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CONTACTO

Categoría: Pruebas de laboratorio

 

El probador micromecánico líder en el mundo

AHORA LÍDER MUNDIAL

ENSAYOS MICROMECÁNICOS

Preparado por

PIERRE LEROUX Y DUANJIE LI, DOCTORES

INTRODUCCIÓN

Los durómetros Vickers estándar tienen rangos de carga utilizables de 10 a 2000 gramos-fuerza (gf). Los durómetros Vickers macro estándar tienen una carga de 1 a 50 Kgf. Estos instrumentos no solo tienen un rango de carga muy limitado, sino que también son inexactos cuando se trata de superficies más rugosas o cargas bajas, ya que las hendiduras se vuelven demasiado pequeñas para poder medirlas 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 ofrece.

Con Los sistemas de ensayo micromecánico de NANOVEA, líderes en el mundo, calculan automáticamente la dureza Vickers a partir de los datos de profundidad frente a carga, con el rango de carga más amplio jamás disponible en un solo módulo (0,3 gramos a 2 kg o 6 gramos a 40 kg). Dado que mide la dureza a partir de curvas de profundidad frente a carga, el micromódulo NANOVEA puede medir cualquier tipo de material, incluidos los muy elásticos. Además, no solo proporciona la dureza Vickers, sino también datos precisos sobre el módulo de elasticidad y la fluencia, además de otros tipos de pruebas, como pruebas de adhesión al rayado, desgaste, fatiga, límite elástico y resistencia a la fractura, para obtener una gama completa de datos de control de calidad.

AHORA, LÍDER MUNDIAL EN ENSAYOS MICROMECÁNICOS

En esta nota de aplicación, se explicará cómo se ha diseñado el Micro Module para ofrecer las pruebas de indentación y rayado instrumentadas líderes en el mundo. La amplia capacidad de prueba del Micro Module es ideal para muchas aplicaciones. Por ejemplo, el rango de carga permite realizar mediciones precisas de la dureza y el módulo de elasticidad de recubrimientos duros delgados y, a continuación, aplicar cargas mucho más altas para medir la adhesión de esos mismos recubrimientos.

OBJETIVO DE MEDICIÓN

La capacidad del Micro Módulo se muestra con el NANOVEA CB500 Comprobador mecánico por
Realiza pruebas de indentación y rayado con una precisión y fiabilidad superiores, utilizando un amplio rango de carga de 0,03 a 200 N.

NANOVEA

CB500

SABER MÁS

CONDICIONES DE ENSAYO

Se realizó una serie (3×4, 12 indentaciones en total) de microindentaciones en una muestra de acero estándar utilizando un indentador Vickers. Se midieron y registraron la carga y la profundidad durante todo el ciclo de prueba de indentación. Las indentaciones se realizaron con diferentes cargas máximas que oscilaron entre 0,03 N y 200 N (0,0031 y 20,4 kgf) para demostrar la capacidad del micromódulo para realizar pruebas de indentación precisas con diferentes cargas. Cabe señalar que también se dispone de una célula de carga opcional de 20 N que proporciona una resolución 10 veces mayor para pruebas en el rango de carga más bajo, de 0,3 gf a 2 kgf.

Se realizaron dos pruebas de rayado utilizando el módulo Micro con una carga linealmente incrementada de 0,01 N a 200 N y de 0,01 N a 0,5 N, respectivamente, utilizando un palpador de diamante cónico-esférico con un radio de punta de 500 μm y 20 μm.

Veinte Microindentación Se realizaron pruebas en la muestra estándar de acero a 4 N, lo que demostró la repetibilidad superior de los resultados del Micro Module en comparación con el rendimiento de los durómetros Vickers convencionales.

*microindentador sobre la muestra de acero

PARÁMETROS DE PRUEBA

del mapeo de hendiduras

MAPEO: 3 POR 4 SANGRIAS

RESULTADOS Y DISCUSIÓN

El nuevo micromódulo cuenta con una combinación única de motor Z, célula de carga de alta fuerza y un sensor de profundidad capacitivo de alta precisión. El uso exclusivo de sensores de profundidad y carga independientes garantiza una alta precisión en todas las condiciones.

Las pruebas de dureza Vickers convencionales utilizan puntas de penetración piramidales con base cuadrada de diamante que crean marcas de forma cuadrada. Mediante la medición de la longitud media de la diagonal, d, se puede calcular la dureza Vickers.

En comparación, la técnica de indentación instrumentada utilizada por NANOVEA‘El módulo Micro de mide directamente las propiedades mecánicas a partir de mediciones de carga y desplazamiento de indentación. No es necesaria la observación visual de la indentación. Esto elimina los errores de procesamiento de imágenes por parte del usuario o de la computadora a la hora de determinar los valores d de la indentación. El sensor de profundidad de condensador de alta precisión, con un nivel de ruido muy bajo de 0,3 nm, puede medir con exactitud 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 voladizo utilizada por la competencia aplica la carga normal sobre una viga en voladizo mediante un resorte, y esta carga se aplica a su vez sobre el penetrador. Este diseño presenta un defecto en caso de que se aplique una carga elevada: la viga en voladizo no puede proporcionar la rigidez estructural suficiente, lo que provoca la deformación de la viga y, a su vez, la desalineación del penetrador. En comparación, el Micro Module aplica la carga normal a través del motor Z que actúa sobre la célula de carga y, a continuación, sobre el penetrador para la aplicación directa de la carga. Todos los elementos están alineados verticalmente para obtener la máxima rigidez, lo que garantiza mediciones repetibles y precisas de la indentación y el rayado en todo el rango de carga.

Vista detallada del nuevo micromódulo.

HALLAZGO 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 las cargas más bajas es de 0,25 mm. El control de posición de alta precisión de la plataforma de muestras permite a los usuarios seleccionar la ubicación objetivo para el mapeo de propiedades mecánicas. Gracias a la excelente rigidez del micromódulo, debida a la alineación vertical de sus componentes, el penetrador Vickers mantiene una orientación vertical perfecta al penetrar en la muestra de acero con una carga de hasta 200 N (400 N opcional). Esto crea impresiones de forma cuadrada simétrica en la superficie de la muestra con diferentes cargas.

Las hendiduras individuales con diferentes cargas bajo el microscopio se muestran junto a los dos rayones, como se muestra en la FIGURA 2, para mostrar la capacidad del nuevo micromódulo para realizar pruebas de hendidura y rayado en un amplio rango de cargas con una alta precisión. Como se muestra en los gráficos de carga normal frente a longitud de rayado, la carga normal aumenta linealmente a medida que la aguja de diamante cónico-esférico se desliza sobre la superficie de la muestra de acero. Esto crea una traza de rayado recta y suave de anchura y profundidad progresivamente mayores.

FIGURA 1: Mapa de sangría

Se realizaron dos pruebas de rayado utilizando el módulo Micro con una carga linealmente incrementada de 0,01 N a 200 N y de 0,01 N a 0,5 N, respectivamente, utilizando un palpador de diamante cónico-esférico con un radio de punta de 500 μm y 20 μm.

Se realizaron veinte pruebas de microindentación en la muestra estándar de acero a 4 N, lo que demostró la repetibilidad superior de los resultados del Micro Module en comparación con el rendimiento de los durómetros Vickers convencionales.

