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Cerámica: Mapeo rápido por nanoindentación para la detección de granos
INTRODUCCIÓN
Nanoindentación se ha convertido en una técnica ampliamente aplicada para medir el comportamiento mecánico de materiales a pequeña escala.i ii. Las curvas de carga-desplazamiento de alta resolución de una medición de nanoindentación pueden proporcionar una variedad de propiedades físico-mecánicas, incluida la dureza, el módulo de Young, la fluencia, la tenacidad a la fractura y muchas otras.
Importancia de la indentación rápida del mapa
Un obstáculo importante para la popularización de la técnica de nanoindentación es el consumo de tiempo. Un mapeo de propiedades mecánicas mediante el procedimiento convencional de nanoindentación puede llevar fácilmente horas, lo que dificulta la aplicación de la técnica en industrias de producción en masa, como la de semiconductores, la aeroespacial, la de MEMS, la de productos de consumo como las baldosas cerámicas y muchas otras.
El mapeo rápido puede resultar esencial en la industria de fabricación de baldosas cerámicas. Los mapeos de los módulos de dureza y de Young en una sola baldosa cerámica pueden presentar una distribución de datos que indica cuán homogénea es la superficie. Las regiones más suaves en un mosaico se pueden delinear en este mapeo y mostrar ubicaciones más propensas a fallar debido a impactos físicos que ocurren día a día en la residencia de alguien. Se pueden realizar mapeos en diferentes tipos de baldosas para estudios comparativos y en un lote de baldosas similares para medir la consistencia de las baldosas en procesos de control de calidad. La combinación de configuraciones de mediciones puede ser extensa, además de precisa y eficiente con el método de mapeo rápido.
OBJETIVO DE MEDICIÓN
En este estudio, el Nanovea Probador Mecánico, en modo FastMap se utiliza para mapear las propiedades mecánicas de una losa a altas velocidades. Mostramos la capacidad del Nanovea Mechanical Tester para realizar dos mapeos rápidos de nanoindentación con alta precisión y reproducibilidad.
Condiciones de la prueba
El probador mecánico Nanovea se utilizó para realizar una serie de nanoindentaciones con el modo FastMap en una baldosa de suelo utilizando un indentador Berkovich. Los parámetros de la prueba se resumen a continuación para las dos matrices de indentación creadas.
Cuadro 1: Resumen de los parámetros de la prueba.
RESULTADOS Y DISCUSIÓN
Figura 1: Vista en 2D y 3D de la cartografía de la dureza por indentación 625.
Figura 2: Micrografía de la matriz de 625 indentados mostrando el grano.
Se realizó una matriz de 625 indentados en una2 zona con un gran grano visible presente. Este grano (Figura 2) tenía una dureza media inferior a la de toda la superficie de la baldosa. El software Nanovea Mechanical permite al usuario ver el mapa de distribución de la dureza en modo 2D y 3D, que se representa en la Figura 1. Utilizando el control de posición de alta precisión de la etapa de la muestra, el software permite a los usuarios apuntar a áreas como estas para el mapeo de las propiedades mecánicas en profundidad.
Figura 3: Vista en 2D y 3D de la cartografía de dureza de 1600.
Figura 4: Micrografía de la matriz de 1600 indicios.
También se creó una matriz de 1600 muescas en la misma baldosa para medir la homogeneidad de la superficie. También en este caso el usuario tiene la posibilidad de ver la distribución de la dureza en modo 3D o 2D (Figura 3), así como la imagen de microscopio de la superficie indentada. Basándose en la distribución de dureza presentada, se puede concluir que el material es poroso debido a la dispersión uniforme de los puntos de datos de dureza alta y baja.
En comparación con los procedimientos de nanoindentación convencionales, el modo FastMap en este estudio requiere mucho menos tiempo y es más rentable. Permite un mapeo cuantitativo rápido de propiedades mecánicas, incluida la dureza y el módulo de Young, y proporciona una solución para la detección de granos y la consistencia del material, lo cual es fundamental para el control de calidad de una variedad de materiales en la producción en masa.
CONCLUSIÓN
En este estudio, mostramos la capacidad del Nanovea Mechanical Tester para realizar mapas de nanoindentación rápidos y precisos utilizando el modo FastMap. Los mapas de propiedades mecánicas en la baldosa cerámica utilizan el control de posición (con una precisión de 0,2 µm) de las etapas y la sensibilidad del módulo de fuerza para detectar los granos superficiales y medir la homogeneidad de una superficie a gran velocidad.
Los parámetros de ensayo utilizados en este estudio se determinaron en función del tamaño de la matriz y del material de la muestra. Se puede elegir una variedad de parámetros de prueba para optimizar el tiempo total del ciclo de indentación a 3 segundos por indentación (o 30 segundos por cada 10 indentaciones).
Todos los módulos Nano y Micro del probador mecánico Nanovea incluyen modos de prueba de indentación, rayado y desgaste que cumplen con ISO y ASTM, lo que proporciona la gama de pruebas más amplia y fácil de usar disponible en un solo sistema. La incomparable gama de Nanovea es una solución ideal para determinar la gama completa de propiedades mecánicas de recubrimientos, películas y sustratos finos o gruesos, blandos o duros, incluida la dureza, el módulo de Young, la tenacidad 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.
Autor: Duanjie Li, PhD Revisado por Pierre Leroux y Jocelyn Esparza
Mejore los procedimientos de minería con la microindentación
INVESTIGACIÓN Y CONTROL DE CALIDAD DE LA MICROINDENTACIÓN
La mecánica de las rocas es el estudio del comportamiento mecánico de las masas rocosas y se aplica en las industrias de la minería, la perforación, la producción de yacimientos y la construcción civil. La instrumentación avanzada con medición precisa de las propiedades mecánicas permite mejorar las piezas y los procedimientos en estas industrias. El éxito de los procedimientos de control de calidad está garantizado por la comprensión de la mecánica de las rocas a microescala.
Microindentación es una herramienta crucial para los estudios relacionados con la mecánica de rocas. Estas técnicas hacen avanzar las técnicas de excavación al proporcionar una mayor comprensión de las propiedades de la masa rocosa. La microindentación se utiliza para mejorar las cabezas de perforación, lo que mejora los procedimientos de minería. La microindentación se ha utilizado para estudiar la formación de tiza y polvo a partir de minerales. Los estudios de microindentación pueden incluir dureza, módulo de Young, fluencia, tensión-deformación, tenacidad a la fractura y compresión con un solo instrumento.
OBJETIVO DE MEDICIÓN
En esta aplicación la Nanovea probador mecánico Mide la dureza Vickers (Hv), el módulo de Young y la tenacidad a la fractura de una muestra de roca mineral. La roca está formada por biotita, feldespato y cuarzo, que forman el compuesto de granito estándar. Cada uno se prueba por separado.
RESULTADOS Y DISCUSIÓN
Esta sección incluye una tabla resumen que compara los principales resultados numéricos de las diferentes muestras, seguida de los listados de resultados completos, que incluyen cada indentación realizada, acompañados de micrografías de la indentación, cuando están disponibles. Estos resultados completos presentan los valores medidos de dureza y módulo de Young como la profundidad de penetración (Δd) con sus medias y desviaciones estándar. Hay que tener en cuenta que pueden producirse grandes variaciones en los resultados en el caso de que la rugosidad de la superficie esté en el mismo rango de tamaño que la indentación.
