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AR Categoría: Pruebas de laboratorio
Transición vítrea localizada con precisión mediante DMA por nanoindentación
Transición vítrea localizada con precisión mediante DMA por nanoindentación
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Imaginemos una situación en la que una muestra a granel se calienta uniformemente a una velocidad constante. A medida que el material a granel se calienta y se acerca a su punto de fusión, comienza a perder rigidez. Si se realizan indentaciones periódicas (ensayos de dureza) con la misma fuerza objetivo, la profundidad de cada indentación debería aumentar constantemente, ya que la muestra se vuelve más blanda (véase la figura 1). Esto continúa hasta que la muestra comienza a fundirse. En ese momento, se observará un gran aumento de la profundidad por indentación. Utilizando este concepto, se puede observar el cambio de fase en un material mediante oscilaciones dinámicas con una amplitud de fuerza fija y midiendo su desplazamiento, es decir, mediante el análisis mecánico dinámico (DMA).
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Medición de la relajación de tensiones mediante nanoindentación
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Prueba de desgaste de la madera con el tribómetro Nanovea
Importancia de comparar el desgaste del acabado de la madera y el coeficiente de fricción (COF)
La madera se ha utilizado durante miles de años como material de construcción para viviendas, muebles y suelos. Combina belleza natural y durabilidad, lo que la convierte en una opción ideal para suelos. A diferencia de las alfombras, los suelos de madera noble conservan su color durante mucho tiempo y se limpian y mantienen fácilmente. Sin embargo, al ser un material natural, la mayoría de los suelos de madera requieren la aplicación de un acabado superficial para proteger la madera de diversos tipos de daños, como arañazos y astillas con el paso del tiempo. En este estudio, Nanovea Tribómetro Se utilizó para medir la tasa de desgaste y el coeficiente de fricción (COF) con el fin de comprender mejor el rendimiento comparativo de tres acabados para madera.
El comportamiento en servicio de una especie de madera utilizada para suelos suele estar relacionado con su resistencia al desgaste. El cambio en la estructura celular y fibrosa individual de las diferentes especies de madera contribuye a sus diferentes comportamientos mecánicos y tribológicos. Las pruebas de servicio reales de la madera como material para suelos son caras, difíciles de reproducir y requieren largos periodos de tiempo. Por ello, resulta valioso desarrollar una prueba de desgaste sencilla que pueda producir resultados fiables, reproducibles y directos.
Objetivo de medición
En este estudio, simulamos y comparamos el comportamiento frente al desgaste de tres tipos de madera para demostrar la capacidad del tribómetro Nanovea para evaluar las propiedades tribológicas de la madera de forma controlada y supervisada.
Debate
Descripción de la muestra: La madera noble de abedul antiguo tiene un acabado de óxido de aluminio de 7 capas, que proporciona protección contra el desgaste diario. El roble gris Courtship y la caoba Santos son dos tipos de pisos laminados que varían en cuanto al acabado de la superficie y el brillo. El roble gris cortejo es de color gris pizarra, con acabado EIR y bajo brillo. Por otro lado, la caoba Santos es de color burdeos oscuro, preacabada y con alto brillo, lo que permite ocultar más fácilmente los arañazos y defectos de la superficie.
La evolución del COF durante las pruebas de desgaste de las tres muestras de pisos de madera se muestra en la Fig. 1. Las muestras de madera dura de abedul antiguo, roble gris cortejo y caoba Santos mostraron un comportamiento diferente en cuanto al COF.
En el gráfico anterior se puede observar que la madera dura de abedul antiguo fue la única muestra que mostró un COF estable durante toda la prueba. El fuerte aumento del COF del roble gris Courtship y su posterior disminución gradual podrían indicar que la rugosidad de la superficie de la muestra contribuyó en gran medida a su comportamiento en cuanto al COF. A medida que la muestra se desgastaba, la rugosidad de la superficie disminuyó y se volvió más homogénea, lo que explica la disminución del COF a medida que la superficie de la muestra se volvía más lisa debido al desgaste mecánico. El COF de la caoba Santos muestra un aumento suave y gradual al comienzo de la prueba y luego pasa abruptamente a una tendencia irregular. Esto podría indicar que, una vez que el revestimiento laminado comenzó a desgastarse, la bola de acero (material de contraposición) entró en contacto con el sustrato de madera, que se desgastó de manera más rápida y turbulenta, creando un comportamiento del COF más ruidoso hacia el final de la prueba.
