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CONTÁCTENOS

Pruebas de desgaste del pistón

Pruebas de desgaste del pistón

Uso de un tribómetro

Preparado por

FRANK LIU

INTRODUCCIÓN

Las pérdidas por fricción representan aproximadamente 10% de la energía total del combustible para un motor diesel[1]. 40-55% de la pérdida por fricción proviene del sistema de cilindros de potencia. La pérdida de energía por fricción puede disminuirse con una mejor comprensión de las interacciones tribológicas que se producen en el sistema de cilindros de potencia.

Una parte importante de las pérdidas por fricción en el sistema de cilindros de potencia proviene del contacto entre la falda del pistón y la camisa del cilindro. La interacción entre la falda del pistón, el lubricante y las interfaces del cilindro es bastante compleja debido a los constantes cambios de fuerza, temperatura y velocidad en un motor de la vida real. La optimización de cada factor es clave para obtener un rendimiento óptimo del motor. Este estudio se centrará en reproducir los mecanismos que causan las fuerzas de fricción y el desgaste en las interfaces falda del pistón-lubricante-carcasa del cilindro (P-L-C).

 Esquema del sistema de cilindros de potencia y de las interfaces entre la falda del pistón y la camisa del cilindro.

[1] Bai, Dongfang. Modelización de la lubricación de la falda del pistón en motores de combustión interna. Diss. MIT, 2012

IMPORTANCIA DE LA COMPROBACIÓN DE LOS PISTONES CON TRIBÓMETROS

El aceite de motor es un lubricante bien diseñado para su aplicación. Además del aceite base, se añaden aditivos como detergentes, dispersantes, mejoradores de la viscosidad (VI), agentes antidesgaste/antifricción e inhibidores de la corrosión para mejorar su rendimiento. Estos aditivos afectan al comportamiento del aceite en diferentes condiciones de funcionamiento. El comportamiento del aceite afecta a las interfaces P-L-C y determina si se produce un desgaste significativo por contacto metal-metal o si se produce una lubricación hidrodinámica (muy poco desgaste).

Es difícil entender las interfaces P-L-C sin aislar la zona de las variables externas. Es más práctico simular el evento con condiciones representativas de su aplicación en la vida real. La página web NANOVEA Tribómetro es ideal para esto. Equipado con múltiples sensores de fuerza, un sensor de profundidad, un módulo de lubricante gota a gota y una etapa alternativa lineal, el NANOVEA El T2000 es capaz de imitar de cerca los eventos que ocurren dentro de un bloque de motor y obtener datos valiosos para entender mejor las interfaces P-L-C.

Módulo de líquidos en el tribómetro NANOVEA T2000

El módulo gota a gota es crucial para este estudio. Dado que los pistones pueden moverse a una velocidad muy rápida (por encima de las 3.000 rpm), es difícil crear una fina película de lubricante sumergiendo la muestra. Para remediar este problema, el módulo gota a gota es capaz de aplicar una cantidad constante de lubricante en la superficie de la falda del pistón.

La aplicación de lubricante fresco también elimina la preocupación de que los contaminantes de desgaste desalojados influyan en las propiedades del lubricante.

Tribómetro Neumático de Alta Carga

NANOVEA T2000

Tribómetro de alta carga

OBJETIVO DE MEDICIÓN

En este informe se estudiarán las interfaces falda del pistón-lubricante-guarnición del cilindro. Las interfaces se reproducirán mediante la realización de una prueba de desgaste alternativo lineal con módulo de lubricante gota a gota.

El lubricante se aplicará a temperatura ambiente y en condiciones de calentamiento para comparar el arranque en frío y las condiciones óptimas de funcionamiento. Se observará el COF y la tasa de desgaste para comprender mejor el comportamiento de las interfaces en aplicaciones reales.

PARÁMETROS DE LA PRUEBA

para las pruebas tribológicas de los pistones

CARGA ............................ 100 N

DURACIÓN DE LA PRUEBA ............................ 30 minutos

VELOCIDAD ............................ 2000 rpm

AMPLITUD ............................ 10 mm

DISTANCIA TOTAL ............................ 1200 m

REVESTIMIENTO DE LA FALDA ............................ Moly-grafito

MATERIAL DE LOS PINES ............................ Aleación de aluminio 5052

DIÁMETRO DEL PIN ............................ 10 mm

LUBRICANTE ............................ Aceite de motor (10W-30)

APROX. CAUDAL ............................ 60 mL/min

TEMPERATURA ............................ Temperatura ambiente y 90°C

RESULTADOS DE LA PRUEBA DE RECIPROCIDAD LINEAL

En este experimento, se utilizó el A5052 como contramaterial. Aunque los bloques de motor suelen estar hechos de aluminio fundido, como el A356, el A5052 tiene propiedades mecánicas similares al A356 para este ensayo de simulación [2].

En las condiciones de prueba, se produjo un desgaste significativo
observado en la falda del pistón a temperatura ambiente
en comparación con los 90°C. Los profundos arañazos observados en las muestras sugieren que el contacto entre el material estático y la falda del pistón se produce con frecuencia a lo largo de la prueba. La alta viscosidad a temperatura ambiente puede impedir que el aceite llene completamente los huecos en las interfaces y cree un contacto metal-metal. A mayor temperatura, el aceite se diluye y puede fluir entre el bulón y el pistón. Como resultado, se observa un desgaste significativamente menor a mayor temperatura. La FIGURA 5 muestra que un lado de la cicatriz de desgaste se desgastó mucho menos que el otro. Esto se debe probablemente a la ubicación de la salida de aceite. El espesor de la película de lubricante era más grueso en un lado que en el otro, lo que provocó un desgaste desigual.

 

 

[2] "Aluminio 5052 frente a aluminio 356.0". MakeItFrom.com, makeitfrom.com/compare/5052-O-Aluminum/A356.0-SG70B-A13560-Cast-Aluminum

El COF de las pruebas tribológicas lineales alternativas puede dividirse en un paso alto y un paso bajo. El paso alto se refiere a la muestra que se mueve en la dirección de avance, o positiva, y el paso bajo se refiere a la muestra que se mueve en la dirección inversa, o negativa. Se observó que el COF medio del aceite RT era inferior a 0,1 en ambas direcciones. El COF medio entre pasadas fue de 0,072 y 0,080. Se observó que el COF medio del aceite a 90°C era diferente entre pasadas. Se observaron valores medios de COF de 0,167 y 0,09. La diferencia en el COF es una prueba adicional de que el aceite sólo pudo mojar adecuadamente un lado del pasador. Se obtuvo un COF elevado cuando se formó una película gruesa entre el bulón y la falda del pistón debido a que se produjo una lubricación hidrodinámica. Se observa un COF más bajo en la otra dirección cuando se produce una lubricación mixta. Para obtener más información sobre la lubricación hidrodinámica y la lubricación mixta, visite nuestra nota de aplicación en Curvas Stribeck.

Tabla 1: Resultados de la prueba de desgaste lubricado de los pistones.

FIGURA 1: Gráficos COF para la prueba de desgaste del aceite a temperatura ambiente A perfil bruto B paso alto C paso bajo.

FIGURA 2: Gráficos COF para la prueba de aceite de desgaste a 90°C A perfil bruto B paso alto C paso bajo.

FIGURA 3: Imagen óptica de la cicatriz de desgaste de la prueba de desgaste del aceite de motor RT.

FIGURA 4: Volumen de un análisis de la cicatriz de desgaste de la prueba de desgaste del aceite de motor RT.

FIGURA 5: Perfilometría de la cicatriz de desgaste de la prueba de desgaste del aceite de motor RT.

FIGURA 6: Imagen óptica de la cicatriz de desgaste de la prueba de desgaste del aceite de motor a 90°C

FIGURA 7: Volumen de un análisis de la cicatriz de desgaste de la prueba de desgaste del aceite de motor a 90°C.

FIGURA 8: Perfilometría de la cicatriz de desgaste de la prueba de desgaste del aceite de motor a 90°C.