A: HUNDIMIENTO Y RAYADURA BAJO EL MICROSCOPIO (360X)

B: HONDEZ Y RAYÓN BAJO EL MICROSCOPIO (3000X)

FIGURA 2: Gráficos de carga frente a desplazamiento con diferentes cargas máximas.

Las curvas de carga-desplazamiento durante la indentación con diferentes cargas máximas se muestran en FIGURA 3. La dureza y el módulo de elasticidad se resumen y comparan en la FIGURA 4. La muestra de acero presenta un módulo de elasticidad constante a lo largo de toda la carga de prueba, que oscila entre 0,03 y 200 N (rango posible de 0,003 a 400 N), lo que da como resultado un valor medio de ~211 GPa. La dureza muestra un valor relativamente constante de ~6.5 GPa medido bajo una carga máxima superior a 100 N. A medida que la carga disminuye a un rango de 2 a 10 N, se mide una dureza promedio de ~9 GPa.

FIGURA 3: Gráficos de carga frente a desplazamiento con diferentes cargas máximas.

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

HALLAZGO DE 0,03 A 200 N

Se realizaron veinte pruebas de microindentación con una carga máxima de 4 N. Las curvas de 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 de carga-desplazamiento para ensayos de microindentación a 4 N.

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

Las curvas de carga-desplazamiento demuestran la repetibilidad superior del nuevo Micro Module. El estándar de acero posee una dureza Vickers de 842±11 HV medida con el nuevo Micro Module, 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 de 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 la indentación mediante inspección visual.

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

CONCLUSIÓN

En este estudio, hemos demostrado cómo el nuevo módulo micro NANOVEA (rango de 200 N), líder mundial, realiza mediciones de indentación y rayado reproducibles y precisas sin igual en un amplio rango de carga de 0,03 a 200 N (3 gf a 20,4 kgf). Un Micro Module opcional de rango inferior puede proporcionar pruebas de 0,003 a 20 N (0,3 gf a 2 kgf). La alineación vertical única del motor Z, la célula de carga de alta fuerza y el sensor de profundidad garantizan la máxima rigidez estructural durante las mediciones. Las indentaciones medidas con diferentes cargas presentan todas una forma cuadrada simétrica en la superficie de la muestra. En la prueba de rayado con una carga máxima de 200 N se crea una traza recta de rayado con un aumento progresivo de la anchura y la profundidad.

El nuevo Micro Módulo se puede configurar en la base mecánica PB1000 (150 x 200 mm) o CB500 (100 x 50 mm) con motorización z (rango de 50 mm). En combinación con un potente sistema de cámara (precisión de posición de 0,2 micras), los sistemas ofrecen las mejores capacidades de automatización y mapeo del mercado. NANOVEA también ofrece una función patentada única (EP n.º 30761530) que permite verificar y calibrar los indentadores Vickers realizando una única indentación en todo el rango de cargas. Por el contrario, los durómetros Vickers estándar solo pueden proporcionar la calibración con una carga.

Además, el software NANOVEA permite al usuario medir la dureza Vickers mediante el método tradicional de medición de las diagonales de la indentación, si es necesario (para ASTM E92 y E384). Como se muestra en este documento, las pruebas de dureza de profundidad frente a carga (ASTM E2546 e ISO 14577) realizadas por un módulo micro NANOVEA son precisas y reproducibles en comparación con los durómetros tradicionales. Especialmente para muestras que no se pueden observar/medir con un microscopio.

En conclusión, la mayor precisión y repetibilidad del diseño del Micro Módulo, con su amplia gama de cargas y pruebas, su alto nivel de automatización y sus opciones de mapeo, hace que los durómetros Vickers tradicionales queden obsoletos. Lo mismo ocurre con los durómetros de rayado y micro rayado que aún se comercializan, pero que fueron diseñados con defectos en la década de 1980.

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

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Perfilómetro de rugosidad de papel de lija

Lija: análisis de rugosidad y diámetro de partículas

Lija: análisis de rugosidad y diámetro de partículas

Más información

Lija

Análisis de rugosidad y diámetro de 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 recubrimientos o pulir una superficie gracias a sus propiedades abrasivas. Estas propiedades abrasivas se clasifican en granos, cada uno de los cuales está relacionado con el grado de suavidad o
rugosidad del acabado superficial que proporcionará. Para conseguir las propiedades abrasivas deseadas, los fabricantes de papel de lija deben asegurarse de que las partículas abrasivas tengan un tamaño específico y una desviación mínima. Para cuantificar la calidad del papel de lija, el escáner 3D sin contacto de NANOVEA Perfilómetro Se puede utilizar para obtener el parámetro de altura media aritmética (Sa) y el diámetro medio de las partículas de un área de muestra.

IMPORTANCIA DEL PERFILÓMETRO ÓPTICO 3D SIN CONTACTO PARA EL PAPEL DE LIMA

Cuando se utiliza papel de lija, la interacción entre las partículas abrasivas y la superficie que se está lijando debe ser uniforme para obtener acabados superficiales consistentes. Para cuantificarlo, se puede observar la superficie del papel de lija con el perfilómetro óptico 3D sin contacto de NANOVEA para ver las desviaciones en el tamaño, la altura y el espaciado de las partículas.

OBJETIVO DE MEDICIÓN

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

NANOVEA

ST400

SABER MÁS
RESULTADOS Y DISCUSIÓN

El papel de lija disminuye la rugosidad de la superficie (Sa) y el tamaño de las partículas a medida que aumenta el grano, como era de esperar. El 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, en contraposición a las partículas más pequeñas con variaciones de altura bajas.
Tenga en cuenta que todas las definiciones de los parámetros de altura indicados se enumeran en la página A.1.

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

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

VISTA EN 2D Y 3D DEL PAPEL DE LIMA 

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

ANÁLISIS DE MOTIVOS

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

CONCLUSIÓN

Se utilizó el perfilómetro óptico 3D sin contacto de NANOVEA para inspeccionar las propiedades superficiales de varios tipos de lija, debido a su capacidad para escanear con precisión superficies con características micro y nano.

Los parámetros de altura de la superficie y los diámetros equivalentes de las partículas se obtuvieron a partir 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 del grano, la rugosidad de la superficie (Sa) y el tamaño de las partículas disminuían, tal y como se esperaba.

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Perfilometría de medición de límites superficiales en espuma de poliestireno

Medición de límites superficiales

Medición de límites superficiales mediante perfilometría 3D

Más información

MEDICIÓN DE LÍMITES DE SUPERFICIE

UTILIZANDO LA PERFILOMETRÍA 3D

Preparado por

Craig Leising

INTRODUCCIÓN

En estudios en los que se evalúa la orientación de las características, patrones, formas, etc. de la interfaz de la superficie, resulta 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, picos, hoyos, áreas, volúmenes y muchos otros elementos para comprender su función en todo el perfil de la superficie objeto de estudio. Por ejemplo, al igual que en la imagen de los límites de grano de los metales, la importancia del análisis radica en la interfaz de muchas estructuras y su orientación general. Al comprender cada área de interés, se pueden identificar los defectos y/o anomalías dentro del área general. Aunque la imagen de los límites de grano se estudia normalmente en un rango que supera la capacidad del perfilómetro, y solo se trata de 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, el Perfilómetro 3D sin contacto, mediante el cromatismo axial, puede medir casi cualquier superficie, los tamaños de las muestras pueden variar ampliamente debido a la disposición abierta y no es necesario preparar las muestras. Se obtiene un rango de nano a macro durante la medición del perfil de la superficie sin influencia alguna de la reflectividad o absorción de la muestra, tiene una capacidad avanzada para medir ángulos de superficie elevados y no hay manipulación de los resultados por parte del software. Mida fácilmente cualquier material: transparente, opaco, especular, difusivo, 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 los límites de la superficie, junto con las ventajas de la capacidad combinada de 2D y 3D.