Madera dura de abedul antiguo:
Cortejo del roble gris:
Caoba Santos
La tabla 2 resume los resultados de los escaneos y análisis de las huellas de desgaste en todas las muestras de pisos de madera después de realizar las pruebas de desgaste. La información detallada y las imágenes de cada muestra se pueden ver en las figuras 2-7. Basándonos en la comparación de la tasa de desgaste entre las tres muestras, podemos deducir que la caoba Santos demostró ser menos resistente al desgaste mecánico que las otras dos muestras. La madera dura de abedul antiguo y el roble gris cortejo tuvieron índices de desgaste muy similares, aunque su comportamiento durante las pruebas difirió significativamente. La madera dura de abedul antiguo presentó una tendencia de desgaste gradual y más uniforme, mientras que el roble gris cortejo mostró una huella de desgaste superficial y con picaduras debido a la textura y el acabado preexistentes de la superficie.
Conclusión
En este estudio, mostramos la capacidad del tribómetro de Nanovea para evaluar el coeficiente de fricción y la resistencia al desgaste de tres tipos de madera: madera dura de abedul antiguo, roble gris Courtship y caoba Santos, de forma controlada y supervisada. Las propiedades mecánicas superiores de la madera dura de abedul antiguo le confieren una mayor resistencia al desgaste. La textura y la homogeneidad de la superficie de la madera desempeñan un papel importante en el comportamiento frente al desgaste. La textura de la superficie del roble gris cortejo, como los huecos o grietas entre las fibras de las células de la madera, puede convertirse en los puntos débiles donde se inicia y se propaga el desgaste.
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Portabilidad y flexibilidad del perfilómetro 3D sin contacto Jr25
Comprender y cuantificar la superficie de una muestra es fundamental para muchas aplicaciones, entre ellas el control de calidad y la investigación. Para estudiar las superficies, a menudo se utilizan perfilómetros para escanear y obtener imágenes de las muestras. Un gran problema de los instrumentos de perfilometría convencionales es su incapacidad para adaptarse a muestras no convencionales. Las dificultades para medir muestras no convencionales pueden deberse al tamaño de la muestra, su geometría, la imposibilidad de moverla u otras preparaciones inconvenientes. El perfilómetro portátil de Nanovea Perfilómetros 3D sin contacto, La serie JR es capaz de resolver la mayoría de estos problemas gracias a su capacidad para escanear superficies de muestras desde diferentes ángulos y a su portabilidad.
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Compresión en materiales blandos y flexibles
Importancia de probar materiales blandos y flexibles
Un ejemplo de muestras muy blandas y flexibles son los sistemas microelectromecánicos. Los MEMS se utilizan en productos comerciales de uso cotidiano, como impresoras, teléfonos móviles y automóviles [1]. Sus usos también incluyen funciones especiales, como biosensores [2] y recolección de energía [3]. Para sus aplicaciones, los MEMS deben ser capaces de pasar de forma reversible y repetida de su configuración original a una configuración comprimida [4]. Para comprender cómo reaccionarán las estructuras ante las fuerzas mecánicas, se pueden realizar ensayos de compresión. Los ensayos de compresión se pueden utilizar para probar y ajustar diversas configuraciones de MEMS, así como para probar los límites de fuerza superior e inferior de estas muestras.
La Nanovea Comprobador mecánico Nano La capacidad del módulo para recopilar datos con precisión a cargas muy bajas y desplazarse más de 1 mm lo hace ideal para probar muestras blandas y flexibles. Al contar con sensores de carga y profundidad independientes, el gran desplazamiento del indentador no afecta a las lecturas del sensor de carga. La capacidad de realizar pruebas de baja carga en un rango de más de 1 mm de desplazamiento del indentador hace que nuestro sistema sea único en comparación con otros sistemas de nanoindentación. En comparación, una distancia de desplazamiento razonable para un sistema de indentación a nanoescala suele ser inferior a 250 μm.
Objetivo de medición
En este estudio de caso, Nanovea realizó pruebas de compresión en dos muestras flexibles y elásticas únicas. Mostramos nuestra capacidad para realizar compresiones con cargas muy bajas y registrar grandes desplazamientos, al tiempo que obtenemos datos precisos con cargas bajas, y cómo esto se puede aplicar a la industria de los MEMS. Debido a las políticas de privacidad, las muestras y su origen no se revelarán en este estudio.
Parámetros de medición
Nota: La velocidad de carga de 1 V/min es proporcional a aproximadamente 100 μm de desplazamiento cuando el penetrador se encuentra en el aire.
Resultados y debate
La respuesta de la muestra a las fuerzas mecánicas se puede observar en las curvas de carga frente a profundidad. La muestra A solo muestra una deformación elástica lineal con los parámetros de prueba indicados anteriormente. La figura 2 es un buen ejemplo de la estabilidad que se puede alcanzar para una curva de carga frente a profundidad a 75 μN. Debido a la estabilidad de los sensores de carga y profundidad, sería fácil percibir cualquier respuesta mecánica significativa de la muestra.