CONCLUSIÓN

Se han realizado pruebas de desgaste lineal lubricado en un pistón para simular lo que ocurre en un
motor operativo en la vida real. La interfaz entre la falda del pistón, el lubricante y la camisa del cilindro es crucial para el funcionamiento de un motor. El espesor del lubricante en la interfaz es responsable de la pérdida de energía debida a la fricción o al desgaste entre la falda del pistón y la camisa. Para optimizar el motor, el espesor de la película debe ser lo más fino posible sin que la falda del pistón y la camisa se toquen. El reto, sin embargo, es cómo los cambios de temperatura, velocidad y fuerza afectarán a las interfaces P-L-C.

Con su amplia gama de carga (hasta 2000 N) y velocidad (hasta 15000 rpm), el tribómetro NANOVEA T2000 es capaz de simular diferentes condiciones posibles en un motor. Los posibles estudios futuros sobre este tema incluyen cómo se comportarán las interfaces P-L-C bajo diferentes cargas constantes, cargas oscilantes, temperatura del lubricante, velocidad y método de aplicación del lubricante. Estos parámetros pueden ajustarse fácilmente con el tribómetro NANOVEA T2000 para obtener una comprensión completa de los mecanismos de las interfaces falda del pistón-lubricante-guarnición del cilindro.

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Topografía de superficies orgánicas mediante un perfilómetro 3D portátil

TOPOGRAFÍA DE LA SUPERFICIE ORGÁNICA

USO DEL PERFILÓMETRO 3D PORTÁTIL

Preparado por

CRAIG LEISING

INTRODUCCIÓN

La naturaleza se ha convertido en una fuente de inspiración fundamental para el desarrollo de estructuras superficiales mejoradas. La comprensión de las estructuras superficiales que se encuentran en la naturaleza ha dado lugar a estudios de adhesión basados en las patas de los gecos, estudios de resistencia basados en el cambio de textura de los pepinos de mar y estudios de repelencia basados en las hojas, entre otros muchos. Estas superficies tienen un gran número de aplicaciones potenciales, desde la biomedicina hasta la ropa y la automoción. Para que cualquiera de estos avances en materia de superficies tenga éxito, hay que desarrollar técnicas de fabricación que permitan imitar y reproducir las características de la superficie. Es este proceso el que requerirá la identificación y el control.

IMPORTANCIA DEL PERFILADOR ÓPTICO 3D PORTÁTIL SIN CONTACTO PARA SUPERFICIES ORGÁNICAS

Utilizando la tecnología de luz cromática, el NANOVEA Jr25 Portable Perfilador óptico tiene una capacidad superior para medir casi cualquier material. Eso incluye los ángulos únicos y pronunciados, las superficies reflectantes y absorbentes que se encuentran dentro de la amplia gama de características de superficie de la naturaleza. Las mediciones 3D sin contacto proporcionan una imagen 3D completa para brindar una comprensión más completa de las características de la superficie. Sin capacidades 3D, la identificación de las superficies de la naturaleza dependería únicamente de información 2D o imágenes microscópicas, que no proporcionan información suficiente para imitar adecuadamente la superficie estudiada. Comprender toda la gama de características de la superficie, incluidas la textura, la forma y las dimensiones, entre muchas otras, será fundamental para una fabricación exitosa.

La posibilidad de obtener fácilmente resultados de calidad de laboratorio sobre el terreno abre la puerta a nuevas oportunidades de investigación.

OBJETIVO DE MEDICIÓN

En esta aplicación, el NANOVEA Jr25 se utiliza para medir la superficie de una hoja. Existe una lista interminable de parámetros de superficie que pueden calcularse automáticamente tras el escaneo de la superficie en 3D.

Aquí revisaremos la superficie 3D y seleccionaremos
áreas de interés para analizar más a fondo, incluyendo
cuantificar e investigar la rugosidad de la superficie, los canales y la topografía

NANOVEA

JR25

CONDICIONES DE PRUEBA

PROFUNDIDAD DE LA FLECHA

Densidad media de los surcos: 16,471 cm/cm2
Profundidad media de los surcos: 97,428 μm
Profundidad máxima: 359,769 μm

CONCLUSIÓN

En esta aplicación, hemos mostrado cómo el NANOVEA El perfilador óptico sin contacto 3D portátil Jr25 puede caracterizar con precisión tanto la topografía como los detalles a escala nanométrica de la superficie de una hoja en el campo. A partir de estas mediciones de la superficie en 3D, se pueden identificar rápidamente las áreas de interés y luego analizarlas con una lista de estudios interminables (Dimensión, Rugosidad Textura de Acabado, Forma Topografía, Planitud Alabeo Planaridad, Volumen Área, Paso-Altura y otros). Se puede elegir fácilmente una sección transversal 2D para analizar más detalles. Con esta información se pueden investigar ampliamente las superficies orgánicas con un conjunto completo de recursos de medición de superficies. Las áreas especiales de interés podrían analizarse más a fondo con el módulo AFM integrado en los modelos de mesa.

NANOVEA también ofrece perfilómetros portátiles de alta velocidad para la investigación de campo y una amplia gama de sistemas de laboratorio, además de proporcionar servicios de laboratorio.

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Propiedades de adhesión del revestimiento de oro sobre un sustrato de cristal de cuarzo

Propiedades de adhesión del revestimiento de oro

en sustrato de cristal de cuarzo

Preparado por

DUANJIE LI, Doctorado

INTRODUCCIÓN

La microbalanza de cristal de cuarzo (QCM) es un sensor de masa extremadamente sensible capaz de realizar mediciones precisas de pequeñas masas en el rango de los nanogramos. La QCM mide el cambio de masa en la superficie mediante la detección de variaciones en la frecuencia de resonancia del cristal de cuarzo con dos electrodos fijados a cada lado de la placa. La capacidad de medir pesos extremadamente pequeños lo convierte en un componente clave en una variedad de instrumentos de investigación e industriales para detectar y controlar la variación de masa, adsorción, densidad y corrosión, etc.

IMPORTANCIA DE LA PRUEBA DEL RASGUÑO PARA EL QCM

Al ser un dispositivo extremadamente preciso, el QCM mide el cambio de masa hasta 0,1 nanogramos. Cualquier pérdida de masa o delaminación de los electrodos en la placa de cuarzo será detectada por el cristal de cuarzo y causará errores de medición significativos. En consecuencia, la calidad intrínseca del revestimiento del electrodo y la integridad interfacial del sistema de revestimiento/sustrato desempeñan un papel esencial en la realización de una medición de masa precisa y repetible. El ensayo de micro rayado es una medida comparativa ampliamente utilizada para evaluar las propiedades relativas de cohesión o adhesión de los revestimientos, basada en la comparación de las cargas críticas a las que aparecen los fallos. Es una herramienta superior para el control de calidad fiable de los QCM.

OBJETIVO DE MEDICIÓN

En esta aplicación, el NANOVEA Probador Mecánico, en modo Micro Scratch, se utiliza para evaluar la fuerza cohesiva y adhesiva del recubrimiento de oro sobre el sustrato de cuarzo de una muestra de QCM. Nos gustaría mostrar la capacidad de la NANOVEA Probador mecánico en la realización de pruebas de micro rayado en una muestra delicada con alta precisión y repetibilidad.

NANOVEA

PB1000

nanoindentador y rayador Nanovea PB1000
CONDICIONES DE PRUEBA

El NANOVEA Se utilizó el probador mecánico PB1000 para realizar los ensayos de micro rayado en una muestra de QCM utilizando los parámetros de ensayo que se resumen a continuación. Se realizaron tres arañazos para garantizar la reproducibilidad de los resultados.

TIPO DE CARGA: Progresiva

CARGA INICIAL

0.01 N

CARGA FINAL

30 N

ATMOSFERA: Aire 24°C

VELOCIDAD DE DESLIZAMIENTO

2 mm/min

DISTANCIA DE DESLIZAMIENTO

2 mm

RESULTADOS Y DISCUSIÓN

La huella completa de la micro raya en la muestra de QCM se muestra en FIGURA 1. En la FIGURA 2 se muestran los comportamientos de fallo a diferentes cargas críticasdonde la carga crítica, LC1 se define como la carga a la que se produce el primer signo de fallo del adhesivo en la pista de rayado, LC2 es la carga después de la cual se producen fallos adhesivos repetitivos, y LC3 es la carga a la que el recubrimiento se desprende completamente del sustrato. Se puede observar que a LC1 de 11,15 N, el primer signo de fallo del revestimiento. 