Tabla resumen de los principales resultados numéricos para la dureza y la resistencia a la fractura
CONCLUSIÓN
El probador mecánico Nanovea demuestra la reproducibilidad y los resultados precisos de la indentación en la superficie dura de la roca mineral. La dureza y el módulo de Young de cada material que forma el granito se midieron directamente a partir de las curvas de profundidad frente a la carga. La superficie rugosa supuso la realización de pruebas con cargas más elevadas que podrían haber provocado microfisuras. La microfisuración explicaría algunas de las variaciones observadas en las mediciones. Las grietas no eran perceptibles a través de la observación estándar por microscopía debido a la superficie rugosa de la muestra. Por lo tanto, no es posible calcular las cifras tradicionales de resistencia a la fractura que requieren mediciones de la longitud de las grietas. En su lugar, utilizamos el sistema para detectar la iniciación de grietas a través de las dislocaciones en las curvas de profundidad frente a la carga mientras se incrementan las cargas.
Las cargas umbrales de fractura se registraron en las cargas en las que se produjeron los fallos. A diferencia de los ensayos tradicionales de resistencia a la fractura, que se limitan a medir la longitud de la grieta, se obtiene una carga en la que comienza la fractura umbral. Además, el entorno controlado y estrechamente vigilado permite la medición de la dureza para utilizarla como valor cuantitativo para comparar una variedad de muestras.
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Inspección de rugosidad en línea
Detección instantánea de errores con los perfiladores en línea
Más información
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IMPORTANCIA DEL PERFILADOR SIN CONTACTO PARA LA INSPECCIÓN DE LA RUGOSIDAD EN LÍNEA
Los defectos superficiales se derivan del procesamiento de materiales y la fabricación de productos. La inspección de calidad de la superficie en línea garantiza el control de calidad más estricto de los productos finales. La Nanovea Perfilómetros 3D sin contacto Utilice tecnología confocal cromática con una capacidad única para determinar la rugosidad de una muestra sin contacto. Se pueden instalar múltiples sensores perfiladores para monitorear la rugosidad y textura de diferentes áreas del producto al mismo tiempo. El umbral de rugosidad calculado en tiempo real por el software de análisis sirve como una herramienta de aprobación/falla rápida y confiable.
OBJETIVO DE MEDICIÓN
En este estudio, el sistema de inspección de rugosidad en línea Nanovea, equipado con un sensor puntual, se utiliza para inspeccionar la rugosidad de la superficie de las muestras de acrílico y papel de lija. Mostramos la capacidad del perfilómetro sin contacto Nanovea para proporcionar una inspección de rugosidad en línea rápida y fiable en una línea de producción en tiempo real.
RESULTADOS Y DISCUSIÓN
El sistema de perfilómetro de cinta puede funcionar en dos modos, a saber, el modo de disparo y el modo continuo. Como se ilustra en la figura 2, la rugosidad de la superficie de las muestras se mide cuando pasan por debajo de los cabezales del perfilómetro óptico en el modo de disparo. En comparación, el Modo Continuo proporciona una medición ininterrumpida de la rugosidad de la superficie en la muestra continua, como la chapa metálica y el tejido. Pueden instalarse varios sensores del perfilador óptico para supervisar y registrar la rugosidad de diferentes áreas de la muestra.
Durante la medición de la inspección de la rugosidad en tiempo real, se muestran las alertas de aprobado y suspenso en las ventanas del software, como se muestra en la Figura 4 y la Figura 5. Cuando el valor de la rugosidad está dentro de los umbrales establecidos, la rugosidad medida se resalta en color verde. Sin embargo, el resaltado se vuelve rojo cuando la rugosidad de la superficie medida está fuera del rango de los valores de umbral establecidos. Esto proporciona una herramienta para que el usuario determine la calidad del acabado superficial de un producto.
En las siguientes secciones, se utilizan dos tipos de muestras, por ejemplo, acrílico y papel de lija, para demostrar los modos de disparo y continuo del sistema de inspección.
Modo de disparo: Inspección de la superficie de la muestra acrílica
Una serie de muestras de acrílico se alinean en la cinta transportadora y se mueven bajo el cabezal del perfilador óptico, como se muestra en la figura 1. La vista en falso color de la Figura 6 muestra el cambio de la altura de la superficie. Algunas de las muestras de acrílico con acabado de espejo se han lijado para crear una textura superficial áspera, como se muestra en la Figura 6b.
A medida que las muestras de acrílico se mueven a una velocidad constante bajo el cabezal del perfilador óptico, se mide el perfil de la superficie, como se muestra en la Figura 7 y la Figura 8. El valor de la rugosidad del perfil medido se calcula al mismo tiempo y se compara con los valores del umbral. La alerta roja de fallo se lanza cuando el valor de rugosidad supera el umbral establecido, lo que permite a los usuarios detectar y localizar inmediatamente el producto defectuoso en la línea de producción.
Modo continuo: Inspección de la superficie de la muestra de papel de lija
Mapa de altura de la superficie, mapa de distribución de la rugosidad y mapa de umbral de rugosidad de aprobado/no aprobado de la superficie de la muestra de papel de lija, como se muestra en la figura 9. La muestra de papel de lija tiene un par de picos más altos en la parte utilizada como se muestra en el mapa de altura de la superficie. Los diferentes colores en la paleta de la Figura 9C representan el valor de rugosidad de la superficie local. El mapa de rugosidad muestra una rugosidad homogénea en la zona intacta de la muestra de papel de lija, mientras que la zona usada está resaltada en color azul oscuro, indicando el valor de rugosidad reducido en esta región. Se puede establecer un umbral de rugosidad Pasa/Falla para localizar dichas regiones, como se muestra en la Figura 9D.
A medida que el papel de lija pasa continuamente por debajo del sensor del perfilador en línea, se calcula y registra el valor de rugosidad local en tiempo real, como se muestra en la figura 10. Las alertas de aprobado/desaprobado se muestran en la pantalla del software en función de los valores de umbral de rugosidad establecidos, lo que constituye una herramienta rápida y fiable para el control de calidad. La calidad de la superficie del producto en la línea de producción se inspecciona in situ para descubrir a tiempo las zonas defectuosas.
CONCLUSIÓN
En esta aplicación, hemos demostrado que el perfilómetro transportador Nanovea, equipado con un sensor óptico de perfil sin contacto, funciona como una herramienta fiable de control de calidad en línea de forma eficaz y eficiente.
El sistema de inspección puede instalarse en la línea de producción para controlar la calidad superficial de los productos in situ. El umbral de rugosidad funciona como un criterio fiable para determinar la calidad de la superficie de los productos, lo que permite a los usuarios detectar los productos defectuosos a tiempo. Se ofrecen dos modos de inspección, a saber, el modo de disparo y el modo continuo, para satisfacer los requisitos de inspección de diferentes tipos de productos.
Los datos mostrados aquí representan sólo una parte de los cálculos disponibles en el software de análisis. Los perfilómetros Nanovea miden prácticamente cualquier superficie en campos como el de los semiconductores, la microelectrónica, la energía solar, la fibra, la óptica, la automoción, la industria aeroespacial, la metalurgia, el mecanizado, los revestimientos, la industria farmacéutica, la biomedicina, el medio ambiente y muchos otros.
