) und verschiedene Deckbeschichtungen mit derselben Rezeptur aufweisen, wobei die Additivmischungen zur Verbesserung der Haltbarkeit geringfügig geändert wurden. Diese vier Beschichtungen werden als Muster A, B, C und D bezeichnet.

ABNUTZUNGSTEST

Das NANOVEA Tribometer wurde zur Bewertung des tribologischen Verhaltens, z. B. Reibungskoeffizient, COF und Verschleißfestigkeit, eingesetzt. Auf die getesteten Lacke wurde eine SS440-Kugelspitze (Durchmesser 6 mm, Güteklasse 100) aufgetragen. Der COF wurde vor Ort aufgezeichnet. Die Verschleißrate K wurde mithilfe der Formel K=V/(F×s)=A/(F×n) bewertet, wobei V das verschlissene Volumen, F die normale Belastung, s die Gleitstrecke und A ist die Querschnittsfläche der Verschleißspur und n ist die Anzahl der Umdrehungen. Oberflächenrauheit und Verschleißspurprofile wurden von NANOVEA bewertet Optisches Profilometerund die Morphologie der Verschleißspuren wurde mit einem optischen Mikroskop untersucht.

PARAMETER DER VERSCHLEISSPRÜFUNG

NORMALE KRAFT

20 N

SPEED

15 m/min

TESTDAUER

100, 150, 300 und 800 Zyklen

SCRATCH TEST

Mit dem NANOVEA-Mechanikprüfgerät, das mit einer Rockwell-C-Diamantnadel (Radius 200 μm) ausgestattet ist, wurden die Lackproben im Micro Scratch Tester-Modus unter progressiver Belastung geritzt. Es wurden zwei Endbelastungen verwendet: 5 N Endlast zur Untersuchung der Ablösung der Farbe vom Primer und 35 N zur Untersuchung der Ablösung des Primers von den Metallsubstraten. Um die Reproduzierbarkeit der Ergebnisse zu gewährleisten, wurden an jeder Probe drei Tests unter denselben Bedingungen durchgeführt.

Panoramabilder der gesamten Kratzspuren wurden automatisch erstellt, und die kritischen Bruchstellen wurden von der Systemsoftware mit den aufgebrachten Lasten korreliert. Diese Softwarefunktion erleichtert es den Anwendern, die Kratzspuren jederzeit zu analysieren, anstatt die kritische Last unmittelbar nach den Kratztests unter dem Mikroskop bestimmen zu müssen.

SCRATCH-TEST-PARAMETER

LADUNGSTYPProgressiv
ANFANGSLADUNG0,01 mN
ENDLADUNG5 N / 35 N
LADUNGSVERFAHREN10 / 70 N/min
SCRATCH LENGTH3 mm
KREUZGESCHWINDIGKEIT, dx/dt6,0 mm/min
EINDRINGKÖRPERGEOMETRIE120º Kegel
INDENTER MATERIAL (Spitze)Diamant
RADIUS DER EINDRINGKÖRPERSPITZE200 μm

ERGEBNISSE DER VERSCHLEISSPRÜFUNG

An jeder Probe wurden vier Stift-auf-Scheibe-Verschleißtests mit unterschiedlichen Umdrehungszahlen (100, 150, 300 und 800 Zyklen) durchgeführt, um die Entwicklung des Verschleißes zu beobachten. Die Oberflächenmorphologie der Proben wurde mit einem berührungslosen NANOVEA 3D-Profiler gemessen, um die Oberflächenrauheit vor der Durchführung der Verschleißtests zu quantifizieren. Alle Proben wiesen eine vergleichbare Oberflächenrauhigkeit von etwa 1 μm auf, wie in ABBILDUNG 1 dargestellt. Die COF wurde während der Verschleißtests vor Ort aufgezeichnet, wie in ABBILDUNG 2 dargestellt. ABBILDUNG 4 zeigt die Entwicklung der Verschleißspuren nach 100, 150, 300 und 800 Zyklen, und ABBILDUNG 3 fasst die durchschnittliche Verschleißrate der verschiedenen Proben in den verschiedenen Phasen des Verschleißprozesses zusammen.