Como la carga normal sigue aumentando durante el ensayo de micro rayado, se producen fallos repetitivos del adhesivo después de LC2 de 16,29 N. Cuando LC3 de 19,09 N, el revestimiento se desprende completamente del sustrato de cuarzo. Estas cargas críticas pueden utilizarse para comparar cuantitativamente la resistencia cohesiva y adhesiva del revestimiento y seleccionar el mejor candidato para las aplicaciones previstas.

FIGURA 1: Pista de microrrayado completa en la muestra de QCM.

FIGURA 2: Pista de microrrayado a diferentes cargas críticas.

FIGURA 3 traza la evolución del coeficiente de fricción y de la profundidad que puede proporcionar más información sobre la progresión de los fallos del revestimiento durante el ensayo de microrrayado.

FIGURA 3: Evolución del COF y de la profundidad durante el ensayo de micro scratch.

CONCLUSIÓN

En este estudio, mostramos que el NANOVEA Mechanical Tester realiza ensayos de microarañazos fiables y precisos en una muestra de QCM. Mediante la aplicación de cargas linealmente crecientes de forma controlada y estrechamente supervisada, la medición del rayado permite a los usuarios identificar la carga crítica en la que se produce el típico fallo del revestimiento cohesivo y adhesivo. Proporciona una herramienta superior para evaluar y comparar cuantitativamente la calidad intrínseca del revestimiento y la integridad interfacial del sistema de revestimiento/sustrato para QCM.

Los módulos Nano, Micro o Macro del NANOVEA Todos los comprobadores mecánicos incluyen modos de indentación, rayado y desgaste conformes a las normas ISO y ASTM, lo que proporciona la gama de pruebas más amplia y fácil de usar disponible en un solo sistema. NANOVEAes una solución ideal para determinar toda la gama de propiedades mecánicas de revestimientos, películas y sustratos finos o gruesos, blandos o duros, incluyendo la dureza, el módulo de Young, la resistencia a la fractura, la adhesión, la resistencia al desgaste y muchas otras.

Además, se dispone de un perfilador 3D sin contacto y un módulo AFM opcionales para obtener imágenes 3D de alta resolución de la indentación, el rayado y la huella de desgaste, además de otras mediciones de superficie, como la rugosidad y el alabeo.

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El líder mundial en pruebas micromecánicas

AHORA EL LÍDER MUNDIAL

PRUEBAS MICROMECÁNICAS

Preparado por

PIERRE LEROUX y DUANJIE LI, PhD

INTRODUCCIÓN

Los Microdurómetros Vickers estándar tienen rangos de carga utilizables de 10 a 2000 gramos de fuerza (gf). Los Macro Durómetros Vickers estándar cargan de 1 a 50 Kgf. Estos instrumentos no sólo son muy limitados en cuanto a la gama de cargas, sino que también son inexactos cuando se trata de superficies más rugosas o de cargas bajas, cuando las muescas son demasiado pequeñas para ser medidas visualmente. Estas limitaciones son intrínsecas a la tecnología más antigua y, como resultado, la indentación instrumentada se está convirtiendo en la opción estándar debido a la mayor precisión y rendimiento que aporta.

Con El sistema de ensayos micromecánicos líder en el mundo de NANOVEA, la dureza Vickers se calcula automáticamente a partir de los datos de profundidad frente a la carga con el rango de carga más amplio en un solo módulo jamás disponible (de 0,3 gramos a 2 Kg o de 6 gramos a 40 Kg). Dado que mide la dureza a partir de las curvas de profundidad frente a la carga, el Módulo NANOVEA Micro puede medir cualquier tipo de materiales, incluidos los muy elásticos. También puede proporcionar no sólo la dureza Vickers, sino también datos precisos del módulo elástico y de la fluencia, además de otros tipos de pruebas como la prueba de adhesión al rayado, el desgaste, la prueba de fatiga, el límite elástico y la tenacidad a la fractura para una gama completa de datos de control de calidad.

AHORA EL LÍDER MUNDIAL EN PRUEBAS MICROMECÁNICAS

En esta nota de aplicación, se explicará cómo se ha diseñado el Micro Module para ofrecer los principales ensayos de indentación y rayado instrumentados del mundo. La capacidad de ensayo de amplio rango del Micro Module es ideal para muchas aplicaciones. Por ejemplo, el rango de carga permite realizar mediciones precisas de la dureza y el módulo elástico de revestimientos duros y delgados, y luego puede aplicar cargas mucho más altas para medir la adherencia de estos mismos revestimientos.

OBJETIVO DE MEDICIÓN

La capacidad del micromódulo se muestra con el NANOVEA CB500 Probador Mecánico por
realizando tanto ensayos de indentación como de rayado con una precisión y fiabilidad superiores utilizando un amplio rango de carga de 0,03 a 200 N.

NANOVEA

CB500

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CONDICIONES DE PRUEBA

Se realizó una serie (3×4, 12 indentaciones en total) de microindentaciones en una muestra de acero estándar utilizando un indentador Vickers. La carga y la profundidad se midieron y registraron para el ciclo completo de la prueba de indentación. Las indentaciones se realizaron con diferentes cargas máximas que iban de 0,03 N a 200 N (0,0031 a 20,4 kgf) para mostrar la capacidad del micromódulo de realizar ensayos de indentación precisos con diferentes cargas. Cabe destacar que también está disponible una célula de carga opcional de 20 N para proporcionar una resolución 10 veces mayor para los ensayos en el rango de carga inferior, desde 0,3 gf hasta 2 kgf.

Se realizaron dos ensayos de rayado con el Módulo Micro con una carga lineal creciente de 0,01 N a 200 N y de 0,01 N a 0,5 N, respectivamente, utilizando palpadores de diamante cónico-esféricos con radios de punta de 500 μm y 20 μm.

Veinte Microindentación se llevaron a cabo ensayos en la muestra estándar de acero a 4 N mostrando la superior repetibilidad de los resultados del Micro Módulo que contrasta con el rendimiento de los durómetros Vickers convencionales.

*microindentador en la muestra de acero

PARÁMETROS DE LA PRUEBA

de la cartografía de indentación

MAPEO: 3 POR 4 INDENTOS

RESULTADOS Y DISCUSIÓN

El nuevo Micro Módulo tiene una combinación única de motor Z, célula de carga de alta fuerza y un sensor de profundidad capacitivo de alta precisión. La utilización exclusiva de sensores de profundidad y carga independientes garantiza una gran precisión en todas las condiciones.

Los ensayos de dureza Vickers convencionales utilizan puntas de penetración piramidales con base de diamante que crean muescas de forma cuadrada. Midiendo la longitud media de la diagonal, d, se puede calcular la dureza Vickers.

En comparación, la técnica de indentación instrumentada utilizada por NANOVEAmide directamente las propiedades mecánicas a partir de las mediciones de carga y desplazamiento de la indentación. No es necesaria la observación visual de la indentación. Esto elimina los errores de procesamiento de imágenes del usuario o del ordenador en la determinación de los valores d de la indentación. El sensor de profundidad del condensador de alta precisión, con un nivel de ruido muy bajo de 0,3 nm, puede medir con precisión la profundidad de las indentaciones que son difíciles o imposibles de medir visualmente bajo un microscopio con los durómetros Vickers tradicionales.

Además, la técnica de la viga en voladizo utilizada por los competidores aplica la carga normal sobre una viga en voladizo mediante un muelle, y esta carga se aplica a su vez sobre el penetrador. Este diseño tiene un defecto en caso de que se aplique una carga elevada: la viga en voladizo no puede proporcionar una rigidez estructural suficiente, lo que provoca la deformación de la viga en voladizo y, a su vez, la desalineación del penetrador. En comparación, el Micro Módulo aplica la carga normal a través del motor Z que actúa sobre la célula de carga y, a continuación, el penetrador para la aplicación directa de la carga. Todos los elementos están alineados verticalmente para obtener la máxima rigidez, lo que garantiza mediciones de indentación y rayado repetibles y precisas en todo el rango de carga.