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Prueba de desgaste del bloque sobre el anillo
IMPORTANCIA DE LA EVALUACIÓN DEL DESGASTE DEL BLOQUE SOBRE EL ANILLO
El desgaste por deslizamiento es la pérdida progresiva de material que resulta del deslizamiento de dos materiales entre sí en la zona de contacto bajo carga. Se produce inevitablemente en una gran variedad de industrias en las que funcionan máquinas y motores, como la automoción, la industria aeroespacial, el petróleo y el gas y muchas otras. Este movimiento de deslizamiento provoca un grave desgaste mecánico y la transferencia de material en la superficie, lo que puede provocar una reducción de la eficacia de la producción, del rendimiento de la máquina o incluso dañarla.
El desgaste por deslizamiento a menudo implica mecanismos de desgaste complejos que tienen lugar en la superficie de contacto, como desgaste por adhesión, abrasión de dos cuerpos, abrasión de tres cuerpos y desgaste por fatiga. El comportamiento de desgaste de los materiales está significativamente influenciado por el entorno de trabajo, como la carga normal, la velocidad, la corrosión y la lubricación. Un versátil tribómetro que puedan simular las diferentes condiciones de trabajo realistas serán ideales para la evaluación del desgaste.
La prueba Block-on-Ring (ASTM G77) es una técnica ampliamente utilizada que evalúa el comportamiento de desgaste por deslizamiento de materiales en diferentes condiciones simuladas y permite una clasificación confiable de pares de materiales para aplicaciones tribológicas específicas.
La prueba Block-on-Ring (ASTM G77) es una técnica ampliamente utilizada que evalúa el comportamiento de desgaste por deslizamiento de materiales en diferentes condiciones simuladas y permite una clasificación confiable de pares de materiales para aplicaciones tribológicas específicas.
OBJETIVO DE MEDICIÓN
En esta aplicación, el Probador Mecánico Nanovea mide el YS y el UTS de muestras de aleación metálica de acero inoxidable SS304 y aluminio Al6061. Las muestras se eligieron por sus valores de YS y UTS comúnmente reconocidos, lo que demuestra la fiabilidad de los métodos de indentación de Nanovea.
El tribómetro de Nanovea evaluó el comportamiento de desgaste por deslizamiento de un bloque H-30 sobre un anillo S-10 utilizando el módulo Block-on-Ring. El bloque H-30 está hecho de acero para herramientas 01 de dureza 30HRC, mientras que el anillo S-10 es de acero tipo 4620 con una dureza superficial de 58 a 63 HRC y un diámetro de anillo de ~34,98 mm. Se realizaron pruebas de bloque sobre anillo en ambientes secos y lubricados para investigar el efecto sobre el comportamiento del desgaste. Las pruebas de lubricación se realizaron en aceite mineral pesado USP. La pista de desgaste se examinó utilizando Nanovea. Perfilómetro 3D sin contacto. Los parámetros de prueba se resumen en la Tabla 1. La tasa de desgaste (K) se evaluó utilizando la fórmula K=V/(F×s), donde V es el volumen desgastado, F es la carga normal, s es la distancia de deslizamiento.
RESULTADOS Y DISCUSIÓN
La Figura 2 compara el coeficiente de fricción (COF) de las pruebas Block-on-Ring en ambientes secos y lubricados. El bloque tiene significativamente más fricción en un ambiente seco que en un ambiente lubricado. COF
fluctúa durante el período de rodaje en las primeras 50 revoluciones y alcanza un COF constante de ~0,8 durante el resto de la prueba de desgaste de 200 revoluciones. En comparación, la prueba Block-on-Ring realizada con lubricación con aceite mineral pesado USP muestra un COF bajo constante de 0,09 durante la prueba de desgaste de 500.000 revoluciones. El lubricante reduce significativamente el COF entre las superficies aproximadamente 90 veces.
Las figuras 3 y 4 muestran las imágenes ópticas y los perfiles 2D de la sección transversal de las cicatrices de desgaste en los bloques después de las pruebas de desgaste en seco y con lubricación. Los volúmenes de las huellas de desgaste y las tasas de desgaste se enumeran en la Tabla 2. El bloque de acero después de la prueba de desgaste en seco a una velocidad de rotación menor de 72 rpm durante 200 revoluciones presenta un gran volumen de cicatriz de desgaste de 9,45 mm˙. En comparación, la prueba de desgaste realizada a una velocidad más alta de 197 rpm durante 500.000 revoluciones en el lubricante de aceite mineral crea un volumen de huella de desgaste sustancialmente menor de 0,03 mm˙.
Las imágenes de la ÿgura 3 muestran que se produce un desgaste severo durante las pruebas en seco en comparación con el desgaste leve de la prueba de desgaste lubricado. El alto calor y las intensas vibraciones generadas durante la prueba de desgaste en seco promueven la oxidación de los restos metálicos, lo que da lugar a una grave abrasión de tres cuerpos. En la prueba lubricada, el aceite mineral reduce la fricción y enfría la cara de contacto, además de transportar los residuos abrasivos creados durante el desgaste. Esto conduce a una reducción significativa de la tasa de desgaste en un factor de ~8×10ˆ. Una diferencia tan sustancial en la resistencia al desgaste en entornos diferentes muestra la importancia de una simulación adecuada del desgaste por deslizamiento en condiciones de servicio realistas.
El comportamiento del desgaste puede cambiar drásticamente cuando se introducen pequeños cambios en las condiciones de prueba. La versatilidad del tribómetro de Nanovea permite medir el desgaste en condiciones de alta temperatura, lubricación y tribocorrosión. El control preciso de la velocidad y la posición mediante el motor avanzado permite realizar pruebas de desgaste a velocidades que van de 0,001 a 5000 rpm, lo que lo convierte en una herramienta ideal para que los laboratorios de investigación/prueba investiguen el desgaste en di˛rentes condiciones tribológicas.
El estado de la superficie de las muestras se examinó con el proÿlómetro óptico sin contacto de Nanovea. La figura 5 muestra la morfología superficial de los anillos después de los ensayos de desgaste. Se ha eliminado la forma del cilindro para presentar mejor la morfología superficial y la rugosidad creada por el proceso de desgaste por deslizamiento. El proceso de abrasión de tres cuerpos durante el ensayo de desgaste en seco de 200 revoluciones produjo una rugosidad superficial significativa. El bloque y el anillo después de la prueba de desgaste en seco presentan una rugosidad Ra de 14,1 y 18,1 µm, respectivamente, en comparación con 5,7 y 9,1 µm para la prueba de desgaste lubricado a largo plazo de 500.000 revoluciones a una velocidad superior. Esta prueba demuestra la importancia de una lubricación adecuada del contacto entre el anillo del pistón y el cilindro. Un desgaste severo daña rápidamente la superficie de contacto sin lubricación y conduce a un deterioro irreversible de la calidad de servicio e incluso a la rotura del motor.
CONCLUSIÓN
En este estudio mostramos cómo se utiliza el tribómetro de Nanovea para evaluar el comportamiento de desgaste por deslizamiento de un par de metal de acero utilizando el módulo Block-on-Ring siguiendo la norma ASTM G77. El lubricante juega un papel crítico en las propiedades de desgaste del par de materiales. El aceite mineral reduce la tasa de desgaste del bloque H-30 en un factor de ~8×10ˆ y el COF en ~90 veces. La versatilidad del tribómetro de Nanovea lo convierte en una herramienta ideal para medir el comportamiento del desgaste en diversas condiciones de lubricación, alta temperatura y tribocorrosión.