OBJETIVO DE MEDICIÓN

En esta aplicación, se utiliza el perfilómetro Nanovea ST400 para medir la superficie del poliestireno expandido. Los límites se establecieron combinando un archivo de intensidad reflejada con la topografía, que se obtuvieron simultáneamente utilizando el NANOVEA ST400. A continuación, estos datos se utilizaron para calcular la información sobre la forma y el tamaño de cada “grano” de poliestireno expandido.

NANOVEA

ST400

RESULTADOS Y DISCUSIÓN: Medición de límites superficiales en 2D

Imagen topográfica (abajo a la izquierda) enmascarada por una imagen de intensidad reflejada (abajo a la derecha) para definir claramente los límites de los granos. Todos los granos con un diámetro inferior a 565 µm se han ignorado mediante la aplicación de un filtro.

Número total de granos: 167
Área total proyectada ocupada por los granos: 166,917 mm² (64,5962 %)
Área total proyectada ocupada por los límites: (35.4038 %)
Densidad de 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 de límites superficiales en 3D

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

CONCLUSIÓN

En esta aplicación, hemos mostrado cómo el perfilómetro sin contacto NANOVEA 3D puede caracterizar con precisión la superficie del poliestireno expandido. Se puede obtener información estadística sobre toda la superficie de interés o sobre granos individuales, ya sean picos o depresiones. 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 superficies naturales y prefabricadas, desde aplicaciones biomédicas hasta micro mecanizado, entre muchas otras. 

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Prueba de desgaste por humedad del recubrimiento de vidrio mediante tribómetro

Prueba de desgaste por humedad del recubrimiento de vidrio mediante tribómetro

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HUMEDAD DEL RECUBRIMIENTO DE VIDRIO

PRUEBA DE DESGASTE MEDIANTE TRIBÓMETRO

Preparado por

DUANJIE LI, Doctorado

INTRODUCCIÓN

El recubrimiento autolimpiante para vidrio crea una superficie fácil de limpiar que evita la acumulación de mugre, suciedad y manchas. Su función autolimpiante reduce significativamente la frecuencia, el tiempo, la energía y los costos de limpieza, lo que lo convierte en una opción atractiva para una variedad de aplicaciones residenciales y comerciales, como fachadas de vidrio, espejos, vidrios de ducha, ventanas y parabrisas.

IMPORTANCIA DE LA RESISTENCIA AL DESGASTE DEL RECUBRIMIENTO DE VIDRIO AUTOLIMPIABLE

Una de las principales aplicaciones del recubrimiento autolimpiante es la superficie exterior de las fachadas acristaladas de los rascacielos. La superficie del vidrio suele verse afectada por partículas a gran velocidad arrastradas por fuertes vientos. Las condiciones meteorológicas también influyen considerablemente en la vida útil del recubrimiento del vidrio. El tratamiento superficial del vidrio y la aplicación de un nuevo recubrimiento cuando el antiguo falla pueden resultar muy difíciles y costosos. Por lo tanto, la resistencia al desgaste del recubrimiento del vidrio bajo
Las diferentes condiciones climáticas son fundamentales.


Para simular las condiciones ambientales reales del recubrimiento autolimpiante en diferentes condiciones climáticas, es necesario realizar una evaluación repetible del desgaste en condiciones de humedad controladas y supervisadas. Esto permite a los usuarios comparar adecuadamente la resistencia al desgaste de los recubrimientos autolimpiantes expuestos a diferentes niveles de humedad y seleccionar el mejor candidato para la aplicación deseada.

OBJETIVO DE MEDICIÓN

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

NANOVEA

T100

Tribómetro neumático compacto T100

PROCEDIMIENTOS DE PRUEBA

Los portaobjetos de microscopio de vidrio sodocálcico se recubrieron con recubrimientos de vidrio autolimpiables con dos fórmulas de tratamiento diferentes. Estos dos recubrimientos se identifican como Recubrimiento 1 y Recubrimiento 2. También se probó un portaobjetos de vidrio sin recubrimiento para comparar.


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

CARGA MÁXIMA 40 mN
RESULTADOS Y DISCUSIÓN

Se realizaron pruebas de desgaste con pasador sobre disco en diferentes condiciones de humedad sobre el vidrio recubierto y sin recubrir.
muestras. El COF se registró in situ durante las pruebas de desgaste, tal y como se muestra en FIGURA 1 y el COF promedio se resume en FIGURA 2. FIGURA 4 compara las huellas de desgaste tras las pruebas de desgaste.


Como se muestra en FIGURA 1, el vidrio sin recubrimiento presenta un alto coeficiente de fricción (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 recubiertas Recubrimiento 1 y Recubrimiento 2 muestran un COF bajo, inferior a 0,2, al inicio de la prueba. El COF
El recubrimiento 2 se estabiliza en ~0,25 durante el resto de la prueba, mientras que el recubrimiento 1 muestra un fuerte aumento del COF en
~250 revoluciones y el COF alcanza un valor de ~0,5. Cuando las pruebas de desgaste se llevan a cabo en el 60% RH, el
El vidrio sin recubrimiento sigue mostrando un COF más alto, de ~0,45, a lo largo de toda la prueba de desgaste. Los recubrimientos 1 y 2 presentan valores de COF de 0,27 y 0,22, respectivamente. En el 90% RH, el vidrio sin recubrimiento posee un COF alto, de ~0,5, al final de la prueba de desgaste. Los recubrimientos 1 y 2 muestran un COF comparable de ~0,1 al inicio de la prueba de desgaste. El recubrimiento 1 mantiene un COF relativamente estable de ~0,15. Sin embargo, el recubrimiento 2 falla a las ~100 revoluciones, seguido de un aumento significativo del COF hasta ~0,5 hacia el final de la prueba de desgaste.


La baja fricción del recubrimiento de vidrio autolimpiante se debe a su baja energía superficial. Crea una estática muy alta.
ángulo de contacto con el agua y ángulo de rodadura bajo. Esto provoca la formación de pequeñas gotas de agua en la superficie del recubrimiento en el 90% RH, como se muestra bajo el microscopio en FIGURA 3. También da lugar a una disminución del COF medio de ~0,23 a ~0,15 para el recubrimiento 2 a medida que el valor de humedad relativa aumenta de 30% a 90%.

FIGURA 1: Coeficiente de fricción durante las pruebas de clavija sobre disco en diferentes condiciones de humedad relativa.

FIGURA 2: COF promedio durante las pruebas de pin-on-disk en diferentes condiciones de humedad relativa.