Primer plano del nuevo Micro Módulo

INDENTACIÓN DE 0,03 A 200 N

La imagen del mapa de indentación se muestra en la FIGURA 1. La distancia entre las dos indentaciones adyacentes por encima de 10 N es de 0,5 mm, mientras que la de cargas inferiores es de 0,25 mm. El control de posición de alta precisión de la platina de la muestra permite a los usuarios seleccionar la ubicación objetivo para el mapeo de las propiedades mecánicas. Gracias a la excelente rigidez del micromódulo debido a la alineación vertical de sus componentes, el indentador Vickers mantiene una orientación vertical perfecta mientras penetra en la muestra de acero bajo una carga de hasta 200 N (400 N opcional). Esto crea impresiones de una forma cuadrada simétrica en la superficie de la muestra con diferentes cargas.

Las indentaciones individuales a diferentes cargas bajo el microscopio se muestran junto a los dos arañazos como se muestra en la FIGURA 2, para mostrar la capacidad del nuevo micromódulo en la realización de ensayos de indentación y de arañazos en un amplio rango de carga con una alta precisión. Como se muestra en los gráficos de carga normal frente a la longitud del rayado, la carga normal aumenta linealmente a medida que el palpador de diamante cónico-esférico se desliza sobre la superficie de la muestra de acero. Crea una pista de rayado lisa y recta de anchura y profundidad progresivamente mayores.

FIGURA 1: Mapa de indentación

Se realizaron dos ensayos de rayado con el Módulo Micro con una carga lineal creciente de 0,01 N a 200 N y de 0,01 N a 0,5 N, respectivamente, utilizando palpadores de diamante cónico-esféricos con radios de punta de 500 μm y 20 μm.

Se llevaron a cabo veinte ensayos de microindentación en la muestra estándar de acero a 4 N, mostrando la repetibilidad superior de los resultados del Micro Módulo que contrasta con el rendimiento de los durómetros Vickers convencionales.

A: HENDIDURA Y ARAÑAZO AL MICROSCOPIO (360X)

B: HENDIDURA Y RAYADO AL MICROSCOPIO (3000X)

FIGURA 2: Gráficos de carga vs. Desplazamiento a diferentes cargas máximas.

Las curvas carga-desplazamiento durante la indentación a diferentes cargas máximas se muestran en FIGURA 3. La dureza y el módulo elástico se resumen y comparan en la FIGURA 4. La muestra de acero exhibe un módulo elástico constante a lo largo de la carga de ensayo que va de 0,03 a 200 N (rango posible de 0,003 a 400 N), lo que resulta en un valor medio de ~211 GPa. La dureza exhibe un valor relativamente constante de ~6,5 GPa medido bajo una carga máxima superior a 100 N. A medida que la carga disminuye hasta un rango de 2 a 10 N, se mide una dureza media de ~9 GPa.

FIGURA 3: Gráficos de carga vs. Desplazamiento a diferentes cargas máximas.

FIGURA 4: Dureza y módulo de Young de la muestra de acero medidos con diferentes cargas máximas.

INDENTACIÓN DE 0,03 A 200 N

Se realizaron 20 ensayos de microindentación con una carga máxima de 4N. Las curvas carga-desplazamiento se muestran en FIGURA 5 y la dureza Vickers y el módulo de Young resultantes se muestran en FIGURA 6.

FIGURA 5: Curvas carga-desplazamiento de los ensayos de microindentación a 4 N.

FIGURA 6: Dureza Vickers y módulo de Young para 20 microindentaciones a 4 N.

Las curvas carga-desplazamiento demuestran la superior repetibilidad del nuevo Micro Módulo. El estándar de acero posee una dureza Vickers de 842±11 HV medida por el nuevo Micro Módulo, en comparación con los 817±18 HV medidos con el durómetro Vickers convencional. La pequeña desviación estándar de la medición de la dureza garantiza una caracterización fiable y reproducible de las propiedades mecánicas en la I+D y el control de calidad de los materiales tanto en el sector industrial como en la investigación académica.

Además, se calcula un módulo de Young de 208±5 GPa a partir de la curva carga-desplazamiento, que no está disponible para el durómetro Vickers convencional debido a la falta de medición de la profundidad durante la indentación. A medida que disminuye la carga y el tamaño de la indentación, el NANOVEA Las ventajas del micromódulo en términos de repetibilidad en comparación con los durómetros Vickers aumentan hasta que ya no es posible medir el indent a través de la inspección visual.

La ventaja de medir la profundidad para calcular la dureza también se hace evidente cuando se trata de muestras más ásperas o cuando son más difíciles de observar con los microscopios estándar que proporcionan los durómetros Vickers.

CONCLUSIÓN

En este estudio, hemos mostrado cómo el nuevo Módulo Micro de NANOVEA, líder mundial (rango de 200 N), realiza mediciones de indentación y rayado inigualables, reproducibles y precisas, en un amplio rango de carga de 0,03 a 200 N (3 gf a 20,4 kgf). Un Micro Módulo opcional de rango inferior puede proporcionar pruebas de 0,003 a 20 N (0,3 gf a 2 kgf). La exclusiva alineación vertical del motor Z, la célula de carga de alta fuerza y el sensor de profundidad garantizan la máxima rigidez estructural durante las mediciones. Las hendiduras medidas con diferentes cargas poseen todas ellas una forma cuadrada simétrica en la superficie de la muestra. En el ensayo de rayado con una carga máxima de 200 N se crea una huella de rayado recta de anchura y profundidad progresivamente mayores.

El nuevo Micromódulo puede configurarse en la base mecánica PB1000 (150 x 200 mm) o en la CB500 (100 x 50 mm) con una motorización z (rango de 50 mm). Combinado con un potente sistema de cámaras (precisión de posición de 0,2 micras), los sistemas proporcionan las mejores capacidades de automatización y mapeo del mercado. NANOVEA también ofrece una función única patentada (EP No. 30761530) que permite la verificación y calibración de los indentadores Vickers realizando un único indentador en todo el rango de cargas. Por el contrario, los durómetros Vickers estándar sólo pueden proporcionar la calibración en una carga.

Además, el software NANOVEA permite al usuario medir la dureza Vickers a través del método tradicional de medición de las diagonales de indentación si es necesario (para ASTM E92 y E384). Como se muestra, en este documento, los ensayos de dureza de profundidad frente a la carga (ASTM E2546 e ISO 14577) realizados por un Micro Módulo NANOVEA son precisos y reproducibles en comparación con los durómetros tradicionales. Especialmente para las muestras que no pueden ser observadas/medidas con un microscopio.

En conclusión, la mayor precisión y repetibilidad del diseño del Micromódulo con su amplia gama de cargas y ensayos, su alta automatización y sus opciones de mapeo hacen que los durómetros Vickers tradicionales queden obsoletos. Pero lo mismo ocurre con los durómetros de arañazos y micro arañazos que aún se ofrecen en la actualidad, pero que se diseñaron con defectos en la década de 1980.

El desarrollo y la mejora continuos de esta tecnología hacen de NANOVEA un líder mundial en ensayos micromecánicos.

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Perfilómetro de rugosidad del papel de lija

Papel de lija: Análisis de la rugosidad y del diámetro de las partículas

Papel de lija: Análisis de la rugosidad y del diámetro de las partículas

Más información

PAPEL DE LIJA

Análisis de la rugosidad y del diámetro de las partículas

Preparado por

FRANK LIU

INTRODUCCIÓN

El papel de lija es un producto común disponible en el mercado que se utiliza como abrasivo. El uso más habitual del papel de lija es eliminar revestimientos o pulir una superficie con sus propiedades abrasivas. Estas propiedades abrasivas se clasifican en granos, cada uno de ellos relacionado con el grado de suavidad o
de la superficie. Para conseguir las propiedades abrasivas deseadas, los fabricantes de papel de lija deben asegurarse de que las partículas abrasivas tengan un tamaño específico y presenten poca desviación. Para cuantificar la calidad del papel de lija, el sistema 3D sin contacto de NANOVEA Perfilómetro puede utilizarse para obtener el parámetro de altura media aritmética (Sa) y el diámetro medio de las partículas de una zona de muestra.