El tribómetro de Nanovea ofrece pruebas de desgaste y fricción precisas y repetibles utilizando modos rotativos y lineales que cumplen con ISO y ASTM, con módulos opcionales de tribocorrosión, lubricación y desgaste a alta temperatura disponibles en un sistema preintegrado. La incomparable gama de Nanovea es una solución ideal para determinar la gama completa de propiedades tribológicas de recubrimientos, películas y sustratos finos o gruesos, blandos o duros.
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Análisis de materiales compuestos mediante perfilometría 3D
Importancia de la perfilometría sin contacto para los materiales compuestos
Es fundamental minimizar los defectos para que los materiales compuestos sean lo más resistentes posible en las aplicaciones de refuerzo. Al tratarse de un material anisotrópico, es fundamental que la dirección de la trama sea coherente para mantener un alto rendimiento predecible. Los materiales compuestos tienen una de las relaciones más altas entre resistencia y peso, por lo que son más fuertes que el acero en algunos casos. Es importante limitar la superficie expuesta en los materiales compuestos para minimizar la vulnerabilidad química y los efectos de la expansión térmica. La inspección de la superficie por perfilometría es fundamental para el control de calidad de la producción de los materiales compuestos, a fin de garantizar un rendimiento sólido durante un largo periodo de tiempo.
Nanovea Perfilómetro 3D sin contacto A diferencia de otras técnicas de medición de superficies, como las sondas táctiles o la interferometría. Nuestros perfilómetros utilizan cromatismo axial para medir casi cualquier superficie y la puesta en escena abierta permite muestras de cualquier tamaño sin necesidad de preparación. Las mediciones nano a macro se obtienen durante la medición del perfil de la superficie sin influencia alguna de la reflectividad o absorción de la muestra. Nuestros perfilómetros miden fácilmente cualquier material: transparente, opaco, especular, difuso, pulido y rugoso con la capacidad avanzada de medir ángulos superficiales elevados sin manipulación de software. La técnica del perfilómetro sin contacto proporciona la capacidad ideal y fácil de usar para maximizar los estudios de superficies de materiales compuestos; junto con los beneficios de la capacidad combinada 2D y 3D.
Objetivo de medición
El perfilómetro Nanovea HS2000L utilizado en esta aplicación midió la superficie de dos tejidos de compuestos de fibra de carbono. La rugosidad de la superficie, la longitud de la trama, la isotropía, el análisis fractal y otros parámetros de la superficie se utilizan para caracterizar los compuestos. El área medida se seleccionó al azar y se asumió que era lo suficientemente grande como para poder comparar los valores de las propiedades utilizando el potente software de análisis de superficies de Nanovea.
Resultados y discusión
Análisis de superficies
Los parámetros de altura determinan el grado de rugosidad de las piezas de composite con una baja relación fibra-matriz. Nuestros resultados comparan diferentes tipos de tejido y tela para determinar el acabado superficial después del procesamiento. El acabado de la superficie se vuelve crítico en las aplicaciones en las que puede intervenir la aerodinámica.
Isotropía
La isotropía muestra la direccionalidad del tejido para determinar los valores esperados de las propiedades. Nuestro estudio muestra cómo el compuesto bidireccional es ~60% isotrópico como se esperaba. Mientras tanto, el composite unidireccional es ~13% isotrópico debido a la fuerte dirección de la trayectoria de la fibra.
Análisis de la trama
El tamaño de la trama determina la consistencia del empaquetado y la anchura de las fibras utilizadas en el composite. Nuestro estudio muestra la facilidad con la que podemos medir el tamaño de la trama con una precisión de micras para garantizar la calidad de las piezas.
Análisis de la Textura
El análisis de la textura de la longitud de onda dominante sugiere que el tamaño del filamento de ambos compuestos es de 4,27 micras de grosor. El análisis de la dimensión fractal de la superficie de la fibra determina la suavidad para encontrar la facilidad con la que las fibras se asientan en una matriz. La dimensión fractal de la fibra unidireccional es mayor que la de la fibra bidireccional, lo que puede afectar al procesamiento de los materiales compuestos.
Conclusión:
En esta aplicación, hemos demostrado que el perfilómetro sin contacto Nanovea HS2000L caracteriza con precisión la superficie fibrosa de los materiales compuestos. Distinguimos las diferencias entre los tipos de tejido de la fibra de carbono con parámetros de altura, isotropía, análisis de textura y mediciones de distancia junto con mucho más.
Las mediciones de la superficie de nuestro perfilómetro mitigan con precisión y rapidez los daños en los materiales compuestos, lo que disminuye los defectos en las piezas, maximizando la capacidad de los materiales compuestos. La velocidad del perfilómetro 3D de Nanovea oscila entre <1mm/s y 500mm/s para su adecuación en aplicaciones de investigación a las necesidades de inspección de alta velocidad. El perfilómetro Nanovea es la solución
a cualquier necesidad de medición compuesta.
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Evaluación de la dureza de los tejidos biológicos mediante nanoindentación
Importancia de la nanoindentación de tejidos biológicos
Los ensayos mecánicos tradicionales (dureza, adhesión, compresión, punción, límite elástico, etc.) requieren una mayor precisión y fiabilidad en los entornos de control de calidad actuales, con una amplia gama de materiales avanzados, desde tejidos hasta materiales frágiles. La instrumentación mecánica tradicional no proporciona el control de carga sensible y la resolución requerida para los materiales avanzados. Los retos asociados a los biomateriales exigen el desarrollo de ensayos mecánicos capaces de controlar con precisión la carga en materiales extremadamente blandos. Estos materiales requieren cargas de ensayo muy bajas por debajo de los mN con un gran rango de profundidad para garantizar una medición adecuada de las propiedades. Además, se pueden realizar muchos tipos de ensayos mecánicos diferentes en un solo sistema, lo que permite una mayor funcionalidad. Esto permite realizar una serie de mediciones importantes en biomateriales, como la dureza, el módulo elástico, el módulo de pérdida y de almacenamiento y la fluencia, además de la resistencia al rayado y los puntos de fallo del límite elástico.
Objetivo de medición
En esta aplicación se utiliza el probador mecánico de Nanovea en modo de nanoindentación para estudiar la dureza y el módulo elástico de 3 áreas separadas de un sustituto de biomaterial en las regiones de grasa, carne clara y carne oscura del prosciutto.
La nanoindentación se basa en las normas de indentación instrumentada ASTM E2546 e ISO 14577. Utiliza métodos establecidos en los que una punta de indentación de geometría conocida se introduce en un lugar específico del material de prueba con una carga normal creciente y controlada. Cuando se alcanza una profundidad máxima preestablecida, la carga normal se reduce hasta que se produce una relajación completa. La carga se aplica mediante un actuador piezoeléctrico y se mide en un bucle controlado con una célula de carga de alta sensibilidad. Durante los experimentos, la posición del penetrador con respecto a la superficie de la muestra se controla con un sensor capacitivo de alta precisión. Las curvas de carga y desplazamiento resultantes proporcionan datos específicos de la naturaleza mecánica del material ensayado. Los modelos establecidos calculan los valores cuantitativos de dureza y módulo con los datos medidos. La nanoindentación es adecuada para las mediciones de baja carga y profundidad de penetración en escalas nanométricas.