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

FIGURA 4 compara las marcas de desgaste en la superficie del vidrio tras las pruebas de desgaste en diferentes condiciones de humedad. El recubrimiento 1 muestra signos de desgaste leve tras las pruebas de desgaste en condiciones de humedad relativa de 30% y 60%. Presenta una marca de desgaste considerable tras la prueba en condiciones de humedad relativa de 90%, lo que concuerda con el aumento significativo del COF durante la prueba de desgaste. El recubrimiento 2 casi no muestra signos de desgaste tras 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 condiciones de humedad. La combinación de buenas propiedades tribológicas y baja energía superficial hace que el recubrimiento 2 sea un buen candidato para aplicaciones de recubrimiento de vidrio autolimpiante en entornos difíciles. En comparación, el vidrio sin recubrimiento muestra mayores marcas de desgaste y un COF más alto en diferentes condiciones de humedad, lo que demuestra la necesidad de la técnica de recubrimiento autolimpiante.

FIGURA 4: Marcas de desgaste tras las pruebas de pin-on-disk en diferentes condiciones de humedad relativa (aumento de 200x).

CONCLUSIÓN

NANOVEA El tribómetro T100 es una herramienta superior para la evaluación y el control de calidad de los recubrimientos de vidrio autolimpiables en diferentes condiciones de humedad. La capacidad de medición in situ del COF permite a los usuarios correlacionar las diferentes etapas del proceso de desgaste con la evolución del COF, lo cual es fundamental para mejorar la comprensión básica 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 probados en diferentes condiciones de humedad, demostramos que el recubrimiento 2 posee un COF bajo constante y una resistencia al desgaste superior tanto en entornos secos como húmedos, lo que lo convierte en un mejor candidato para aplicaciones de recubrimiento de vidrio autolimpiable expuestas a diferentes condiciones climáticas.


NANOVEA Los tribómetros ofrecen pruebas de desgaste y fricción precisas y repetibles utilizando modos rotativos y lineales que cumplen con las normas ISO y ASTM, con módulos opcionales de desgaste a alta temperatura, lubricación y tribocorrosión disponibles en un sistema preintegrado. Se encuentra disponible un perfilador 3D sin contacto opcional para alta
Imágenes 3D de alta resolución de la huella de desgaste, además de otras mediciones superficiales, 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 CREEP

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 están diseñadas para estar expuestas a una tensión continua, como los componentes estructurales, las uniones y los accesorios, y los recipientes de presión hidrostática.

IMPORTANCIA DE LA MEDICIÓN DE LA FLUENCIA EN LOS POLÍMEROS

La naturaleza inherente de la viscoelasticidad desempeña un papel fundamental en el rendimiento de los polímeros e influye directamente en su fiabilidad de servicio. Las condiciones ambientales, como la carga y la temperatura, afectan al comportamiento de fluencia de los polímeros. Los fallos por fluencia suelen producirse debido a la falta de atención al comportamiento de fluencia dependiente del tiempo de los materiales poliméricos utilizados en condiciones de servicio específicas. Por ello, es importante desarrollar una prueba fiable y cuantitativa del comportamiento mecánico viscoelástico de los polímeros. El módulo Nano de NANOVEA Comprobadores mecánicos aplica la carga con un piezoeléctrico 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 la fluencia.

OBJETIVO DE MEDICIÓN

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

NANOVEA

PB1000

nanoindentador y rayador Nanovea PB1000
CONDICIONES DE ENSAYO

Se analizaron ocho muestras diferentes de polímeros mediante la técnica de nanoindentación utilizando el medidor mecánico NANOVEA PB1000. A medida que la carga aumentaba linealmente de 0 a 40 mN, la profundidad aumentaba progresivamente durante la fase de carga. A continuación, se midió la fluencia mediante el cambio de la profundidad de indentación a la carga máxima de 40 mN durante 30 s.

CARGA MÁXIMA 40 mN
VELOCIDAD DE CARGA
80 mN/min
VELOCIDAD DE DESCARGA 80 mN/min
TIEMPO DE DESLIZAMIENTO
30 s

TIPO DE INDENTADOR

Berkovich

Diamante

*Configuración de la prueba de nanoindentación

RESULTADOS Y DISCUSIÓN

El gráfico de carga frente a desplazamiento de las pruebas de nanoindentación realizadas en diferentes muestras de polímeros se muestra en la FIGURA 1, y las curvas de fluencia se comparan en la FIGURA 2. 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 partes 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, con 0,23 y 0,22 GPa, respectivamente, mientras que el LDPE posee la menor dureza, con 0,026 GPa, entre los polímeros probados. En general, los polímeros más duros muestran menores índices de fluencia. El LDPE, que es el más blando, tiene la mayor profundidad de fluencia, con 798 nm, en comparación con los ~120 nm del Delrin.

Las propiedades de fluencia de los polímeros son fundamentales cuando se utilizan en piezas estructurales. Mediante la medición precisa de 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, es decir, el cambio de desplazamiento con una carga determinada, también se puede medir a diferentes temperaturas elevadas y humedades utilizando el ensayador mecánico NANOVEA PB1000, que constituye una herramienta ideal para medir de forma cuantitativa y fiable los comportamientos mecánicos viscoelásticos de los polímeros.
en el entorno de aplicación realista simulado.

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

FIGURA 2: Deslizamiento con 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 medidor mecánico mide las propiedades mecánicas de diferentes polímeros, incluyendo la dureza, el módulo de Young y la fluencia. Dichas propiedades mecánicas son esenciales para seleccionar el material polimérico adecuado para las aplicaciones previstas. Derlin y PVC presentan la mayor dureza, con 0,23 y 0,22 GPa, respectivamente, mientras que el LDPE posee la menor dureza, con 0,026 GPa, entre los polímeros probados. En general, los polímeros más duros presentan menores índices de fluencia. El LDPE, que es el más blando, muestra la mayor profundidad de fluencia, con 798 nm, en comparación con los ~120 nm del Derlin.

Los probadores mecánicos NANOVEA ofrecen módulos nano y micro multifuncionales sin igual en una sola plataforma. Tanto los módulos nano como los micro incluyen modos de probador de rayaduras, probador de dureza y probador de desgaste, lo que proporciona la gama de pruebas más amplia y fácil de usar disponible en un solo sistema.

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Material multifásico utilizando nanoindentación NANOVEA

Nanoindentación multifásica de metales

Estudio metalúrgico de materiales multifásicos mediante nanoindentación

Más información

ESTUDIO DE METALURGIA
DE MATERIAL MULTIFÁSICO

USO DE LA NANOINDENTACIÓN

Preparado por

DUANJIE LI, Doctorado & ALEXIS CELESTIN

INTRODUCCIÓN

La metalurgia estudia el comportamiento físico y químico de los elementos metálicos, así como sus compuestos intermetálicos y aleaciones. Los metales que se someten a procesos de trabajo, como la fundición, la forja, la laminación, 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 esas fases, microestructuras y texturas específicas.

IMPORTANCIA DE LAS 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 específicas 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 ubicaciones específicas para la indentación en un área muy pequeña resulta complicado y lleva mucho tiempo. Se necesita un procedimiento de ensayo de nanoindentación fiable y fácil de usar para determinar las propiedades mecánicas de las diferentes fases de un material con alta precisión y mediciones oportunas.