IMPORTANCIA DEL PERFILADOR ÓPTICO 3D SIN CONTACTO PERFILADOR DE PAPEL DE LIJA

Cuando se utiliza papel de lija, la interacción entre las partículas abrasivas y la superficie que se lija debe ser uniforme para obtener acabados superficiales consistentes. Para cuantificar esto, la superficie del papel de lija puede observarse con el perfilador óptico 3D sin contacto de NANOVEA para ver las desviaciones en los tamaños, las alturas y los espacios de las partículas.

OBJETIVO DE MEDICIÓN

En este estudio, se utilizaron cinco granos de papel de lija diferentes (120,
180, 320, 800 y 2000) se escanean con el
Perfilador óptico sin contacto NANOVEA ST400 3D.
La Sa se extrae de la exploración y la partícula
El tamaño se calcula realizando un análisis de Motivos para
encontrar su diámetro equivalente

NANOVEA

ST400

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RESULTADOS Y DISCUSIÓN

El papel de lija disminuye su rugosidad superficial (Sa) y el tamaño de las partículas a medida que aumenta el grano, como era de esperar. La Sa osciló entre 42,37 μm y 3,639 μm. El tamaño de las partículas oscila entre 127 ± 48,7 y 21,27 ± 8,35. Las partículas más grandes y las variaciones de altura elevadas crean una acción abrasiva más fuerte en las superficies, a diferencia de las partículas más pequeñas con una variación de altura baja.
Tenga en cuenta todas las definiciones de los parámetros de altura indicados en la página.A.1.

TABLA 1: Comparación entre los granos de lija y los parámetros de altura.

TABLA 2: Comparación entre los granos de papel de lija y el diámetro de las partículas.

VISTA 2D Y 3D DEL PAPEL DE LIJA 

A continuación se muestran las vistas en falso color y en 3D de las muestras de papel de lija.
Se utilizó un filtro gaussiano de 0,8 mm para eliminar la forma o la ondulación.

ANÁLISIS DEL MOTIVO

Para encontrar con precisión las partículas en la superficie, se redefinió el umbral de la escala de altura para que sólo mostrara la capa superior del papel de lija. A continuación se realizó un análisis de motivos para detectar los picos.

CONCLUSIÓN

El perfilador óptico 3D sin contacto de NANOVEA se utilizó para inspeccionar las propiedades de la superficie de varios granos de papel de lija debido a su capacidad para escanear superficies con características micro y nano con precisión.

Se obtuvieron los parámetros de altura de la superficie y los diámetros equivalentes de las partículas de cada una de las muestras de papel de lija utilizando un software avanzado para analizar los escaneos 3D. Se observó que, a medida que aumentaba el tamaño de grano, la rugosidad superficial (Sa) y el tamaño de las partículas disminuían, como era de esperar.

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Medición del límite de la superficie de la espuma de poliestireno Profilometría

Medición del límite de la superficie

Medición del límite de la superficie mediante perfilometría 3D

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MEDICIÓN DEL LÍMITE DE LA SUPERFICIE

UTILIZANDO LA PERFILOMETRÍA 3D

Preparado por

Craig Leising

INTRODUCCIÓN

En los estudios en los que se evalúa la interfaz de las características de la superficie, los patrones, las formas, etc., para la orientación, será útil identificar rápidamente las áreas de interés en todo el perfil de medición. Al segmentar una superficie en áreas significativas, el usuario puede evaluar rápidamente los límites, los picos, las fosas, las áreas, los volúmenes y muchos otros para comprender su papel funcional en todo el perfil de la superficie en estudio. Por ejemplo, como en el caso de las imágenes de los límites de grano de los metales, la importancia del análisis es la interfaz de muchas estructuras y su orientación general. Al comprender cada área de interés, se pueden identificar los defectos o anormalidades dentro del área general. Aunque las imágenes de los límites de grano se estudian normalmente en un rango que sobrepasa la capacidad del Profilometer, y es sólo un análisis de imágenes en 2D, es una referencia útil para ilustrar el concepto de lo que se mostrará aquí a mayor escala junto con las ventajas de la medición de superficies en 3D.

IMPORTANCIA DEL PERFILÓMETRO 3D SIN CONTACTO PARA EL ESTUDIO DE LA SEPARACIÓN DE SUPERFICIES

A diferencia de otras técnicas como las sondas táctiles o la interferometría, la Perfilómetro 3D sin contacto, utilizando cromatismo axial, puede medir casi cualquier superficie, los tamaños de las muestras pueden variar ampliamente debido a la estadificación abierta y no es necesaria ninguna preparación de la muestra. El rango nano a macro se obtiene durante la medición del perfil de la superficie sin influencia de la reflectividad o absorción de la muestra, tiene una capacidad avanzada para medir ángulos de superficie altos y no hay manipulación de los resultados por software. Mida fácilmente cualquier material: transparente, opaco, especular, difuso, pulido, rugoso, etc. La técnica del perfilómetro sin contacto proporciona una capacidad ideal, amplia y fácil de usar para maximizar los estudios de superficie cuando se necesita un análisis de límites de superficie; junto con los beneficios de la capacidad combinada 2D y 3D.

OBJETIVO DE MEDICIÓN

En esta aplicación se utiliza el perfilómetro Nanovea ST400 para medir la superficie de la espuma de poliestireno. Los límites se establecieron combinando un archivo de intensidad reflejada junto con la topografía, que se adquieren simultáneamente con el NANOVEA ST400. Estos datos se utilizaron para calcular la información de la forma y el tamaño de cada "grano" de espuma de poliestireno.

NANOVEA

ST400

RESULTADOS Y DISCUSIÓN: Medición del límite de la superficie en 2D

Imagen topográfica (abajo a la izquierda) enmascarada por la imagen de intensidad reflejada (abajo a la derecha) para definir claramente los límites del grano. Todos los granos de menos de 565µm de diámetro se han ignorado aplicando un filtro.

Número total de granos: 167
Superficie total proyectada ocupada por los granos: 166,917 mm² (64,5962 %)
Superficie total proyectada ocupada por los límites: (35,4038 %)
Densidad de los granos: 0,646285 granos / mm2

Área = 0,999500 mm² +/- 0,491846 mm²
Perímetro = 9114,15 µm +/- 4570,38 µm
Diámetro equivalente = 1098,61 µm +/- 256,235 µm
Diámetro medio = 945,373 µm +/- 248,344 µm
Diámetro mínimo = 675,898 µm +/- 246,850 µm
Diámetro máximo = 1312,43 µm +/- 295,258 µm

RESULTADOS Y DISCUSIÓN: Medición del límite de la superficie en 3D

Utilizando los datos topográficos 3D obtenidos, se puede analizar el volumen, la altura, el pico, la relación de aspecto y la información general sobre la forma de cada grano. Superficie total ocupada en 3D: 2,525mm3

CONCLUSIÓN

En esta aplicación, hemos mostrado cómo el perfilómetro sin contacto NANOVEA 3D puede caracterizar con precisión la superficie de la espuma de poliestireno. Se puede obtener información estadística sobre toda la superficie de interés o sobre granos individuales, ya sean picos o fosas. En este ejemplo se utilizaron todos los granos mayores que un tamaño definido por el usuario para mostrar el área, el perímetro, el diámetro y la altura. Las características que se muestran aquí pueden ser fundamentales para la investigación y el control de calidad de las superficies naturales y prefabricadas, desde aplicaciones biomédicas hasta de micromecanizado, entre otras muchas. 

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Pruebas de desgaste por humedad del revestimiento de vidrio mediante tribómetro

Pruebas de desgaste por humedad del revestimiento de vidrio mediante tribómetro

Más información

HUMEDAD DE LA CAPA DE VIDRIO

PRUEBAS DE DESGASTE MEDIANTE TRIBÓMETRO

Preparado por

DUANJIE LI, Doctorado

INTRODUCCIÓN

El revestimiento de vidrio autolimpiable crea una superficie de vidrio fácil de limpiar que evita la acumulación de suciedad y manchas. Su característica de autolimpieza reduce significativamente la frecuencia, el tiempo, la energía y los costes de limpieza, lo que lo convierte en una opción atractiva para una variedad de aplicaciones residenciales y comerciales, como la fachada de vidrio, los espejos, los cristales de la ducha, las ventanas y los parabrisas.