Resultados y discusión
Estas tablas presentan los valores medidos de dureza y módulo de Young con medias y desviaciones estándar. Una alta rugosidad de la superficie puede causar grandes variaciones en los resultados debido al pequeño tamaño de la indentación.
La zona de grasa tenía aproximadamente la mitad de dureza que las zonas de carne. El tratamiento de la carne hizo que la zona de carne más oscura fuera más dura que la zona de carne clara. El módulo elástico y la dureza están en relación directa con la sensación en boca de las zonas de grasa y carne. La grasa y la zona de la carne clara tienen una fluencia que continúa a un ritmo mayor que la carne oscura después de 60 segundos.
Resultados detallados - Grasa
Resultados detallados - Carne ligera
Resultados detallados - Carne oscura
Conclusión:
En esta aplicación, Nanovea probador mecánico en el modo de nanoindentación determinó de manera confiable las propiedades mecánicas de las áreas de grasa y carne, al tiempo que superó la alta rugosidad de la superficie de la muestra. Esto demostró la amplia e inigualable capacidad del probador mecánico de Nanovea. El sistema proporciona simultáneamente mediciones precisas de propiedades mecánicas en materiales extremadamente duros y tejidos biológicos blandos.
La célula de carga en control de bucle cerrado con la mesa piezoeléctrica garantiza una medición precisa de materiales de gel duros o blandos de 1 a 5kPa. Utilizando el mismo sistema, es posible ensayar biomateriales con cargas superiores de hasta 400N. Se puede utilizar la carga multiciclo para las pruebas de fatiga y se puede obtener información sobre el límite elástico en cada zona utilizando una punta de diamante cilíndrica plana. Además, con el Análisis Mecánico Dinámico (AMD), se pueden evaluar con gran precisión las propiedades viscoelásticas, la pérdida y los módulos de almacenamiento, utilizando el control de carga de bucle cerrado. También se pueden realizar pruebas a distintas temperaturas y bajo líquidos en el mismo sistema.
El probador mecánico de Nanovea sigue siendo la herramienta superior para aplicaciones biológicas y de polímeros/geles blandos.
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Evaluación del desgaste y el rayado del alambre de cobre con tratamiento superficial
Importancia de la evaluación del desgaste y los arañazos en el alambre de cobre
El cobre tiene una larga historia de uso en el cableado eléctrico desde la invención del electroimán y el telégrafo. Los cables de cobre se aplican en una amplia gama de equipos electrónicos como paneles, contadores, ordenadores, máquinas comerciales y electrodomésticos gracias a su resistencia a la corrosión, su soldabilidad y su rendimiento a temperaturas elevadas de hasta 150°C. Aproximadamente la mitad de todo el cobre extraído se utiliza para la fabricación de alambres y cables eléctricos.
La calidad de la superficie del alambre de cobre es fundamental para el rendimiento y la vida útil de la aplicación. Los microdefectos en los alambres pueden provocar un desgaste excesivo, el inicio y la propagación de grietas, una disminución de la conductividad y una soldabilidad inadecuada. Un tratamiento adecuado de la superficie de los alambres de cobre elimina los defectos superficiales generados durante el trefilado, mejorando la resistencia a la corrosión, los arañazos y el desgaste. Muchas aplicaciones aeroespaciales con alambres de cobre requieren un comportamiento controlado para evitar fallos inesperados del equipo. Se necesitan mediciones cuantificables y fiables para evaluar adecuadamente la resistencia al desgaste y al rayado de la superficie del alambre de cobre.
Objetivo de medición
En esta aplicación simulamos un proceso de desgaste controlado de diferentes tratamientos superficiales de alambre de cobre. Prueba del rasguño Mide la carga requerida para causar falla en la capa superficial tratada. Este estudio muestra la Nanovea Tribómetro y Probador Mecánico como herramientas ideales para la evaluación y control de calidad de cables eléctricos.
Procedimiento de prueba y procedimientos
El tribómetro Nanovea evaluó el coeficiente de fricción (COF) y la resistencia al desgaste de dos tratamientos superficiales diferentes en alambres de cobre (alambre A y alambre B) utilizando un módulo de desgaste alternativo lineal. El contramaterial utilizado en esta aplicación es una bola de Al₂O₃ (6 mm de diámetro). La pista de desgaste se examinó utilizando Nanovea. Perfilómetro 3D sin contacto. Los parámetros de prueba se resumen en la Tabla 1.
En este estudio se utilizó como ejemplo una bola lisa de Al₂O₃ como contramaterial. Cualquier material sólido con diferente forma y acabado superficial puede aplicarse utilizando un accesorio personalizado para simular la situación de aplicación real.
El probador mecánico de Nanovea, equipado con un palpador de diamante Rockwell C (100 μm de radio), realizó ensayos de rayado con carga progresiva en los hilos recubiertos utilizando el modo de micro rayado. Los parámetros del ensayo de rayado y la geometría de la punta se muestran en la Tabla 2.
Resultados y discusión
Desgaste del cable de cobre:
La figura 2 muestra la evolución del COF de los hilos de cobre durante las pruebas de desgaste. El alambre A muestra un COF estable de ~0,4 durante toda la prueba de desgaste, mientras que el alambre B presenta un COF de ~0,35 en las primeras 100 revoluciones y aumenta progresivamente hasta ~0,4.
La figura 3 compara las huellas de desgaste de los hilos de cobre tras las pruebas. El perfilómetro 3D sin contacto de Nanovea ofreció un análisis superior de la morfología detallada de las huellas de desgaste. Permite determinar de forma directa y precisa el volumen de las huellas de desgaste, proporcionando una comprensión fundamental del mecanismo de desgaste. La superficie del alambre B presenta daños significativos en las huellas de desgaste tras una prueba de desgaste de 600 revoluciones. La vista 3D del perfilómetro muestra la capa tratada de la superficie del alambre B eliminada por completo, lo que aceleró sustancialmente el proceso de desgaste. Esto ha dejado una huella de desgaste aplanada en el alambre B donde el sustrato de cobre está expuesto. Esto puede acortar considerablemente la vida útil de los equipos eléctricos en los que se utiliza el cable B. En comparación, el alambre A presenta un desgaste relativamente leve que se manifiesta en una huella de desgaste poco profunda en la superficie. La capa tratada en la superficie del cable A no se eliminó como la del cable B en las mismas condiciones.
Resistencia al rayado de la superficie del cable de cobre:
La figura 4 muestra las huellas de arañazos en los cables después de las pruebas. La capa protectora del cable A muestra una muy buena resistencia al rayado. En comparación, la capa protectora del alambre B falló con una carga de ~1,0 N. Una diferencia tan significativa en la resistencia al rayado de estos alambres contribuye a su rendimiento al desgaste, donde el alambre A posee una resistencia al desgaste sustancialmente mayor. La evolución de la fuerza normal, el COF y la profundidad durante las pruebas de rayado que se muestran en la Fig. 5 proporciona más información sobre el fallo del revestimiento durante las pruebas.