OBJETIVO DE MEDICIÓN

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

Aquí mostramos la capacidad del PB1000 para realizar mediciones de nanoindentación en múltiples fases (granos) de una superficie de muestra grande con alta precisión y facilidad de uso gracias a nuestro controlador de posición avanzado.

NANOVEA

PB1000

nanoindentador y rayador Nanovea PB1000
CONDICIONES DE ENSAYO

En este estudio, utilizamos una muestra metalúrgica con múltiples fases. La muestra se pulió hasta obtener un acabado superficial similar al de un espejo antes de realizar las pruebas de indentación. Se han identificado cuatro fases en la muestra, denominadas FASE 1, FASE 2, FASE 3 y FASE 4, como se muestra a continuación.

El controlador avanzado de la platina es una herramienta intuitiva de navegación por la muestra que ajusta automáticamente la velocidad de movimiento de la muestra bajo el microscopio óptico en función de la posición del ratón. Cuanto más se aleja el ratón del centro del campo de visión, más rápido se mueve 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 deseada para la prueba mecánica. Las coordenadas de las ubicaciones de prueba se guardan y 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 muestra en busca de áreas específicas de interés para la indentación y realizar todas las pruebas de indentación en diferentes ubicaciones a la vez, lo que lo convierte en 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 Probador mecánico con el número FIGURA 1. Se guardan las coordenadas de las ubicaciones seleccionadas y, a continuación, se realizan pruebas de nanoindentación automáticas de forma simultánea en las condiciones de prueba que se resumen a continuación.

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

A continuación se muestran las hendiduras en las diferentes fases de la muestra. Demostramos que el excelente control de la posición de la platina de muestras en el NANOVEA Comprobador mecánico permite a los usuarios localizar con precisión la ubicación objetivo para realizar pruebas de propiedades mecánicas.

Las curvas representativas de carga-desplazamiento de las indentaciones se muestran en FIGURA 2, y la dureza y el módulo de Young correspondientes calculados utilizando el método de Oliver y Pharr.iii 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 de FASES 2 contribuye a una mayor desviación estándar de los valores de dureza y del módulo de Young.

FIGURA 2: CURVAS DE 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 muestra metalúrgica de gran tamaño utilizando el controlador de etapa avanzado. El control preciso de la posición permite a los usuarios navegar fácilmente por una superficie de muestra grande y seleccionar directamente las áreas de interés para las mediciones de nanoindentación.

Las coordenadas de ubicación de todas las hendiduras se guardan y luego se realizan consecutivamente. Este procedimiento de prueba hace que la medición de las propiedades mecánicas locales a pequeña escala, por ejemplo, la muestra de metal multifásico 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, con 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 modos de ensayo de indentación, rayado y desgaste conformes con las normas ISO y ASTM, lo que proporciona la gama de ensayos más amplia y fácil de usar disponible en un solo sistema. La inigualable gama de NANOVEA es la solución ideal para determinar todas las propiedades mecánicas de recubrimientos, 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.

i Oliver, W. C.; Pharr, G. M., Revista de Investigación de Materiales, volumen 19, número 1, enero de 2004, pp. 3-20.
ii Schuh, C.A., Materials Today, volumen 9, número 5, mayo de 2006, pp. 32-40.
iii Oliver, W. C.; Pharr, G. M., Revista de Investigación de Materiales, volumen 7, número 6, junio de 1992, pp. 1564-1583.

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Medición de contornos con el perfilómetro de NANOVEA

Medición de la profundidad del dibujo de los neumáticos y la rugosidad de la superficie de la goma | Perfilómetro óptico 3D

MEDICIÓN DE LA PROFUNDIDAD DEL BANDA DE RODADURA DEL NEUMÁTICO Y DE LA RUGOSIDAD DE LA SUPERFICIE DE GOMA utilizando un perfilómetro óptico 3D

Referencia para medir la profundidad del dibujo de los neumáticos que muestra varios patrones de dibujo de neumáticos de automóvil.

Preparado por

ANDREA HERRMANN

Aunque la profundidad del dibujo de los neumáticos se mide habitualmente con medidores manuales para garantizar la seguridad de los consumidores, los departamentos de I+D industriales y los fabricantes de neumáticos requieren métodos más avanzados. Esta nota de aplicación muestra cómo un perfilómetro óptico 3D proporciona mediciones precisas de la profundidad del dibujo de los neumáticos, mapas de contorno y análisis de la rugosidad de la superficie del caucho para estudios de alta precisión.

INTRODUCCIÓN

Al igual que todos los materiales, el coeficiente de fricción del caucho está relacionado en parte con la rugosidad de su superficie. En los neumáticos de los vehículos, tanto la profundidad del dibujo como la rugosidad de la superficie afectan directamente al rendimiento en cuanto a tracción, frenado y desgaste. En este estudio, se analizan la superficie del caucho y la rugosidad y las dimensiones del dibujo utilizando perfilometría 3D sin contacto.
Muestra de neumático utilizada para medir la profundidad del dibujo y la rugosidad de la superficie de goma.

LA MUESTRA

IMPORTANCIA DE LA PERFILOMETRÍA 3D SIN CONTACTO PARA LA MEDICIÓN DE LA PROFUNDIDAD DEL BANDA DE RODADURA DE LOS NEUMÁTICOS

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

El sistema Profiler, con su estructura abierta, permite trabajar con muestras de muy diversos tamaños y no requiere ninguna preparación previa. Con un solo escaneo, los usuarios pueden capturar tanto la profundidad total de la banda de rodadura del neumático como la rugosidad de la superficie a nivel micro, sin que influya en absoluto la reflectividad o la 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.

Esta versatilidad hace que los perfilómetros NANOVEA sean ideales tanto para pruebas de desgaste de la banda de rodadura de los neumáticos como para la investigación avanzada de materiales de caucho.

OBJETIVO DE MEDICIÓN

En esta aplicación, mostramos el NANOVEA ST400, un perfilómetro óptico 3D sin contacto que mide la profundidad del dibujo de los neumáticos, la geometría del contorno y la rugosidad de la superficie de la goma. Para este estudio, se seleccionó al azar una superficie de muestra lo suficientemente grande como para representar toda la superficie del neumático. Para cuantificar las características de la goma, utilizamos el software de análisis NANOVEA Ultra 3D para medir las dimensiones de los surcos, la profundidad del dibujo, la rugosidad de la superficie y el área desarrollada frente al área proyectada.

NANOVEA ST400 Estándar
Perfilómetro óptico 3D

DESCARGAR FOLLETO
SOLICITAR PRESUPUESTO
Perfilómetro óptico 3D Nanovea ST400 para el análisis de la profundidad del dibujo y la rugosidad de la superficie de los neumáticos.
ANÁLISIS: BANDA DE RODADURA DEL NEUMÁTICO
La vista 3D y la vista en falso color de las bandas de rodadura muestran el valor de mapear los diseños de superficies 3D. Esto proporciona a los ingenieros una herramienta sencilla para evaluar la uniformidad de la profundidad de la banda de rodadura, el diseño de los surcos y el desgaste desde múltiples ángulos. El análisis avanzado de contornos y el análisis de la altura de los escalones son herramientas extremadamente potentes para medir con precisión las dimensiones de las formas y el diseño de las muestras.
Perfilometría óptica 3D en falso color de la profundidad del dibujo de los neumáticos y la geometría de los surcos.
Vista de la superficie con perfilómetro 3D de la medición de la profundidad del dibujo de los neumáticos.