La muestra B muestra una respuesta mecánica diferente a la de la muestra A. A partir de los 750 μm de profundidad, comienza a aparecer un comportamiento similar a una fractura en el gráfico. Esto se observa en las fuertes caídas de carga a 850 y 975 μm de profundidad. A pesar de desplazarse a una alta velocidad de carga durante más de 1 mm en un rango de 8 mN, nuestros sensores de carga y profundidad de alta sensibilidad permiten al usuario obtener las elegantes curvas de carga frente a profundidad que se muestran a continuación.
La rigidez se calculó a partir de la parte de descarga de las curvas de carga frente a profundidad. La rigidez refleja la fuerza necesaria para deformar la muestra. Para este cálculo de rigidez, se utilizó un coeficiente de Poisson pseudo de 0,3, ya que se desconoce el coeficiente real del material. En este caso, la muestra B resultó ser más rígida que la muestra A.
Conclusión
Se sometieron a prueba dos muestras flexibles diferentes bajo compresión utilizando el módulo Nano del Nanovea Mechanical Tester. Las pruebas se realizaron con cargas muy bajas (1 mm). Las pruebas de compresión a nanoescala con el módulo Nano han demostrado la capacidad del módulo para probar muestras muy blandas y flexibles. Las pruebas adicionales para este estudio podrían abordar cómo la carga cíclica repetida afecta al aspecto de recuperación elástica de las muestras elásticas a través de la opción de carga múltiple del Nanovea Mechanical Tester.
Para obtener más información sobre este método de prueba, no dude en ponerse en contacto con nosotros en info@nanovea.com y, si desea consultar otras notas de aplicación, visite nuestra amplia biblioteca digital de notas de aplicación.
Referencias
[1] “Introducción y áreas de aplicación de los MEMS”. EEHerald, 1 de marzo de 2017., www.eeherald.com/section/design-guide/mems_application_introduction.html.
[2] Louizos, Louizos-Alexandros; Athanasopoulos, Panagiotis G.; Varty, Kevin (2012). “Sistemas microelectromecánicos y nanotecnología. Una plataforma para la próxima era tecnológica de los stents”. Vasc Endovascular Surg. 46 (8): 605-609. doi:10.1177/1538574412462637. PMID 23047818.
[3] Hajati, Arman; Sang-Gook Kim (2011). “Recolección de energía piezoeléctrica de ancho de banda ultraamplio”. Applied Physics Letters. 99 (8): 083105. doi:10.1063/1.3629551.
[4] Fu, Haoran, et al. “Mesostructuras 3D moldeables y dispositivos microelectrónicos mediante mecánica de pandeo multiestable”. Nature materials 17.3 (2018): 268.
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Evaluación de las pastillas de freno mediante tribología
Importancia de evaluar el rendimiento de las almohadillas de freno
Las pastillas de freno son compuestos, un material formado por múltiples ingredientes, que debe ser capaz de satisfacer un gran número de requisitos de seguridad. Las pastillas de freno ideales tienen un alto coeficiente de fricción (COF), un bajo índice de desgaste, un ruido mínimo y siguen siendo fiables en entornos variables. Para garantizar que la calidad de las pastillas de freno es capaz de satisfacer sus requisitos, pueden utilizarse ensayos tribológicos para identificar las especificaciones críticas.
La importancia de la fiabilidad de las pastillas de freno es muy alta; nunca debe descuidarse la seguridad de los pasajeros. Por ello, es fundamental reproducir las condiciones de funcionamiento e identificar posibles puntos de fallo.
Con el Nanovea Tribómetro, se aplica una carga constante entre un pasador, bola o plano y un contramaterial en constante movimiento. La fricción entre los dos materiales se recoge con una célula de carga rígida, lo que permite recoger las propiedades del material a diferentes cargas y velocidades y probarlo en entornos de alta temperatura, corrosivos o líquidos.
Objetivo de medición
En este estudio, se estudió el coeficiente de fricción de las pastillas de freno en un entorno de temperatura en continuo aumento desde la temperatura ambiente hasta 700°C. La temperatura ambiente se elevó in situ hasta que se observó un fallo apreciable de la pastilla de freno. Se colocó un termopar en la parte posterior de la clavija para medir la temperatura cerca de la interfaz de deslizamiento.
Procedimiento de ensayo y procedimientos
Resultados y debate
Este estudio se centra principalmente en la temperatura a la que empiezan a fallar las pastillas de freno. Los COF obtenidos no representan valores reales; el material de las patillas no es el mismo que el de los rotores de freno. También debe tenerse en cuenta que los datos de temperatura recogidos corresponden a la temperatura de la clavija y no a la temperatura de la interfaz de deslizamiento.