IMPORTANCIA DE LA RESISTENCIA AL DESGASTE DEL REVESTIMIENTO DE VIDRIO AUTOLIMPIABLE

Una de las principales aplicaciones del revestimiento autolimpiante es la superficie exterior de la fachada de vidrio de los rascacielos. La superficie del vidrio suele ser atacada por partículas de alta velocidad transportadas por fuertes vientos. Las condiciones meteorológicas también desempeñan un papel importante en la vida útil del revestimiento de vidrio. Puede ser muy difícil y costoso tratar la superficie del vidrio y aplicar el nuevo revestimiento cuando el antiguo falla. Por lo tanto, la resistencia al desgaste del revestimiento de vidrio bajo
Las diferentes condiciones climáticas son críticas.


Para simular las condiciones ambientales realistas del revestimiento autolimpiable en diferentes condiciones meteorológicas, es necesario realizar una evaluación repetible del desgaste en una humedad controlada y monitorizada. Permite a los usuarios comparar adecuadamente la resistencia al desgaste de los revestimientos autolimpiantes expuestos a diferentes humedades y seleccionar el mejor candidato para la aplicación prevista.

OBJETIVO DE MEDICIÓN

En este estudio, mostramos que el NANOVEA El tribómetro T100, equipado con un controlador de humedad, es una herramienta ideal para investigar la resistencia al desgaste de los revestimientos de vidrio autolimpiables en diferentes condiciones de humedad.

NANOVEA

T100

Tribómetro neumático compacto T100

PROCEDIMIENTOS DE PRUEBA

Los portaobjetos de vidrio sodocálcico se recubrieron con revestimientos de vidrio autolimpiables con dos recetas de tratamiento diferentes. Estos dos recubrimientos se identifican como Recubrimiento 1 y Recubrimiento 2. También se ha analizado un portaobjetos de vidrio desnudo sin recubrimiento para comparar.


NANOVEA Tribómetro equipado con un módulo de control de humedad se utilizó para evaluar el comportamiento tribológico, por ejemplo, coeficiente de fricción, COF y resistencia al desgaste de los revestimientos de vidrio autolimpiables. Se aplicó una punta de bola de WC (6 mm de diámetro) contra las muestras analizadas. El COF se registró in situ. El controlador de humedad conectado a la cámara tribo controlaba con precisión el valor de humedad relativa (RH) en el rango de ±1 %. La morfología de la pista de desgaste se examinó bajo el microscopio óptico después de las pruebas de desgaste.

CARGA MÁXIMA 40 mN
RESULTADOS Y DISCUSIÓN

Las pruebas de desgaste pin-on-disk en diferentes condiciones de humedad se llevaron a cabo en el vidrio recubierto y no recubierto
muestras. El COF se registró in situ durante las pruebas de desgaste como se muestra en FIGURA 1 y la media del COF se resume en FIGURA 2. FIGURA 4 compara las pistas de desgaste después de las pruebas de desgaste.


Como se muestra en FIGURA 1El vidrio sin recubrimiento presenta un alto COF de ~0,45 una vez que comienza el movimiento de deslizamiento en el 30% RH, y aumenta progresivamente hasta ~0,6 al final de la prueba de desgaste de 300 revoluciones. En comparación, el
Las muestras de vidrio recubierto Recubrimiento 1 y Recubrimiento 2 muestran un bajo COF por debajo de 0,2 al principio de la prueba. El COF
del Recubrimiento 2 se estabiliza en ~0,25 durante el resto de la prueba, mientras que el Recubrimiento 1 presenta un fuerte aumento del COF a
~250 revoluciones y el COF alcanza un valor de ~0,5. Cuando las pruebas de desgaste se realizan en el 60% RH, el
El vidrio sin recubrimiento sigue mostrando un COF más alto, de ~0,45, durante toda la prueba de desgaste. Los revestimientos 1 y 2 presentan unos valores de COF de 0,27 y 0,22, respectivamente. En el 90% RH, el vidrio sin recubrimiento posee un alto COF de ~0,5 al final de la prueba de desgaste. Los recubrimientos 1 y 2 presentan un COF comparable de ~0,1 al comenzar la prueba de desgaste. El recubrimiento 1 mantiene un COF relativamente estable de ~0,15. El recubrimiento 2, sin embargo, falla a ~100 revoluciones, seguido de un aumento significativo del COF a ~0,5 hacia el final de la prueba de desgaste.


La baja fricción del revestimiento de vidrio autolimpiable se debe a su baja energía superficial. Crea una estática muy alta
ángulo de contacto con el agua y un bajo ángulo de caída. Esto lleva a la formación de pequeñas gotas de agua en la superficie del revestimiento en el 90% RH como se muestra en el microscopio en FIGURA 3. También se produce una disminución del COF medio de ~0,23 a ~0,15 para el revestimiento 2 a medida que el valor de la HR aumenta de 30% a 90%.

FIGURA 1: Coeficiente de fricción durante los ensayos pin-on-disk en diferentes humedades relativas.

FIGURA 2: Promedio del COF durante las pruebas pin-on-disk en diferentes humedades relativas.

FIGURA 3: Formación de pequeñas gotas de agua en la superficie del vidrio recubierto.

FIGURA 4 compara las huellas de desgaste en la superficie del vidrio tras las pruebas de desgaste en diferentes humedades. El revestimiento 1 muestra signos de desgaste leve tras las pruebas de desgaste en la HR de 30% y 60%. Posee una gran huella de desgaste después de la prueba en la HR de 90%, de acuerdo con el aumento significativo del COF durante la prueba de desgaste. El recubrimiento 2 no muestra casi ningún signo de desgaste después de las pruebas de desgaste tanto en ambiente seco como húmedo, y también presenta un COF bajo y constante durante las pruebas de desgaste en diferentes humedades. La combinación de buenas propiedades tribológicas y baja energía superficial hace que el revestimiento 2 sea un buen candidato para aplicaciones de revestimiento de vidrio autolimpiable en entornos difíciles. En comparación, el vidrio sin recubrimiento muestra huellas de desgaste más grandes y un COF más alto en diferentes humedades, lo que demuestra la necesidad de la técnica de recubrimiento autolimpiante.

FIGURA 4: Huellas de desgaste después de las pruebas pin-on-disk en diferentes humedades relativas (aumento de 200x).

CONCLUSIÓN

NANOVEA El Tribómetro T100 es una herramienta superior para la evaluación y el control de calidad de los revestimientos de vidrio autolimpiables en diferentes condiciones de humedad. La capacidad de medir el COF in situ permite a los usuarios correlacionar las diferentes etapas del proceso de desgaste con la evolución del COF, lo que es fundamental para mejorar la comprensión fundamental del mecanismo de desgaste y las características tribológicas de los recubrimientos de vidrio. Basándonos en el análisis tribológico exhaustivo de los recubrimientos de vidrio autolimpiables ensayados en diferentes condiciones de humedad, demostramos que el recubrimiento 2 posee un COF bajo y constante y una resistencia al desgaste superior tanto en ambientes secos como húmedos, lo que lo convierte en el mejor candidato para aplicaciones de recubrimientos de vidrio autolimpiables expuestos a diferentes climas.


NANOVEA Los tribómetros ofrecen pruebas de desgaste y fricción precisas y repetibles mediante modos rotativos y lineales conformes a las normas ISO y ASTM, con módulos opcionales de desgaste a alta temperatura, lubricación y tribo-corrosión disponibles en un sistema preintegrado. Se dispone de un perfilador 3D sin contacto opcional para
imágenes en 3D de resolución de la pista de desgaste, además de otras mediciones de la superficie, como la rugosidad. 

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Deformación por fluencia de polímeros mediante nanoindentación

Deformación por fluencia de polímeros mediante nanoindentación

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DEFORMACIÓN POR FLUENCIA

DE POLÍMEROS MEDIANTE NANOINDENTACIÓN

Preparado por

DUANJIE LI, Doctorado

INTRODUCCIÓN

Como materiales viscoelásticos, los polímeros suelen sufrir una deformación dependiente del tiempo bajo una determinada carga aplicada, también conocida como fluencia. La fluencia se convierte en un factor crítico cuando las piezas poliméricas se diseñan para estar expuestas a un esfuerzo continuo, como los componentes estructurales, las uniones y los accesorios, y los recipientes de presión hidrostática.