ANÁLISIS AVANZADO DEL CONTORNO

Análisis avanzado del contorno de las ranuras de la banda de rodadura de los neumáticos mediante perfilometría 3D.

ANÁLISIS DE LA ALTURA DE LOS ESCALONES

Análisis de la altura de los escalones para medir la profundidad del dibujo de los neumáticos con un perfilómetro óptico 3D.
Perfil de altura de escalones de perfilometría 3D que muestra la medición de la profundidad del dibujo de los neumáticos.
ANÁLISIS: SUPERFICIE DE GOMA
La superficie de caucho se puede cuantificar de numerosas formas utilizando herramientas de software integradas, como se muestra en las siguientes figuras. Se puede observar que la rugosidad de la superficie es de 2,688 μm, y que el área desarrollada frente al área proyectada es de 9,410 mm² frente a 8,997 mm². Estos resultados demuestran cómo la rugosidad de la superficie del caucho afecta a la tracción y al rendimiento, lo que permite realizar comparaciones entre diferentes formulaciones de caucho o distintos niveles de desgaste de la superficie.
Análisis de la rugosidad de la superficie del caucho con un perfilómetro óptico 3D
ISO 25178 Parámetros de altura de la superficie de caucho de los neumáticos
Vista de perfilometría óptica 3D de la rugosidad de la superficie de caucho y el área desarrollada.
Parámetros del perfilador de superficie de caucho de neumáticos

CONCLUSIÓN

En esta aplicación, hemos mostrado cómo el perfilómetro óptico sin contacto NANOVEA 3D puede caracterizar con precisión la profundidad de la banda de rodadura de los neumáticos, las dimensiones del contorno y la rugosidad de la superficie de la goma. 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. También se midieron varias dimensiones y radios de las bandas de rodadura de goma. Esta información puede ser utilizada por los fabricantes de neumáticos, los investigadores del sector automovilístico y los ingenieros de materiales para comparar diseños de bandas de rodadura, formulaciones de caucho o neumáticos con distintos grados de desgaste. Los datos que se muestran aquí representan solo una parte de los cálculos disponibles en el software de análisis Ultra 3D.

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Medición del desgaste in situ a alta temperatura

MEDICIÓN DEL DESGASTE IN SITU A ALTA TEMPERATURA

USO DEL TRIBÓMETRO

MEDICIÓN DEL DESGASTE IN SITU Tribómetro aeroespacial

Preparado por

Doctor Duanjie Li

INTRODUCCIÓN

El transformador diferencial variable lineal (LVDT) es un tipo de transformador eléctrico robusto que se utiliza para medir el desplazamiento lineal. Se ha utilizado ampliamente en una gran variedad de aplicaciones industriales, entre las que se incluyen turbinas eléctricas, sistemas hidráulicos, automatización, aeronáutica, satélites, reactores nucleares y muchas otras.

En este estudio, presentamos los complementos LVDT y los módulos para altas temperaturas de NANOVEA. Tribómetro que permiten medir el cambio en la profundidad de la huella de desgaste de la muestra sometida a prueba durante el proceso de desgaste a temperaturas elevadas. Esto permite a los usuarios correlacionar las diferentes etapas del proceso de desgaste con la evolución del COF, lo cual es fundamental para mejorar la comprensión básica del mecanismo de desgaste y las características tribológicas de los materiales para aplicaciones a altas temperaturas.

OBJETIVO DE MEDICIÓN

En este estudio, nos gustaría mostrar la capacidad del tribómetro NANOVEA T50 para monitorear in situ la evolución del proceso de desgaste de los materiales a temperaturas elevadas.

El proceso de desgaste de la cerámica de silicato de alúmina a diferentes temperaturas se simula de manera controlada y supervisada.

NANOVEA

T50

PROCEDIMIENTO DE PRUEBA

El comportamiento tribológico, por ejemplo, el coeficiente de fricción (COF) y la resistencia al desgaste de las placas cerámicas de silicato de alúmina, se evaluó con el tribómetro NANOVEA. La placa cerámica de silicato de alúmina se calentó en un horno desde temperatura ambiente (TA) hasta temperaturas elevadas (400 °C y 800 °C), y a continuación se realizaron ensayos de desgaste a dichas temperaturas. 

A modo de comparación, las pruebas de desgaste se llevaron a cabo cuando la muestra se enfrió de 800 °C a 400 °C y, posteriormente, a temperatura ambiente. Se aplicó una punta de bola de AI2O3 (6 mm de diámetro, grado 100) contra las muestras sometidas a prueba. Se supervisaron in situ el COF, la profundidad de desgaste y la temperatura.

PARÁMETROS DE PRUEBA

de la medición del pin sobre disco

Tribómetro LVDT Muestra

La tasa de desgaste, K, se evaluó utilizando la fórmula K=V/(Fxs)=A/(Fxn), donde V es el volumen desgastado, F es la carga normal, s es la distancia de deslizamiento, A es el área transversal de la huella de desgaste y n es el número de revoluciones. La rugosidad de la superficie y los perfiles de las huellas de desgaste se evaluaron con el perfilómetro óptico NANOVEA, y la morfología de las huellas de desgaste se examinó con un microscopio óptico.

RESULTADOS Y DEBATE

El COF y la profundidad de la huella de desgaste registrados in situ se muestran en la FIGURA 1 y la FIGURA 2, respectivamente. En la FIGURA 1, “-I” indica la prueba realizada cuando la temperatura se incrementó desde la temperatura ambiente hasta una temperatura elevada. “-D” representa la temperatura disminuida desde una temperatura más alta de 800 °C.

Como se muestra en la FIGURA 1, las muestras probadas a diferentes temperaturas presentan un COF comparable de ~0,6 en todas las mediciones. Un COF tan alto provoca un proceso de desgaste acelerado que genera una cantidad considerable de residuos. La profundidad de la huella de desgaste se supervisó durante las pruebas de desgaste mediante LVDT, como se muestra en la FIGURA 2. Las pruebas realizadas a temperatura ambiente antes del calentamiento de la muestra y después de su enfriamiento muestran que la placa cerámica de silicato de alúmina presenta un proceso de desgaste progresivo a temperatura ambiente, y que la profundidad de la huella de desgaste aumenta gradualmente a lo largo de la prueba de desgaste hasta ~170 y ~150 μm, respectivamente. 

En comparación, las pruebas de desgaste a temperaturas elevadas (400 °C y 800 °C) muestran un comportamiento de desgaste diferente: la profundidad de la huella de desgaste aumenta rápidamente al inicio del proceso de desgaste y se ralentiza a medida que avanza la prueba. Las profundidades de las marcas de desgaste para las pruebas realizadas a temperaturas de 400 °C-I, 800 °C y 400 °C-D son de aproximadamente 140, 350 y 210 μm, respectivamente.