Conclusión:
En este estudio controlado mostramos el tribómetro de Nanovea, que realiza una evaluación cuantitativa de la resistencia al desgaste de los alambres de cobre tratados superficialmente, y el comprobador mecánico de Nanovea, que proporciona una evaluación fiable de la resistencia al rayado de los alambres de cobre. El tratamiento superficial del alambre desempeña un papel fundamental en las propiedades tribo-mecánicas durante su vida útil. El tratamiento adecuado de la superficie del cable A mejoró significativamente la resistencia al desgaste y a los arañazos, lo que es fundamental para el rendimiento y la vida útil de los cables eléctricos en entornos difíciles.
El tribómetro de Nanovea ofrece pruebas precisas y repetibles de desgaste y fricción mediante modos rotativos y lineales conformes con las normas ISO y ASTM, con módulos opcionales de desgaste a alta temperatura, lubricación y tribo-corrosión disponibles en un sistema preintegrado. La incomparable gama de Nanovea es una solución ideal para determinar toda la gama de propiedades tribológicas de revestimientos, películas y sustratos finos o gruesos, blandos o duros.
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Resistencia a la fluencia y a la tracción del acero y del aluminio
Importancia de la medición del límite elástico y de la resistencia a la tracción por indentación
Tradicionalmente, el límite elástico y la resistencia final a la tracción se han ensayado utilizando una gran máquina de ensayos de tracción que requiere una enorme fuerza para separar las muestras de ensayo. Es costoso y requiere mucho tiempo mecanizar adecuadamente muchos cupones de ensayo para un material en el que cada muestra sólo puede ensayarse una vez. Los pequeños defectos en la muestra crean una variación notable en los resultados de las pruebas. Las diferentes configuraciones y alineaciones de las máquinas de ensayo de tracción existentes en el mercado suelen dar lugar a variaciones sustanciales en la mecánica y los resultados de los ensayos.
El innovador método de indentación de Nanovea proporciona directamente valores de límite elástico y resistencia a la tracción final comparables a los valores medidos mediante ensayos de tracción convencionales. Esta medición abre un nuevo campo de posibilidades de ensayo para todas las industrias. La sencilla configuración experimental reduce significativamente el tiempo y el coste de la preparación de la muestra en comparación con la compleja forma de cupón necesaria para los ensayos de tracción. Es posible realizar múltiples mediciones en una sola muestra con un tamaño de indentación pequeño. Evita la influencia de los defectos observados en los cupones de ensayo de tracción creados durante el mecanizado de la muestra. Las mediciones de YS y UTS en muestras pequeñas en un área localizada permiten el mapeo y la detección de defectos locales en tuberías o estructuras de automóviles.
Objetivo de medición
En esta aplicación, el Nanovea Probador Mecánico Mide el límite elástico y la resistencia máxima a la tracción de muestras de aleaciones metálicas de acero inoxidable SS304 y aluminio Al6061. Las muestras fueron elegidas por sus valores comúnmente reconocidos de límite elástico y resistencia a la tracción máxima que muestran la confiabilidad de los métodos de indentación de Nanovea.
Procedimiento de prueba y procedimientos
Las pruebas de límite elástico y resistencia a la tracción se realizaron en el Nanovea Mechanical Tester en el Microindentación modo. Para esta aplicación se utilizó una punta de diamante plana cilíndrica de 200 μm de diámetro. Se seleccionaron las aleaciones SS304 y Al6061 por su amplia aplicación industrial y sus valores comúnmente reconocidos de límite elástico y resistencia última a la tracción, con el fin de mostrar el gran potencial y fiabilidad del método de indentación. Las muestras se pulieron mecánicamente hasta conseguir un acabado de espejo antes de realizar las pruebas para evitar que la rugosidad de la superficie o los defectos influyeran en los resultados de las pruebas. Las condiciones de ensayo se enumeran en la Tabla 1. Se realizaron más de diez ensayos con cada muestra para garantizar la repetibilidad de los valores de ensayo.
Resultados y discusión
Las curvas de carga y desplazamiento de las muestras de aleación SS304 y Al6061 se muestran en la Figura 3 con las huellas de los penetradores planos en las muestras de ensayo. El análisis de la curva de carga en forma de "S" mediante algoritmos especiales desarrollados por Nanovea calcula el límite elástico y la resistencia a la tracción final. Los valores son calculados automáticamente por el software como se resume en la Tabla 1. Los valores de límite elástico y resistencia a la tracción final obtenidos mediante ensayos de tracción convencionales se enumeran para su comparación.
Conclusión:
En este estudio, mostramos la capacidad de Nanovea Mechanical Tester para evaluar el límite elástico y la resistencia máxima a la tracción de muestras de láminas de acero inoxidable y aleaciones de aluminio. La sencilla configuración experimental reduce significativamente el tiempo y el coste de preparación de muestras necesarios para las pruebas de tracción. El pequeño tamaño de la sangría permite realizar múltiples mediciones en una sola muestra. Este método permite mediciones YS/UTS en muestras pequeñas y áreas localizadas, proporcionando una solución para el mapeo YS/UTS y la detección de defectos locales en tuberías o estructuras de automóviles.
Todos los módulos Nano, Micro o Macro del probador mecánico Nanovea incluyen modos de prueba de desgaste, rayado y sangría que cumplen con ISO y ASTM, lo que proporciona la gama de pruebas más amplia y fácil de usar disponible en un solo sistema. La incomparable gama de Nanovea es una solución ideal para determinar la gama completa de propiedades mecánicas de recubrimientos, películas y sustratos finos o gruesos, blandos o duros, incluida la dureza, el módulo de Young, la tenacidad a la fractura, la adhesión, la resistencia al desgaste y muchas otras. Además, el perfilador 3D sin contacto y el módulo AFM opcionales están disponibles para obtener imágenes 3D de alta resolución de hendiduras, rayones y huellas de desgaste, además de otras mediciones de superficies como la rugosidad.
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Tribología de carga dinámica
Tribología de carga dinámica
Introducción
El desgaste tiene lugar en prácticamente todos los sectores industriales e impone unos costes de ~0,75% del PIB1. La investigación tribológica es vital para mejorar la eficacia de la producción y el rendimiento de las aplicaciones, así como para conservar el material, la energía y el medio ambiente. La vibración y la oscilación son inevitables en una amplia gama de aplicaciones tribológicas. Una vibración externa excesiva acelera el proceso de desgaste y reduce el rendimiento de servicio, lo que provoca fallos catastróficos en las piezas mecánicas.
Los tribómetros convencionales de carga muerta aplican cargas normales mediante pesos de masa. Esta técnica de carga no sólo limita las opciones de carga a una carga constante, sino que también crea intensas vibraciones incontroladas a altas cargas y velocidades, lo que conduce a evaluaciones limitadas e inconsistentes del comportamiento de desgaste. Una evaluación fiable del efecto de la oscilación controlada en el comportamiento del desgaste de los materiales es deseable para la I+D y el control de calidad en diferentes aplicaciones industriales.
La innovadora alta carga de Nanovea tribómetro Tiene una capacidad de carga máxima de 2000 N con un sistema de control de carga dinámico. El avanzado sistema neumático de carga de aire comprimido permite a los usuarios evaluar el comportamiento tribológico de un material bajo cargas normales elevadas con la ventaja de amortiguar las vibraciones no deseadas creadas durante el proceso de desgaste. Por lo tanto, la carga se mide directamente sin necesidad de los resortes amortiguadores utilizados en diseños más antiguos. Un módulo de carga oscilante de electroimán paralelo aplica una oscilación bien controlada de amplitud deseada de hasta 20 N y frecuencia de hasta 150 Hz.