IMPORTANCIA DE LA MEDICIÓN DE LA FLUENCIA PARA POLÍMEROS

La naturaleza inherente de la viscoelasticidad juega un papel vital en el desempeño de los polímeros e influye directamente en la confiabilidad de su servicio. Las condiciones ambientales como la carga y la temperatura afectan el comportamiento de fluencia de los polímeros. Las fallas por fluencia ocurren a menudo debido a la falta de vigilancia del comportamiento de fluencia dependiente del tiempo de los materiales poliméricos utilizados en condiciones de servicio específicas. Como resultado, es importante desarrollar una prueba confiable y cuantitativa del comportamiento mecánico viscoelástico de los polímeros. El módulo Nano de la NANOVEA Probadores Mecánicos aplica la carga con un piezo de alta precisión y mide directamente la evolución de la fuerza y el desplazamiento in situ. La combinación de precisión y repetibilidad lo convierte en una herramienta ideal para la medición de fluencia.

OBJETIVO DE MEDICIÓN

En esta aplicación, mostramos que
el comprobador mecánico NANOVEA PB1000
en Nanoindentación es una herramienta ideal
para estudiar las propiedades mecánicas viscoelásticas
incluyendo la dureza, el módulo de Young
y la fluencia de los materiales poliméricos.

NANOVEA

PB1000

nanoindentador y rayador Nanovea PB1000
CONDICIONES DE PRUEBA

Se ensayaron ocho muestras de polímeros diferentes mediante la técnica de nanoindentación utilizando el probador mecánico NANOVEA PB1000. A medida que la carga aumentaba linealmente de 0 a 40 mN, la profundidad aumentaba progresivamente durante la etapa de carga. La fluencia se midió entonces por el cambio de la profundidad de indentación a la carga máxima de 40 mN durante 30 s.

CARGA MÁXIMA 40 mN
TASA DE CARGA
80 mN/min
TASA DE DESCARGA 80 mN/min
TIEMPO DE CREPA
30 s

TIPO DE INDENTADOR

Berkovich

Diamante

*configuración del ensayo de nanoindentación

RESULTADOS Y DISCUSIÓN

En la FIGURA 1 se muestra el gráfico de carga frente al desplazamiento de los ensayos de nanoindentación en diferentes muestras de polímeros y en la FIGURA 2 se comparan las curvas de fluencia. La dureza y el módulo de Young se resumen en la FIGURA 3, y la profundidad de fluencia se muestra en la FIGURA 4. Como ejemplos en la FIGURA 1, las porciones AB, BC y CD de la curva de carga-desplazamiento para la medición de nanoindentación representan los procesos de carga, fluencia y descarga, respectivamente.

El Delrin y el PVC presentan la mayor dureza, de 0,23 y 0,22 GPa, respectivamente, mientras que el PEBD posee la menor dureza, de 0,026 GPa, entre los polímeros probados. En general, los polímeros más duros muestran menores índices de fluencia. El PEBD más blando tiene la mayor profundidad de fluencia, de 798 nm, frente a los ~120 nm del Delrin.

Las propiedades de fluencia de los polímeros son fundamentales cuando se utilizan en piezas estructurales. Midiendo con precisión la dureza y la fluencia de los polímeros, se puede obtener una mejor comprensión de la fiabilidad de los polímeros en función del tiempo. La fluencia, cambio del desplazamiento a una carga dada, también puede medirse a diferentes temperaturas elevadas y humedad utilizando el Probador Mecánico NANOVEA PB1000, proporcionando una herramienta ideal para medir cuantitativamente y de forma fiable los comportamientos mecánicos viscoelásticos de los polímeros
en el entorno de aplicación realista simulado.

FIGURA 1: Los gráficos de carga frente al desplazamiento
de diferentes polímeros.

FIGURA 2: Arrastre a una carga máxima de 40 mN durante 30 s.

FIGURA 3: Dureza y módulo de Young de los polímeros.

FIGURA 4: Profundidad de fluencia de los polímeros.

CONCLUSIÓN

En este estudio, demostramos que el NANOVEA PB1000
El comprobador mecánico mide las propiedades mecánicas de diferentes polímeros, como la dureza, el módulo de Young y la fluencia. Estas propiedades mecánicas son esenciales para seleccionar el material polimérico adecuado para las aplicaciones previstas. El Derlin y el PVC presentan la mayor dureza, de 0,23 y 0,22 GPa, respectivamente, mientras que el LDPE posee la menor dureza, de 0,026 GPa, entre los polímeros probados. En general, los polímeros más duros presentan menores índices de fluencia. El PEBD más blando muestra la mayor profundidad de fluencia, de 798 nm, frente a los ~120 nm del Derlin.

Los comprobadores mecánicos NANOVEA ofrecen módulos Nano y Micro multifuncionales inigualables en una sola plataforma. Tanto el módulo Nano como el Micro incluyen modos de comprobación de arañazos, dureza y desgaste, proporcionando la gama de pruebas más salvaje y fácil de usar disponible en un solo sistema.

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Material multifásico mediante nanoindentación NANOVEA

Nanoindentación de metales multifase

Estudio metalúrgico de materiales multifásicos mediante nanoindentación

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ESTUDIO METALÚRGICO
DE MATERIAL MULTIFÁSICO

UTILIZANDO LA NANOINDENTACIÓN

Preparado por

DUANJIE LI, Doctorado & ALEXIS CELESTIN

INTRODUCCIÓN

La metalurgia estudia el comportamiento físico y químico de los elementos metálicos, así como de sus compuestos intermetálicos y aleaciones. Los metales que se someten a procesos de trabajo, como la fundición, la forja, el laminado, la extrusión y el mecanizado, experimentan cambios en sus fases, microestructura y textura. Estos cambios dan lugar a diversas propiedades físicas, como la dureza, la resistencia, la tenacidad, la ductilidad y la resistencia al desgaste del material. La metalografía se aplica a menudo para conocer el mecanismo de formación de dichas fases, microestructura y textura específicas.

IMPORTANCIA DE LAS PROPIEDADES MECÁNICAS LOCALES PROPIEDADES MECÁNICAS LOCALES PARA EL DISEÑO DE MATERIALES

Los materiales avanzados suelen tener múltiples fases en una microestructura y textura especiales para lograr las propiedades mecánicas deseadas para las aplicaciones objetivo en la práctica industrial. Nanoindentación se aplica ampliamente para medir el comportamiento mecánico de los materiales a pequeña escala i ii. Sin embargo, seleccionar con precisión lugares específicos para la indentación en un área muy pequeña es un reto y requiere mucho tiempo. Para determinar las propiedades mecánicas de las distintas fases de un material con gran precisión y en el momento oportuno, se necesita un procedimiento de nanoindentación fiable y fácil de usar.

OBJETIVO DE MEDICIÓN

En esta aplicación, medimos las propiedades mecánicas de una muestra metalúrgica multifásica utilizando el probador mecánico más potente: el NANOVEA PB1000.

Aquí mostramos la capacidad del PB1000 para realizar mediciones de nanoindentación en múltiples fases (granos) de una gran superficie de muestra con alta precisión y facilidad de uso utilizando nuestro Controlador de Posición Avanzado.

NANOVEA

PB1000

nanoindentador y rayador Nanovea PB1000
CONDICIONES DE PRUEBA

En este estudio, utilizamos una muestra metalúrgica con múltiples fases. La muestra había sido pulida hasta alcanzar un acabado superficial similar al de un espejo antes de los ensayos de indentación. Se han identificado cuatro fases en la muestra, a saber, FASE 1, FASE 2, FASE 3 y FASE 4, como se muestra a continuación.

El Advanced Stage Controller es una herramienta intuitiva de navegación de muestras que ajusta automáticamente la velocidad de movimiento de la muestra bajo el microscopio óptico en función de la posición del ratón. Cuanto más alejado esté el ratón del centro del campo de visión, más rápido se moverá la platina hacia la dirección del ratón. Esto proporciona un método fácil de usar para navegar por toda la superficie de la muestra y seleccionar la ubicación prevista para las pruebas mecánicas. Las coordenadas de las ubicaciones de las pruebas se guardan y se numeran, junto con sus configuraciones de prueba individuales, como las cargas, la velocidad de carga/descarga, el número de pruebas en un mapa, etc. Este procedimiento de prueba permite a los usuarios examinar una gran superficie de la muestra en busca de áreas específicas de interés para la indentación y realizar todas las pruebas de indentación en diferentes lugares de una sola vez, por lo que es una herramienta ideal para las pruebas mecánicas de muestras metalúrgicas con múltiples fases.