COF durante pruebas con pin sobre escritorio a diferentes temperaturas

FIGURA 1. Coeficiente de fricción durante pruebas de clavija sobre disco a diferentes temperaturas

Profundidad de desgaste de la placa cerámica de silicato de alúmina a diferentes temperaturas

FIGURA 2. Evolución de la profundidad de la huella de desgaste de la placa cerámica de silicato de alúmina a diferentes temperaturas.

Se midieron la tasa de desgaste promedio y la profundidad de la huella de desgaste de las placas de cerámica de silicato de alúmina a diferentes temperaturas utilizando NANOVEA Perfilómetro óptico, tal y como se resume en FIGURA 3. La profundidad de la huella de desgaste coincide con la registrada mediante LVDT. La placa cerámica de silicato de alúmina muestra una tasa de desgaste sustancialmente mayor, de ~0,5 mm3/Nm a 800 °C, en comparación con las tasas de desgaste inferiores a 0,2 mm3/N a temperaturas inferiores a 400 °C. La placa cerámica de silicato de alúmina no muestra una mejora significativa de sus propiedades mecánicas/tribológicas tras el breve proceso de calentamiento, ya que presenta una tasa de desgaste comparable antes y después del tratamiento térmico.

La cerámica de silicato de alúmina, también conocida como lava y piedra maravillosa, es blanda y mecanizable antes del tratamiento térmico. Un largo proceso de cocción a temperaturas elevadas de hasta 1093 °C puede mejorar sustancialmente su dureza y resistencia, tras lo cual se requiere un mecanizado con diamante. Esta característica única hace que la cerámica de silicato de alúmina sea un material ideal para la escultura.

En este estudio, demostramos que el tratamiento térmico a una temperatura inferior a la requerida para la cocción (800 °C frente a 1093 °C) en un tiempo breve no mejora las características mecánicas y tribológicas de la cerámica de silicato de alúmina, lo que hace que la cocción adecuada sea un proceso esencial para este material antes de su uso en aplicaciones reales.

 
Tasa de desgaste y profundidad de la huella de desgaste de la muestra a diferentes temperaturas 1

FIGURA 3. Tasa de desgaste y profundidad de la huella de desgaste de la muestra a diferentes temperaturas.

CONCLUSIÓN

Basándonos en el análisis tribológico exhaustivo realizado en este estudio, demostramos que la placa cerámica de silicato de alúmina presenta un coeficiente de fricción comparable a diferentes temperaturas, desde la temperatura ambiente hasta los 800 °C. Sin embargo, muestra un aumento sustancial de la tasa de desgaste de ~0,5 mm3/Nm a 800 °C, lo que demuestra la importancia de un tratamiento térmico adecuado de esta cerámica.

Los tribómetros NANOVEA son capaces de evaluar las propiedades tribológicas de los materiales para aplicaciones a altas temperaturas de hasta 1000 °C. La función de medición in situ del coeficiente de fricción (COF) y la profundidad de la huella de desgaste permite a los usuarios correlacionar las diferentes etapas del proceso de desgaste con la evolución del COF, lo cual es fundamental para mejorar la comprensión básica del mecanismo de desgaste y las características tribológicas de los materiales utilizados a temperaturas elevadas.

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, con módulos opcionales de desgaste a alta temperatura, lubricación y tribocorrosión disponibles en un sistema preintegrado. La inigualable gama de NANOVEA es una solución ideal para determinar toda la gama de propiedades tribológicas de recubrimientos, películas y sustratos delgados o gruesos, blandos o duros.

Hay disponibles perfiladores 3D sin contacto opcionales para obtener imágenes 3D de alta resolución de las huellas de desgaste, además de otras mediciones superficiales, como la rugosidad.

MEDICIÓN DEL DESGASTE IN SITU

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Análisis de la superficie de escamas de pez mediante un perfilómetro óptico 3D

Análisis de la superficie de escamas de pez mediante un perfilómetro óptico 3D

Más información

ANÁLISIS DE LA SUPERFICIE DE LAS ESCAMAS DE LOS PECES

utilizando un PERFILADOR ÓPTICO 3D

Perfilómetro de escamas de pescado

Preparado por

Andrea Novitsky

INTRODUCCIÓN

La morfología, los patrones y otras características de las escamas de los peces se estudian utilizando NANOVEA. Perfilador óptico 3D sin contacto. La delicada naturaleza de esta muestra biológica, junto con sus ranuras muy pequeñas y de ángulo elevado, también destaca la importancia de la técnica sin contacto del perfilador. Las ranuras de la escama se denominan circuli y pueden estudiarse para estimar la edad del pez e incluso distinguir períodos de diferentes tasas de crecimiento, de forma similar a los anillos de un árbol. Se trata de una información muy importante para la gestión de las poblaciones de peces silvestres con el fin de evitar la sobrepesca.

Importancia de la perfilometría 3D sin contacto PARA ESTUDIOS BIOLÓGICOS

A diferencia de otras técnicas, como las sondas táctiles o la interferometría, el perfilómetro óptico 3D sin contacto, que utiliza cromatismo axial, puede medir casi cualquier superficie. El tamaño de las muestras puede variar ampliamente debido a la disposición abierta y no es necesario preparar las muestras. Durante la medición del perfil de la superficie se obtienen características en el rango nano a macro sin ninguna influencia de la reflectividad o absorción de la muestra. El instrumento ofrece una capacidad avanzada para medir ángulos de superficie elevados sin necesidad de manipular los resultados mediante software. Se puede medir fácilmente cualquier material, ya sea transparente, opaco, especular, difusivo, pulido o rugoso. La técnica ofrece una capacidad ideal, amplia y fácil de usar para maximizar los estudios de superficie, junto con las ventajas de las capacidades combinadas de 2D y 3D.

OBJETIVO DE MEDICIÓN

En esta aplicación, presentamos el NANOVEA ST400, un perfilómetro 3D sin contacto con un sensor de alta velocidad, que proporciona un análisis completo de la superficie de una balanza.

El instrumento se ha utilizado para escanear toda la muestra, junto con un escaneo de mayor resolución de la zona central. También se midió la rugosidad de la superficie exterior e interior de la escala para compararlas.

NANOVEA

ST400

Caracterización de superficies 3D y 2D de la escala exterior

La vista en 3D y la vista en falso color de la escama externa muestran una estructura compleja similar a una huella digital o a los anillos de un árbol. Esto proporciona a los usuarios una herramienta sencilla para observar directamente la caracterización de la superficie de la escama desde diferentes ángulos. Se muestran otras mediciones de la escama externa junto con la comparación entre el lado externo e interno de la escama.

Perfilómetro de escaneo 3D con escala de pez
Perfilómetro 3D con escáner de escamas de pez
Perfilómetro óptico 3D con escáner de escamas de pez y altura escalonada

COMPARACIÓN DE LA RUGOSIDAD DE LA SUPERFICIE

Perfilómetro de escamas de pez Escaneo 3D

CONCLUSIÓN

En esta aplicación, hemos mostrado cómo el perfilómetro óptico sin contacto NANOVEA 3D puede caracterizar una escama de pescado de diversas maneras. 