 

Im Vergleich zu einem COF-Wert von ~0,07 für die anderen drei Proben weist Probe A zu Beginn einen viel höheren COF-Wert von ~0,15 auf, der allmählich ansteigt und nach 300 Verschleißzyklen bei ~0,3 stabil wird. Ein solch hoher COF beschleunigt den Abnutzungsprozess und erzeugt eine beträchtliche Menge an Lackresten, wie in ABBILDUNG 4 zu sehen ist - die Deckschicht von Probe A wurde bereits bei den ersten 100 Umdrehungen entfernt. Wie in ABBILDUNG 3 dargestellt, weist Probe A die höchste Verschleißrate von ~5 μm2/N in den ersten 300 Zyklen auf, die aufgrund der besseren Verschleißfestigkeit des Metallsubstrats leicht auf ~3,5 μm2/N abnimmt. Die Deckschicht von Probe C beginnt nach 150 Verschleißzyklen zu versagen, wie in ABBILDUNG 4 dargestellt, was auch durch den Anstieg der COF in ABBILDUNG 2 angezeigt wird.

 

Im Vergleich dazu zeigen Probe B und Probe D verbesserte tribologische Eigenschaften. Probe B behält während des gesamten Tests einen niedrigen COF bei - der COF steigt leicht von ~0,05 auf ~0,1 an. Ein solcher Schmiereffekt erhöht die Verschleißfestigkeit erheblich - die Deckschicht bietet auch nach 800 Verschleißzyklen noch einen besseren Schutz als die darunter liegende Grundierung. Die niedrigste durchschnittliche Abnutzungsrate von nur ~0,77 μm2/N wird für Probe B bei 800 Zyklen gemessen. Die Deckschicht von Probe D beginnt sich nach 375 Zyklen abzulösen, wie der abrupte Anstieg der COF in ABBILDUNG 2 zeigt. Die durchschnittliche Verschleißrate von Probe D beträgt ~1,1 μm2/N bei 800 Zyklen.

 

Im Vergleich zu den herkömmlichen Taber-Abriebmessungen liefert das NANOVEA Tribometer gut kontrollierte, quantifizierbare und zuverlässige Verschleißbewertungen, die eine reproduzierbare Bewertung und Qualitätskontrolle von kommerziellen Boden-/Autolacken gewährleisten. Darüber hinaus ermöglicht die Fähigkeit der In-situ-COF-Messungen den Nutzern, die verschiedenen Stadien eines Verschleißprozesses mit der Entwicklung der COF zu korrelieren, was für die Verbesserung des grundlegenden Verständnisses des Verschleißmechanismus und der tribologischen Eigenschaften verschiedener Lackbeschichtungen entscheidend ist.

ABBILDUNG 1: 3D-Morphologie und Rauheit der Lackproben.

ABBILDUNG 2: COF während Pin-on-Disk-Tests.

ABBILDUNG 3: Entwicklung der Verschleißrate verschiedener Lacke.

ABBILDUNG 4: Entwicklung der Verschleißspuren während der Stift-Scheibe-Tests.

ERGEBNISSE DER VERSCHLEISSPRÜFUNG

ABBILDUNG 5 zeigt das Diagramm der Normalkraft, der Reibungskraft und der wahren Tiefe als Funktion der Kratzerlänge für Probe A als Beispiel. Ein optionales Schallemissionsmodul kann installiert werden, um weitere Informationen zu erhalten. Da die Normalkraft linear ansteigt, sinkt die Eindringspitze allmählich in die geprüfte Probe ein, was sich in der progressiven Zunahme der wahren Tiefe widerspiegelt. Die Veränderung der Steigung der Kurven für die Reibungskraft und die tatsächliche Tiefe kann als eine der Anzeichen für das Auftreten von Beschichtungsfehlern verwendet werden.

ABBILDUNG 5: Normalkraft, Reibungskraft und wahre Tiefe als Funktion der Kratzlänge für Kratztest von Probe A mit einer maximalen Belastung von 5 N.