La fricción se mide con alta precisión directamente desde la fuerza lateral aplicada al soporte superior. El desplazamiento se controla in situ, lo que permite conocer la evolución del comportamiento de desgaste de las muestras de ensayo. La prueba de desgaste bajo carga de oscilación controlada también se puede realizar en entornos de corrosión, alta temperatura, humedad y lubricación para simular las condiciones de trabajo reales para las aplicaciones tribológicas. Una alta velocidad integrada perfilómetro sin contacto Mide automáticamente la morfología de la pista de desgaste y el volumen de desgaste en unos segundos.
Objetivo de medición
En este estudio, mostramos la capacidad del Tribómetro de Carga Dinámica Nanovea T2000 en el estudio del comportamiento tribológico de diferentes muestras de recubrimiento y metal bajo condiciones de carga de oscilación controlada.
Procedimiento de prueba
El comportamiento tribológico, por ejemplo, el coeficiente de fricción, COF, y la resistencia al desgaste de un revestimiento resistente al desgaste de 300 µm de grosor se evaluó y comparó mediante el tribómetro Nanovea T2000 con un tribómetro de carga muerta convencional utilizando una configuración de pasador sobre disco siguiendo la norma ASTM G992.
Se evaluaron muestras recubiertas de Cu y TiN separadas frente a una bola de Al₂0₃ de 6 mm bajo oscilación controlada mediante el modo de tribología de carga dinámica del tribómetro Nanovea T2000.
Los parámetros de la prueba se resumen en el cuadro 1.
El perfilómetro 3D integrado, equipado con un sensor de líneas, escanea automáticamente la pista de desgaste después de las pruebas, proporcionando la medición más precisa del volumen de desgaste en segundos.
Resultados y discusión
Sistema de carga neumática vs. Sistema de carga muerta
El comportamiento tribológico de un recubrimiento resistente al desgaste utilizando el tribómetro Nanovea T2000 se compara con un tribómetro convencional de carga muerta (DL). La evolución del COF del recubrimiento se muestra en la Fig. 2. Observamos que el recubrimiento presenta un valor de COF comparable de ~0,6 durante la prueba de desgaste. Sin embargo, los 20 perfiles de sección transversal en diferentes lugares de la pista de desgaste en la Fig. 3 indican que el recubrimiento experimentó un desgaste mucho más severo bajo el sistema de carga muerta.
El proceso de desgaste del sistema de carga muerta a alta carga y velocidad generó intensas vibraciones. La presión masiva concentrada en la cara de contacto, combinada con una alta velocidad de deslizamiento, crea una vibración sustancial del peso y de la estructura que conduce a un desgaste acelerado. El tribómetro de carga muerta convencional aplica la carga mediante pesos de masa. Este método es fiable con cargas de contacto más bajas y en condiciones de desgaste leve; sin embargo, en condiciones de desgaste agresivo con cargas y velocidades más altas, la importante vibración hace que los pesos reboten repetidamente, lo que da lugar a una pista de desgaste irregular que provoca una evaluación tribológica poco fiable. La tasa de desgaste calculada es de 8,0±2,4 x 10-4 mm3/N m, mostrando una alta tasa de desgaste y una gran desviación estándar.
El tribómetro Nanovea T2000 está diseñado con un sistema de carga de control dinámico para amortiguar las oscilaciones. Aplica la carga normal con aire comprimido, lo que minimiza las vibraciones no deseadas creadas durante el proceso de desgaste. Además, el control activo de la carga en bucle cerrado garantiza la aplicación de una carga constante durante toda la prueba de desgaste y el palpador sigue el cambio de profundidad de la pista de desgaste. Se mide un perfil de pista de desgaste significativamente más consistente, como se muestra en la Fig. 3a, lo que da como resultado una baja tasa de desgaste de 3,4±0,5 x 10-4 mm3/N m.
El análisis de la pista de desgaste que se muestra en la Fig. 4 confirma que la prueba de desgaste realizada por el sistema de carga neumática de aire comprimido del tribómetro Nanovea T2000 crea una pista de desgaste más suave y consistente en comparación con el tribómetro convencional de carga muerta. Además, el tribómetro Nanovea T2000 mide el desplazamiento del palpador durante el proceso de desgaste, lo que permite conocer mejor el progreso del comportamiento del desgaste in situ.
Oscilación controlada sobre el desgaste de la muestra de Cu
El módulo del electroimán de carga oscilante en paralelo del tribómetro Nanovea T2000 permite a los usuarios investigar el efecto de las oscilaciones de amplitud y frecuencia controladas en el comportamiento de desgaste de los materiales. El COF de las muestras de Cu se registra in situ como se muestra en la Fig. 6. La muestra de Cu muestra un COF constante de ~0,3 durante la primera medición de 330 revoluciones, lo que significa la formación de un contacto estable en la interfaz y una pista de desgaste relativamente suave. A medida que la prueba de desgaste continúa, la variación del COF indica un cambio en el mecanismo de desgaste. En comparación, las pruebas de desgaste bajo una oscilación de amplitud controlada de 5 N a 50 N muestran un comportamiento de desgaste diferente: el COF aumenta rápidamente al principio del proceso de desgaste, y muestra una variación significativa a lo largo de la prueba de desgaste. Este comportamiento del COF indica que la oscilación impuesta en la carga normal desempeña un papel en el estado de deslizamiento inestable en el contacto.
La Fig. 7 compara la morfología de la huella de desgaste medida por el perfilómetro óptico integrado sin contacto. Puede observarse que la muestra de Cu sometida a una amplitud de oscilación controlada de 5 N presenta una huella de desgaste mucho mayor, con un volumen de 1,35 x 109 µm3, en comparación con los 5,03 x 108 µm3 sin oscilación impuesta. La oscilación controlada acelera significativamente la tasa de desgaste en un factor de ~2,7, mostrando el efecto crítico de la oscilación en el comportamiento del desgaste.
Oscilación controlada en el desgaste del revestimiento de TiN
El COF y las huellas de desgaste de la muestra de revestimiento de TiN se muestran en la Fig. 8. El recubrimiento de TiN presenta comportamientos de desgaste significativamente diferentes bajo oscilación, como indica la evolución del COF durante las pruebas. El recubrimiento de TiN muestra un COF constante de ~0,3 tras el periodo de rodaje al principio de la prueba de desgaste, debido al contacto de deslizamiento estable en la interfaz entre el recubrimiento de TiN y la bola de Al₂O₃. Sin embargo, cuando el recubrimiento de TiN empieza a fallar, la bola de Al₂O₃ penetra a través del recubrimiento y se desliza contra el sustrato de acero fresco que hay debajo. Al mismo tiempo, se genera una cantidad importante de restos de revestimiento de TiN duro en la pista de desgaste, lo que convierte un desgaste por deslizamiento estable de dos cuerpos en un desgaste por abrasión de tres cuerpos. Este cambio de las características de la pareja de materiales conduce a un aumento de las variaciones en la evolución del COF. La oscilación impuesta de 5 N y 10 N acelera el fallo del revestimiento de TiN de ~400 revoluciones a menos de 100 revoluciones. Las mayores huellas de desgaste en las muestras de revestimiento de TiN después de las pruebas de desgaste bajo la oscilación controlada concuerdan con dicho cambio en el COF.