Las superficies externa e interna de la escama se pueden distinguir fácilmente solo por la rugosidad de la superficie, con valores de rugosidad de 15,92 μm y 1,56 μm, respectivamente. Además, se puede obtener información precisa y exacta sobre una escama de pez analizando los surcos, o círculos, de la superficie externa de la escama. Se midió la distancia de las bandas de circuli desde el centro y se determinó que la altura media de los circuli era de aproximadamente 58 μm. 

Los datos que se muestran aquí representan solo una parte de los cálculos disponibles en el software de análisis.

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Análisis Mecánico Dinámico (AMD) Barrido de frecuencias en polímeros

BARRIDO DE FRECUENCIA DMA

SOBRE POLÍMEROS MEDIANTE NANOINDENTACIÓN

Preparado por

Doctor Duanjie Li

INTRODUCCIÓN

IMPORTANCIA DEL ANÁLISIS MECÁNICO DINÁMICO PRUEBA DE BARRIDO DE FRECUENCIA

La frecuencia cambiante de la tensión suele provocar variaciones en el módulo complejo, que es una propiedad mecánica fundamental de los polímeros. Por ejemplo, los neumáticos están sometidos a deformaciones cíclicas elevadas cuando los vehículos circulan por la carretera. La frecuencia de la presión y la deformación cambia a medida que el coche acelera a velocidades más altas. Este cambio puede provocar variaciones en las propiedades viscoelásticas del neumático, que son factores importantes en el rendimiento del coche. Se necesita una prueba fiable y repetible del comportamiento viscoelástico de los polímeros a diferentes frecuencias. El módulo Nano de NANOVEA Comprobador mecánico Genera una carga sinusoidal mediante un actuador piezoeléctrico de alta precisión y mide directamente la evolución de la fuerza y el desplazamiento utilizando una célula de carga ultrasensible y un condensador. La combinación de una fácil configuración y una alta precisión lo convierte en una herramienta ideal para el barrido de frecuencias del análisis mecánico dinámico.

Los materiales viscoelásticos presentan características tanto viscosas como elásticas cuando se deforman. Las largas cadenas moleculares de los materiales poliméricos contribuyen a sus propiedades viscoelásticas únicas, es decir, una combinación de las características de los sólidos elásticos y los fluidos newtonianos. La tensión, la temperatura, la frecuencia y otros factores influyen en las propiedades viscoelásticas. El análisis mecánico dinámico, también conocido como DMA, estudia el comportamiento viscoelástico y el módulo complejo del material aplicando una tensión sinusoidal y midiendo el cambio de deformación.

OBJETIVO DE MEDICIÓN

En esta aplicación, estudiamos las propiedades viscoelásticas de una muestra de neumático pulido a diferentes frecuencias DMA utilizando el probador mecánico más potente, NANOVEA PB1000, en Nanoindentación modo.

NANOVEA

PB1000

nanoindentador y rayador Nanovea PB1000

CONDICIONES DE ENSAYO

FRECUENCIAS (Hz):

0.1, 1.5, 10, 20

TIEMPO DE DESPLAZAMIENTO EN CADA FRECUENCIA.

50 segundos

VOLTAJE DE OSCILACIÓN

0,1 V

TENSION DE CARGA

1 V

tipo de penetrador

Esférico

Diamante | 100 μm

RESULTADOS Y DEBATE

El barrido de frecuencia del análisis mecánico dinámico a la carga máxima permite realizar una medición rápida y sencilla de las características viscoelásticas de la muestra a diferentes frecuencias de carga en una sola prueba. El desplazamiento de fase y las amplitudes de las ondas de carga y desplazamiento a diferentes frecuencias se pueden utilizar para calcular una variedad de propiedades viscoelásticas fundamentales del material, entre las que se incluyen: Módulo de almacenamiento, Módulo de pérdida y Bronceado (δ) tal y como se resume en los siguientes gráficos. 

Las frecuencias de 1, 5, 10 y 20 Hz en este estudio corresponden a velocidades de aproximadamente 7, 33, 67 y 134 km por hora. A medida que la frecuencia de prueba aumenta de 0,1 a 20 Hz, se puede observar que tanto el módulo de almacenamiento como el módulo de pérdida aumentan progresivamente. Tan (δ) disminuye de ~0,27 a 0,18 a medida que la frecuencia aumenta de 0,1 a 1 Hz, y luego aumenta gradualmente hasta ~0,55 cuando se alcanza la frecuencia de 20 Hz. El barrido de frecuencia DMA permite medir las tendencias del módulo de almacenamiento, el módulo de pérdida y Tan (δ), que proporcionan información sobre el movimiento de los monómeros y la reticulación, así como sobre la transición vítrea de los polímeros. Al elevar la temperatura mediante una placa calefactora durante el barrido de frecuencia, se puede obtener una imagen más completa de la naturaleza del movimiento molecular en diferentes condiciones de prueba.

EVOLUCIÓN DE LA CARGA Y LA PROFUNDIDAD

DEL BARRIDO DE FRECUENCIA DMA COMPLETO

CARGA Y PROFUNDIDAD frente al TIEMPO A DIFERENTES FRECUENCIAS

MÓDULO DE ALMACENAMIENTO

A DIFERENTES FRECUENCIAS

MÓDULO DE PÉRDIDA

A DIFERENTES FRECUENCIAS

TAN (δ)

A DIFERENTES FRECUENCIAS

CONCLUSIÓN

En este estudio, mostramos la capacidad del probador mecánico NANOVEA para realizar la prueba de barrido de frecuencia del análisis mecánico dinámico en una muestra de neumático. Esta prueba mide las propiedades viscoelásticas del neumático a diferentes frecuencias de tensión. El neumático muestra un aumento del módulo de almacenamiento y pérdida a medida que la frecuencia de carga aumenta de 0,1 a 20 Hz. Proporciona información útil sobre el comportamiento viscoelástico del neumático cuando circula a diferentes velocidades, lo cual es esencial para mejorar el rendimiento de los neumáticos y lograr una conducción más suave y segura. La prueba de barrido de frecuencia DMA se puede realizar a diferentes temperaturas para imitar el entorno de trabajo real del neumático en diferentes condiciones climáticas.

En el módulo Nano del comprobador mecánico NANOVEA, la aplicación de carga con el piezo rápido es independiente de la medición de carga realizada por un medidor de tensión de alta sensibilidad independiente. Esto ofrece una ventaja clara durante el análisis mecánico dinámico, ya que la fase entre la profundidad y la carga se mide directamente a partir de los datos recopilados por el sensor. El cálculo de la fase es directo y no requiere modelos matemáticos que añaden imprecisión al módulo de pérdida y almacenamiento resultante. Este no es el caso de los sistemas basados en bobinas.

En conclusión, el DMA mide el módulo de pérdida y almacenamiento, el módulo complejo y Tan (δ) en función de la profundidad de contacto, el tiempo y la frecuencia. La etapa de calentamiento opcional permite determinar la temperatura de transición de fase de los materiales durante el DMA. Los probadores mecánicos NANOVEA ofrecen módulos nano y micro multifunción sin igual en una sola plataforma. Tanto el módulo nano como el micro incluyen modos de probador de rayado, probador de dureza y probador de desgaste, lo que proporciona la gama de pruebas más amplia y fácil de usar disponible en un solo módulo.

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