ABBILDUNG 6 und ABBILDUNG 7 zeigen die vollständigen Kratzer aller vier getesteten Lackproben mit einer maximalen Belastung von 5 N bzw. 35 N. Probe D benötigte eine höhere Belastung von 50 N, um die Grundierung abzulösen. Die Kratztests bei 5 N Endlast (ABBILDUNG 6) bewerten das kohäsive/adhäsive Versagen des Decklacks, während die Kratztests bei 35 N (ABBILDUNG 7) die Delaminierung der Grundierung bewerten. Die Pfeile in den Schliffbildern zeigen den Punkt an, an dem die Deckschicht oder die Grundierung beginnt, sich vollständig von der Grundierung oder dem Substrat zu lösen. Die Belastung an diesem Punkt, die so genannte kritische Last (Critical Load, Lc), wird zum Vergleich der Kohäsions- oder Adhäsionseigenschaften der Farbe verwendet, wie in Tabelle 1 zusammengefasst.

 

Es ist offensichtlich, dass die Lackprobe D die beste Grenzflächenhaftung aufweist - mit den höchsten Lc-Werten von 4,04 N bei der Ablösung des Lacks und 36,61 N bei der Ablösung des Primers. Probe B weist die zweitbeste Kratzfestigkeit auf. Aus der Kratzanalyse geht hervor, dass die Optimierung der Lackrezeptur entscheidend für das mechanische Verhalten, genauer gesagt für die Kratzfestigkeit und die Haftungseigenschaften von Acrylbodenlacken ist.

Tabelle 1: Zusammenfassung der kritischen Belastungen.

ABBILDUNG 6: Mikroskopische Aufnahmen eines vollständigen Kratzers mit einer maximalen Belastung von 5 N.

ABBILDUNG 7: Mikroskopische Aufnahmen eines vollständigen Kratzers mit einer maximalen Belastung von 35 N.

SCHLUSSFOLGERUNG

Im Vergleich zu den herkömmlichen Taber-Abriebmessungen sind der NANOVEA Mechanical Tester und das Tribometer hervorragende Werkzeuge für die Bewertung und Qualitätskontrolle von kommerziellen Boden- und Automobilbeschichtungen. Der NANOVEA Mechanical Tester kann im Scratch-Modus Adhäsions-/Kohäsionsprobleme in einem Beschichtungssystem erkennen. Das NANOVEA Tribometer bietet eine gut kontrollierte, quantifizierbare und wiederholbare tribologische Analyse der Verschleißfestigkeit und des Reibungskoeffizienten der Beschichtungen.

 

Auf der Grundlage der umfassenden tribologischen und mechanischen Analysen der in dieser Studie getesteten wasserbasierten Acrylbodenbeschichtungen zeigen wir, dass Probe B die niedrigste COF- und Verschleißrate und die zweitbeste Kratzfestigkeit aufweist, während Probe D die beste Kratzfestigkeit und die zweitbeste Verschleißfestigkeit zeigt. Diese Bewertung ermöglicht es uns, den besten Kandidaten für die Anforderungen in verschiedenen Anwendungsumgebungen zu bewerten und auszuwählen.

 

Die Nano- und Mikromodule des NANOVEA-Mechanik-Testers beinhalten alle ISO- und ASTM-konforme Eindring-, Kratz- und Verschleißprüfungsmodi und bieten damit das breiteste Prüfspektrum für die Lackbewertung in einem einzigen Modul. Das NANOVEA Tribometer bietet präzise und wiederholbare Verschleiß- und Reibungstests mit ISO- und ASTM-konformen Rotations- und Linearmodi, wobei optionale Module für Hochtemperaturverschleiß, Schmierung und Tribokorrosion in einem vorintegrierten System erhältlich sind. Die unübertroffene Produktpalette von NANOVEA ist die ideale Lösung für die Bestimmung der gesamten Bandbreite mechanischer/tribologischer Eigenschaften von dünnen oder dicken, weichen oder harten Beschichtungen, Filmen und Substraten, einschließlich Härte, E-Modul, Bruchzähigkeit, Haftung, Verschleißfestigkeit und vielen anderen. Optional sind berührungslose optische NANOVEA-Profiler für die hochauflösende 3D-Darstellung von Kratzern und Verschleißspuren sowie für andere Oberflächenmessungen wie z. B. die Rauheit erhältlich.