En este estudio, localizamos las fases específicas de la muestra bajo el microscopio óptico integrado en el NANOVEA Comprobador mecánico numerado en FIGURA 1. Se guardan las coordenadas de las ubicaciones seleccionadas y, a continuación, se realizan pruebas de nanoindentación automáticas de una sola vez en las condiciones de prueba que se resumen a continuación

FIGURA 1: SELECCIONAR LA UBICACIÓN DE LA NANOINDENTACIÓN EN LA SUPERFICIE DE LA MUESTRA.
RESULTADOS: NANOINDENTACIONES EN DIFERENTES FASES

A continuación se muestran las muescas en las diferentes fases de la muestra. Demostramos que el excelente control de la posición de la etapa de la muestra en el NANOVEA Probador Mecánico permite a los usuarios identificar con precisión la ubicación objetivo para las pruebas de propiedades mecánicas.

Las curvas de carga-desplazamiento representativas de las hendiduras se muestran en FIGURA 2y la dureza y el módulo de Young correspondientes calculados mediante el método de Oliver y Pharriii se resumen y comparan en FIGURA 3.


El FASES 1, 2, 3 y 4 poseen una dureza media de ~5,4, 19,6, 16,2 y 7,2 GPa, respectivamente. El tamaño relativamente pequeño para FASES 2 contribuye a su mayor desviación estándar de los valores de dureza y módulo de Young.

FIGURA 2: CURVAS CARGA-DESPLAZAMIENTO
DE LAS NANOINDENTACIONES

FIGURA 3: DUREZA Y MÓDULO DE YOUNG DE DIFERENTES FASES

CONCLUSIÓN

En este estudio, mostramos el Probador Mecánico NANOVEA realizando mediciones de nanoindentación en múltiples fases de una gran muestra metalúrgica utilizando el Controlador de Etapa Avanzado. El control preciso de la posición permite a los usuarios navegar fácilmente por una gran superficie de muestra y seleccionar directamente las áreas de interés para las mediciones de nanoindentación.

Las coordenadas de localización de todas las indentaciones se guardan y se realizan consecutivamente. Este procedimiento de ensayo hace que la medición de las propiedades mecánicas locales a pequeña escala, por ejemplo, la muestra de metal multifásica de este estudio, requiera mucho menos tiempo y sea más fácil de usar. Las FASES duras 2, 3 y 4 mejoran las propiedades mecánicas de la muestra, poseyendo una dureza media de ~19,6, 16,2 y 7,2 GPa, respectivamente, en comparación con los ~5,4 GPa de la FASE 1.

Los módulos Nano, Micro o Macro del instrumento incluyen todos los modos de indentación, rayado y desgaste que cumplen con las normas ISO y ASTM, proporcionando la más amplia y fácil gama de pruebas disponibles en un solo sistema. La gama inigualable de NANOVEA es una solución ideal para determinar toda la gama de propiedades mecánicas de revestimientos, películas y sustratos finos o gruesos, blandos o duros, incluyendo la dureza, el módulo de Young, la tenacidad a la fractura, la adhesión, la resistencia al desgaste y muchas otras.

i Oliver, W. C.; Pharr, G. M., Journal of Materials Research, Volume 19, Issue 1, Jan 2004, pp.3-20
ii Schuh, C.A., Materials Today, Volume 9, Issue 5, May 2006, pp. 32-40
iii Oliver, W. C.; Pharr, G. M., Journal of Materials Research, Volume 7, Issue 6, June 1992, pp.1564-1583

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Medición de contornos mediante un perfilómetro de NANOVEA

Medición del contorno de la banda de rodadura

Medición del contorno de la banda de rodadura

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MEDICIÓN DEL CONTORNO DE LA BANDA DE RODADURA DE CAUCHO

UTILIZANDO EL PERFILADOR ÓPTICO 3D

Medición del contorno de la banda de rodadura - NANOVEA Profiler

Preparado por

ANDREA HERRMANN

INTRODUCCIÓN

Como todos los materiales, el coeficiente de fricción del caucho está relacionado en parte a su rugosidad superficial. En las aplicaciones de neumáticos para vehículos, la tracción con la carretera es muy importante. La rugosidad de la superficie y la banda de rodadura del neumático desempeñan un papel importante en este sentido. En este estudio se analizan la rugosidad y las dimensiones de la superficie del caucho y de la banda de rodadura.

* LA MUESTRA

IMPORTANCIA

DE LA PERFILOMETRÍA 3D SIN CONTACTO

PARA ESTUDIOS SOBRE EL CAUCHO

A diferencia de otras técnicas como las sondas táctiles o la interferometría, la de NANOVEA Perfiladores ópticos 3D sin contacto Utilice el cromatismo axial para medir casi cualquier superficie. 

El sistema Profiler permite una amplia variedad de tamaños de muestra y no requiere ninguna preparación de la misma. Las características de rango nano a macro pueden detectarse durante una sola exploración con cero influencia de la reflectividad o absorción de la muestra. Además, estos perfiladores tienen la capacidad avanzada de medir ángulos de superficie elevados sin necesidad de manipular los resultados mediante software.

Mide fácilmente cualquier material: transparente, opaco, especular, difusivo, pulido, rugoso, etc. La técnica de medición de los perfiladores sin contacto NANOVEA 3D proporciona una capacidad ideal, amplia y fácil de usar para maximizar los estudios de superficie junto con los beneficios de la capacidad combinada 2D y 3D.

OBJETIVO DE MEDICIÓN

En esta aplicación, mostramos la NANOVEA ST400, un perfilador óptico 3D sin contacto que mide la superficie y las bandas de rodadura de un neumático de goma.

Una superficie de muestra lo suficientemente grande como para representar se seleccionó al azar toda la superficie del neumático para este estudio. 

Para cuantificar las características del caucho, utilizamos el software de análisis NANOVEA Ultra 3D para medir las dimensiones del contorno, la profundidad, rugosidad y el área desarrollada de la superficie.

NANOVEA

ST400

ANÁLISIS: TRASERO DE NEUMÁTICOS

La vista en 3D y la vista en falso color de las bandas de rodadura muestran el valor del mapeo de los diseños de superficie en 3D. Proporciona a los usuarios una herramienta sencilla para observar directamente el tamaño y la forma de las bandas de rodadura desde diferentes ángulos. El Análisis Avanzado de Contornos y el Análisis de Altura de Peldaños son dos herramientas extremadamente potentes para medir las dimensiones precisas de las formas y el diseño de las muestras

ANÁLISIS AVANZADO DE CONTORNOS

ANÁLISIS DE LA ALTURA DEL ESCALÓN

ANÁLISIS: SUPERFICIE DE GOMA

La superficie del caucho puede cuantificarse de numerosas maneras utilizando herramientas de software incorporadas, como se muestra en las siguientes figuras a modo de ejemplo. Se puede observar que la rugosidad de la superficie es de 2,688 μm, y el área desarrollada frente al área proyectada es de 9,410 mm² frente a 8,997 mm². Esta información nos permite examinar la relación entre el acabado superficial y la tracción de diferentes formulaciones de caucho o incluso de caucho con diferentes grados de desgaste superficial.

CONCLUSIÓN

En esta aplicación, hemos mostrado cómo el NANOVEA El perfilador óptico 3D sin contacto puede caracterizar con precisión la rugosidad de la superficie y las dimensiones de la banda de rodadura del caucho.

Los datos muestran una rugosidad superficial de 2,69 µm y un área desarrollada de 9,41 mm² con un área proyectada de 9 mm². Se han realizado varias dimensiones y radios de las bandas de rodadura de caucho también se mide.

La información presentada en este estudio puede utilizarse para comparar el rendimiento de los neumáticos de caucho con diferentes diseños de banda de rodadura, formulaciones o distintos grados de desgaste. Los datos mostrados aquí representan sólo una parte de la cálculos disponibles en el software de análisis Ultra 3D.

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