Conclusión:
El avanzado sistema de carga neumática del tribómetro Nanovea T2000 posee una ventaja intrínseca como amortiguador de vibraciones naturalmente rápido en comparación con los sistemas tradicionales de carga muerta. Esta ventaja tecnológica de los sistemas neumáticos es cierta en comparación con los sistemas de carga controlada que utilizan una combinación de servomotores y muelles para aplicar la carga. Esta tecnología garantiza una evaluación del desgaste fiable y mejor controlada con cargas elevadas, como se demuestra en este estudio. Además, el sistema de carga activa en bucle cerrado puede cambiar la carga normal a un valor deseado durante las pruebas de desgaste para simular las aplicaciones reales que se ven en los sistemas de freno.
En lugar de tener la influencia de las condiciones de vibración no controladas durante las pruebas, hemos demostrado que el tribómetro de carga dinámica Nanovea T2000 permite a los usuarios evaluar cuantitativamente los comportamientos tribológicos de los materiales bajo diferentes condiciones de oscilación controlada. Las vibraciones desempeñan un papel importante en el comportamiento del desgaste de las muestras de revestimiento metálico y cerámico.
El módulo de carga oscilante de electroimanes paralelos proporciona oscilaciones controladas con precisión a amplitudes y frecuencias establecidas, lo que permite a los usuarios simular el proceso de desgaste en condiciones reales, cuando las vibraciones ambientales suelen ser un factor importante. En presencia de las oscilaciones impuestas durante el desgaste, tanto las muestras de revestimiento de Cu como las de TiN muestran un aumento sustancial de la tasa de desgaste. La evolución del coeficiente de fricción y el desplazamiento del palpador medidos in situ son indicadores importantes del rendimiento del material durante las aplicaciones tribológicas. El perfilómetro 3D sin contacto integrado ofrece una herramienta para medir con precisión el volumen de desgaste y analizar la morfología detallada de las huellas de desgaste en segundos, proporcionando más información sobre la comprensión fundamental del mecanismo de desgaste.
El T2000 está equipado con un motor autoajustable de alta calidad y alto par con una velocidad interna de 20 bits y un codificador de posición externo de 16 bits. Esto permite que el tribómetro proporcione una gama inigualable de velocidades de rotación, desde 0,01 hasta 5000 rpm, que pueden cambiar en saltos escalonados o a ritmos continuos. A diferencia de los sistemas que utilizan un sensor de par situado en la parte inferior, el tribómetro Nanovea utiliza una célula de carga de alta precisión situada en la parte superior para medir con precisión y por separado las fuerzas de fricción.
Los tribómetros Nanovea ofrecen pruebas de desgaste y fricción precisas y repetibles utilizando modos rotativos y lineales que cumplen con las normas ISO y ASTM (incluyendo pruebas de 4 bolas, arandela de empuje y bloque sobre anillo), con módulos opcionales de desgaste a alta temperatura, lubricación y tribo-corrosión disponibles en un sistema preintegrado. La gama inigualable de Nanovea T2000 es una solución ideal para determinar toda la gama de propiedades tribológicas de revestimientos, películas y sustratos finos o gruesos, blandos o duros.
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Análisis de la textura de la piel de naranja mediante perfilometría 3D
Análisis de la textura de la piel de naranja mediante perfilometría 3D
Introducción
El tamaño y la frecuencia de las estructuras superficiales de los sustratos afectan a la calidad de los revestimientos brillantes. La textura de la piel de naranja, llamada así por su aspecto, puede desarrollarse por la influencia del sustrato y la técnica de aplicación de la pintura. Los problemas de textura se suelen cuantificar por la ondulación, la longitud de onda y el efecto visual que tienen en los revestimientos brillantes. Las texturas más pequeñas provocan una reducción del brillo, mientras que las más grandes dan lugar a ondulaciones visibles en la superficie recubierta. Entender el desarrollo de estas texturas y su relación con los sustratos y las técnicas es fundamental para el control de calidad.
Importancia de la perfilometría para la medición de la textura
A diferencia de los instrumentos tradicionales 2D utilizados para medir la textura del brillo, la medición 3D sin contacto proporciona rápidamente una imagen 3D utilizada para comprender las características de la superficie con la capacidad añadida de investigar rápidamente las áreas de interés. Sin la velocidad y la revisión en 3D, un entorno de control de calidad dependería únicamente de información en 2D que ofrece poca previsibilidad de toda la superficie. Comprender las texturas en 3D permite seleccionar mejor las medidas de procesamiento y control. Garantizar el control de calidad de tales parámetros depende en gran medida de una inspección cuantificable, reproducible y fiable. Nanovea 3D sin contacto Perfilómetros utilizan la tecnología confocal cromática para tener la capacidad única de medir los ángulos pronunciados que se encuentran durante la medición rápida. Los perfilómetros Nanovea tienen éxito allí donde otras técnicas no proporcionan datos fiables debido al contacto de la sonda, la variación de la superficie, el ángulo o la reflectividad.
Objetivo de medición
En esta aplicación, el Nanovea HS2000L mide la textura de la piel de naranja de una pintura brillante. Hay un sinfín de parámetros de la superficie que se calculan automáticamente a partir del escaneo de la superficie en 3D. Aquí analizamos una superficie escaneada en 3D cuantificando las características de la textura de la piel de naranja de la pintura.
Resultados y discusión
El Nanovea HS2000L cuantificó los parámetros de isotropía y altura de la pintura de la piel de naranja. La textura de la piel de naranja cuantificó la dirección del patrón aleatorio con una isotropía de 94,4%. Los parámetros de altura cuantifican la textura con una diferencia de altura de 24,84µm.
La curva de proporción de rodamiento de la Figura 4 es una representación gráfica de la distribución de la profundidad. Se trata de una función interactiva dentro del software que permite al usuario ver las distribuciones y los porcentajes a distintas profundidades. Un perfil extraído en la Figura 5 proporciona valores de rugosidad útiles para la textura de la piel de naranja. La extracción de picos por encima de un umbral de 144 micras muestra la textura de la piel de naranja. Estos parámetros se pueden ajustar fácilmente a otras zonas o parámetros de interés.
Conclusión:
En esta aplicación, el perfilómetro 3D sin contacto Nanovea HS2000L caracteriza con precisión tanto la topografía como los detalles nanométricos de la textura de la piel de naranja de una pintura brillante. Las áreas de interés de las mediciones de la superficie en 3D se identifican y analizan rápidamente con muchas mediciones útiles (dimensión, textura de acabado de la rugosidad, topografía de la forma, planitud de la deformación, área de volumen, altura de paso, etc.). Las secciones transversales 2D elegidas rápidamente proporcionan un conjunto completo de recursos de medición de la superficie en la textura del brillo. Las áreas especiales de interés pueden analizarse más a fondo con un módulo integrado de AFM. La velocidad del perfilómetro Nanovea 3D va desde <1 mm/s hasta 500 mm/s para su adecuación en aplicaciones de investigación a las necesidades de inspección de alta velocidad. Los perfilómetros Nanovea 3D tienen una amplia gama de configuraciones para adaptarse a su aplicación.