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Titaniumnitrid-Beschichtung Kratztest

TITAN-NITRID-BESCHICHTUNG KRATZTEST

INSPEKTION DER QUALITÄTSKONTROLLE

Vorbereitet von

DUANJIE LI, PhD

EINFÜHRUNG

Die Kombination aus hoher Härte, hervorragender Verschleißfestigkeit, Korrosionsbeständigkeit und Inertheit macht Titannitrid (TiN) zu einer idealen Schutzschicht für Metallteile in verschiedenen Branchen. So kann beispielsweise die Kantenfestigkeit und Korrosionsbeständigkeit einer TiN-Beschichtung die Arbeitseffizienz erheblich steigern und die Lebensdauer von Werkzeugmaschinen wie Rasierklingen, Metallschneidern, Spritzgussformen und Sägen verlängern. Seine hohe Härte, Inertheit und Ungiftigkeit machen TiN zu einem hervorragenden Kandidaten für Anwendungen in medizinischen Geräten wie Implantaten und chirurgischen Instrumenten.

WICHTIGKEIT DER TiN-BESCHICHTUNG RATSCHPRÜFUNG

Eigenspannungen in PVD/CVD-Schutzbeschichtungen spielen eine entscheidende Rolle für die Leistungsfähigkeit und mechanische Integrität des beschichteten Bauteils. Die Eigenspannungen stammen aus mehreren Hauptquellen, darunter Wachstumsspannungen, thermische Gradienten, geometrische Beschränkungen und Betriebsbelastungen¹. Das Missverhältnis zwischen der thermischen Ausdehnung der Beschichtung und des Substrats, das während der Beschichtung bei hohen Temperaturen entsteht, führt zu hohen thermischen Restspannungen. Außerdem werden TiN-beschichtete Werkzeuge oft unter sehr hohen konzentrierten Belastungen eingesetzt, z. B. Bohrer und Lager. Die Entwicklung eines zuverlässigen Qualitätskontrollverfahrens zur quantitativen Prüfung der Kohäsions- und Adhäsionsfestigkeit von funktionalen Schutzschichten ist von entscheidender Bedeutung.

[1] V. Teixeira, Vakuum 64 (2002) 393-399.

MESSZIEL

In dieser Studie zeigen wir, dass NANOVEA Mechanische Prüfgeräte im Scratch-Modus sind ideal für die kontrollierte und quantitative Beurteilung der Kohäsions-/Adhäsionsfestigkeit schützender TiN-Beschichtungen.

NANOVEA

PB1000

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Nanoindenter und Kratzprüfgerät Nanovea PB1000

TESTBEDINGUNGEN

Der NANOVEA PB1000 Mechanical Tester wurde zur Durchführung der Beschichtung verwendet. Scratch-Tests an drei TiN-Beschichtungen mit den gleichen Testparametern wie unten zusammengefasst:

LADEMODUS: Progressiv Linear

ANFANGSLADUNG

0.02 N

ENDLADUNG

10 N

LADUNGSVERFAHREN

20 N/min

SCRATCH LENGTH

5 mm

INDENTER-TYP

Sphäro-Kegel

Diamant, 20 μm Radius

ERGEBNISSE & DISKUSSION

ABBILDUNG 1 zeigt die aufgezeichnete Entwicklung der Eindringtiefe, des Reibungskoeffizienten (COF) und der Schallemission während des Tests. Die vollständigen Mikrokratzspuren auf den TiN-Proben sind in ABBILDUNG 2 dargestellt. Das Versagensverhalten bei verschiedenen kritischen Lasten ist in ABBILDUNG 3 dargestellt, wobei die kritische Last Lc1 als die Last definiert ist, bei der das erste Anzeichen eines kohäsiven Risses in der Kratzspur auftritt, Lc2 ist die Last, nach der wiederholte Abplatzungen auftreten, und Lc3 ist die Last, bei der die Beschichtung vollständig vom Substrat entfernt wird. Die kritischen Lastwerte (Lc) für die TiN-Beschichtungen sind in ABBILDUNG 4 zusammengefasst.

Die Entwicklung von Eindringtiefe, COF und Schallemission gibt Aufschluss über den Mechanismus des Versagens der Beschichtung in verschiedenen Stadien, die in dieser Studie durch die kritischen Belastungen dargestellt werden. Es ist zu beobachten, dass Probe A und Probe B während des Kratztests ein vergleichbares Verhalten zeigen. Der Stift dringt allmählich bis zu einer Tiefe von ~0,06 mm in die Probe ein, und der COF steigt allmählich auf ~0,3 an, während die Normallast zu Beginn des Kratztests linear ansteigt. Wenn die Lc1 von ~3,3 N erreicht wird, treten die ersten Anzeichen eines Abplatzens auf. Dies spiegelt sich auch in den ersten großen Ausschlägen im Diagramm von Eindringtiefe, COF und Schallemission wider. Wenn die Belastung weiter bis zu Lc2 von ~3,8 N ansteigt, kommt es zu weiteren Schwankungen bei Eindringtiefe, COF und Schallemission. Auf beiden Seiten der Kratzspur ist ein kontinuierlicher Abplatzungsschaden zu beobachten. Bei Lc3 löst sich die Beschichtung unter dem hohen Druck, den der Stift ausübt, vollständig vom Metallsubstrat ab, so dass das Substrat frei und ungeschützt ist.

Im Vergleich dazu weist Probe C in verschiedenen Phasen der Kratztests geringere kritische Belastungen auf, was sich auch in der Entwicklung der Eindringtiefe, des Reibungskoeffizienten (COF) und der Schallemission während des Kratztests widerspiegelt. Probe C besitzt eine Haftzwischenschicht mit geringerer Härte und höherer Spannung an der Grenzfläche zwischen der oberen TiN-Schicht und dem Metallsubstrat im Vergleich zu Probe A und Probe B.

Diese Studie zeigt, wie wichtig die richtige Substratunterstützung und Beschichtungsarchitektur für die Qualität des Beschichtungssystems ist. Eine stärkere Zwischenschicht kann Verformungen unter hoher externer Belastung und Konzentrationsstress besser widerstehen und somit die Kohäsions- und Haftfestigkeit des Beschichtungs-/Substratsystems verbessern.

ABBILDUNG 1: Entwicklung von Eindringtiefe, COF und Schallemission der TiN-Proben.

ABBILDUNG 2: Vollständige Kratzspur der TiN-Beschichtungen nach den Tests.

ABBILDUNG 3: Versagen der TiN-Beschichtung bei unterschiedlichen kritischen Belastungen, Lc.

ABBILDUNG 4: Zusammenfassung der kritischen Belastungswerte (Lc) für die TiN-Beschichtungen.

SCHLUSSFOLGERUNG

In dieser Studie haben wir gezeigt, dass der NANOVEA PB1000 Mechanik-Tester zuverlässige und genaue Kratztests an TiN-beschichteten Proben in einer kontrollierten und genau überwachten Weise durchführt. Kratzmessungen ermöglichen es den Anwendern, die kritische Belastung, bei der typische kohäsive und adhäsive Beschichtungen versagen, schnell zu identifizieren. Unsere Geräte sind hervorragende Qualitätskontrollinstrumente, mit denen die intrinsische Qualität einer Beschichtung und die Integrität der Grenzflächen eines Beschichtungs-/Substratsystems quantitativ geprüft und verglichen werden können. Eine Beschichtung mit einer geeigneten Zwischenschicht kann großen Verformungen unter hoher äußerer Belastung und Konzentrationsspannung widerstehen und die Kohäsions- und Haftfestigkeit eines Beschichtungs-/Substratsystems verbessern.

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

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Bewertung der Reibung bei extrem niedrigen Geschwindigkeiten
 

Die Bedeutung der Reibungsbewertung bei niedrigen Geschwindigkeiten

Reibung ist die Kraft, die der Relativbewegung von aneinander gleitenden festen Oberflächen entgegenwirkt. Bei der Relativbewegung dieser beiden Kontaktflächen wandelt die Reibung an der Grenzfläche die kinetische Energie in Wärme um. Ein solcher Prozess kann auch zu Materialverschleiß und damit zu einer Leistungsverschlechterung der verwendeten Teile führen.
Aufgrund seines großen Dehnungsverhältnisses, seiner hohen Elastizität sowie seiner hervorragenden Wasserdichtigkeit und Verschleißfestigkeit wird Gummi in einer Vielzahl von Anwendungen und Produkten eingesetzt, bei denen Reibung eine wichtige Rolle spielt, z. B. in Autoreifen, Scheibenwischerblättern, Schuhsohlen und vielen anderen. Je nach Art und Anforderung dieser Anwendungen wird entweder eine hohe oder eine niedrige Reibung gegenüber verschiedenen Materialien gewünscht. Folglich ist eine kontrollierte und zuverlässige Messung der Reibung von Gummi auf verschiedenen Oberflächen von entscheidender Bedeutung.



Messung Zielsetzung

Der Reibungskoeffizient (COF) von Gummi gegenüber verschiedenen Materialien wird mit dem Nanovea kontrolliert und überwacht Tribometer. In dieser Studie möchten wir die Fähigkeit des Nanovea Tribometers zur Messung des COF verschiedener Materialien bei extrem niedrigen Geschwindigkeiten demonstrieren.




Ergebnisse und Diskussion

Der Reibungskoeffizient (COF) von Gummikugeln (Ø 6 mm, RubberMill) auf drei Materialien (Edelstahl SS 316, Cu 110 und optional Acryl) wurde mit dem Nanovea Tribometer bewertet. Die getesteten Metallproben wurden vor der Messung mechanisch auf eine spiegelglatte Oberfläche poliert. Durch die leichte Verformung des Gummiballs unter der aufgebrachten Normallast entstand ein Flächenkontakt, der auch dazu beiträgt, die Auswirkungen von Unebenheiten oder Inhomogenitäten der Probenoberfläche auf die COF-Messungen zu verringern. Die Prüfparameter sind in Tabelle 1 zusammengefasst.


 

Die COF eines Gummiballs gegen verschiedene Materialien bei vier verschiedenen Geschwindigkeiten ist in Abbildung 2 dargestellt. 2 dargestellt, und die von der Software automatisch berechneten durchschnittlichen COFs werden in Abbildung 3 zusammengefasst und verglichen. Interessant ist, dass die Metallproben (SS 316 und Cu 110) deutlich höhere COFs aufweisen, wenn die Drehgeschwindigkeit von einem sehr niedrigen Wert von 0,01 U/min auf 5 U/min ansteigt - der COF-Wert des Paares Gummi/SSS 316 steigt von 0,29 auf 0,8 und von 0,65 auf 1,1 für das Paar Gummi/Cu 110. Diese Feststellung stimmt mit den von mehreren Labors berichteten Ergebnissen überein. Wie von Grosch vorgeschlagen4 Die Reibung von Gummi wird hauptsächlich durch zwei Mechanismen bestimmt: (1) die Adhäsion zwischen Gummi und dem anderen Material und (2) die Energieverluste durch die Verformung des Gummis aufgrund von Oberflächenunebenheiten. Schallamach5 beobachtete Ablösungswellen von Gummi vom Gegenmaterial an der Schnittstelle zwischen weichen Gummikugeln und einer harten Oberfläche. Die Kraft, mit der sich Gummi von der Substratoberfläche ablöst, und die Geschwindigkeit der Ablösewellen können die unterschiedliche Reibung bei verschiedenen Geschwindigkeiten während des Tests erklären.

Im Vergleich dazu weist das Gummi-Acrylat-Materialpaar bei verschiedenen Drehzahlen einen hohen COF-Wert auf. Der COF-Wert steigt leicht von ~ 1,02 auf ~ 1,09, wenn die Drehzahl von 0,01 U/min auf 5 U/min ansteigt. Dieser hohe COF-Wert ist möglicherweise auf eine stärkere lokale chemische Bindung an der Kontaktfläche zurückzuführen, die sich während der Tests bildet.



 
 

 

 




Schlussfolgerung



In dieser Studie zeigen wir, dass Gummi bei extrem niedrigen Geschwindigkeiten ein eigentümliches Reibungsverhalten zeigt - seine Reibung gegen eine harte Oberfläche nimmt mit zunehmender Geschwindigkeit der Relativbewegung zu. Gummi zeigt unterschiedliche Reibung, wenn er auf verschiedenen Materialien gleitet. Mit dem Nanovea Tribometer können die Reibungseigenschaften von Materialien bei verschiedenen Geschwindigkeiten kontrolliert und überwacht werden. Dies ermöglicht es den Anwendern, das grundlegende Verständnis des Reibungsmechanismus der Materialien zu verbessern und die beste Materialpaarung für gezielte tribologische Anwendungen auszuwählen.

Das Nanovea Tribometer bietet präzise und wiederholbare Verschleiß- und Reibungstests mit ISO- und ASTM-konformen Rotations- und Linearmodi, mit optionalen Modulen für Hochtemperaturverschleiß, Schmierung und Tribokorrosion, die in einem vorintegrierten System erhältlich sind. Es ist in der Lage, die Rotationsstufe bei extrem niedrigen Geschwindigkeiten bis hinunter zu 0,01 U/min zu steuern und die Entwicklung der Reibung in situ zu überwachen. Das unübertroffene Angebot von Nanovea ist eine ideale Lösung für die Bestimmung des gesamten Spektrums der tribologischen Eigenschaften von dünnen oder dicken, weichen oder harten Beschichtungen, Filmen und Substraten.

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Mechanische Eigenschaften von Siliziumkarbid-Waferbeschichtungen

Das Verständnis der mechanischen Eigenschaften von Siliziumkarbid-Wafer-Beschichtungen ist entscheidend. Der Herstellungsprozess für mikroelektronische Bauelemente kann über 300 verschiedene Verarbeitungsschritte umfassen und zwischen sechs und acht Wochen dauern. Während dieses Prozesses muss das Wafersubstrat in der Lage sein, den extremen Bedingungen der Herstellung standzuhalten, da ein Versagen in jedem Schritt zu Zeit- und Geldverlusten führen würde. Die Prüfung von HärteUm sicherzustellen, dass es nicht zu einem Ausfall kommt, müssen Haftung/Kratzfestigkeit und COF/Verschleißrate des Wafers bestimmte Anforderungen erfüllen, um den Bedingungen während des Herstellungs- und Anwendungsprozesses standzuhalten.

Mechanische Eigenschaften von Siliziumkarbid-Waferbeschichtungen

Selbstreinigende Glasbeschichtung Reibungsmessung

Die selbstreinigende Glasbeschichtung besitzt eine niedrige Oberflächenenergie, die sowohl Wasser als auch Öl abweist. Eine solche Beschichtung schafft eine leicht zu reinigende und nicht haftende Glasoberfläche, die vor Schmutz und Flecken schützt. Die Easy-Clean-Beschichtung reduziert den Wasser- und Energieverbrauch bei der Glasreinigung erheblich. Sie kommt ohne scharfe und giftige chemische Reinigungsmittel aus und ist damit eine umweltfreundliche Wahl für eine Vielzahl von Anwendungen im privaten und gewerblichen Bereich, z. B. für Spiegel, Duschscheiben, Fenster und Windschutzscheiben.

Selbstreinigende Glasbeschichtung Reibungsmessung

Ritzhärtemessung mit Tribometer

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

Ritzhärtemessung mit Tribometer

Biotribologie endokardialer Ableitungen in Hanks' Lösung

In dieser Studie haben wir das Nano-Reibungs- und Verschleißverhalten von endokardialen Schrittmacherleitungen aus verschiedenen Materialien in Hanks Solution mit dem Nanovea simuliert und verglichen Mechanisch und Tribometer.

Nano-Mikro-Biotribologie endokardialer Elektroden in Hanks' Lösung

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