Al inicio de la prueba (temperatura ambiente), el COF entre el pasador SS440C y la pastilla de freno dio un valor constante de aproximadamente 0,2. A medida que aumentaba la temperatura, el COF aumentaba constantemente y alcanzaba un valor máximo de 0,26 cerca de 350°C. Por encima de 390°C, el COF empieza a disminuir rápidamente. El COF empezó a aumentar de nuevo hasta 0,2 a 450°C, pero poco después empezó a disminuir hasta un valor de 0,05.
La temperatura a la que fallaron sistemáticamente las pastillas de freno se identifica a temperaturas superiores a 500°C. Por encima de esta temperatura, el COF ya no era capaz de mantener el COF inicial de 0,2.
Conclusión
Las pastillas de freno han mostrado un fallo constante a una temperatura superior a 500°C. Su COF de 0,2 aumenta lentamente hasta un valor de 0,26 antes de descender a 0,05 al final de la prueba (580°C). La diferencia entre 0,05 y 0,2 es un factor de 4. ¡Esto significa que la fuerza normal a 580°C debe ser cuatro veces mayor que a temperatura ambiente para conseguir la misma fuerza de frenado!
Aunque no se incluye en este estudio, el tribómetro Nanovea también puede realizar pruebas para observar otra propiedad importante de las pastillas de freno: la velocidad de desgaste. Utilizando nuestros perfilómetros 3D sin contacto, se puede obtener el volumen de la huella de desgaste para calcular la rapidez con la que se desgastan las muestras. Las pruebas de desgaste pueden realizarse con el tribómetro Nanovea en diferentes condiciones y entornos de prueba para simular mejor las condiciones de funcionamiento.
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Análisis de calidad de metales mecanizados por descarga eléctrica
El mecanizado por descarga eléctrica, o EDM, es un proceso de fabricación que elimina material mediante descargas eléctricas.
descargas [1]. Este proceso de mecanizado se utiliza generalmente con metales conductores que serían difíciles de
mecanizar con métodos convencionales.
Al igual que con todos los procesos de mecanizado, la precisión y la exactitud deben ser altas para cumplir con los requisitos aceptables.
niveles de tolerancia. En esta nota de aplicación, la calidad de los metales mecanizados se evaluará con un
Nanovea Perfilómetro 3D sin contacto.
Análisis viscoelástico del caucho
Análisis viscoelástico del caucho
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Los neumáticos están sometidos a altas deformaciones cíclicas cuando los vehículos circulan por la carretera. Cuando se exponen a condiciones adversas, la vida útil de los neumáticos se ve comprometida por muchos factores, como el desgaste de la banda de rodadura, el calor generado por la fricción, el envejecimiento del caucho y otros.
Como resultado, los neumáticos suelen tener estructuras de capas compuestas de caucho relleno de carbono, cordones de nylon y alambres de acero, entre otros. En particular, la composición del caucho en las diferentes zonas de los sistemas de neumáticos se optimiza para proporcionar diferentes propiedades funcionales, entre las que se incluyen, entre otras, hilo resistente al desgaste, capa de caucho amortiguadora y capa base de caucho duro.
Una prueba confiable y repetible del comportamiento viscoelástico del caucho es fundamental para el control de calidad y la investigación y desarrollo de neumáticos nuevos, así como para la evaluación de la vida útil de los neumáticos viejos. Análisis mecánico dinámico (DMA) durante Nanoindentación Es una técnica para caracterizar la viscoelasticidad. Cuando se aplica una tensión oscilatoria controlada, se mide la deformación resultante, lo que permite a los usuarios determinar el módulo complejo de los materiales sometidos a prueba.
Una mejor perspectiva del papel
El papel ha desempeñado un papel importante en la distribución de información desde su invención en el siglo II [1]. El papel está compuesto por fibras entrelazadas, normalmente obtenidas de los árboles, que se han secado para formar láminas finas. Como medio para almacenar información, el papel ha permitido la difusión de ideas, arte e historia a lo largo de grandes distancias y a través del tiempo.
Hoy en día, el papel se utiliza habitualmente para fabricar moneda, libros, artículos de higiene personal, envases y mucho más. El papel se procesa de diferentes maneras para obtener las propiedades adecuadas para cada aplicación. Por ejemplo, el papel brillante y visualmente atractivo de una revista es diferente al papel rugoso y prensado en frío que se utiliza para la acuarela. El método de producción del papel afecta a las propiedades de su superficie. Esto influye en cómo se fija y se ve la tinta (u otro medio) sobre el papel. Para examinar cómo los diferentes procesos de fabricación del papel afectan a las propiedades de la superficie, Nanovea inspeccionó la rugosidad y la textura de varios tipos de papel mediante un escaneo de gran superficie con nuestro Perfilómetro 3D sin contacto.
Haga clic para obtener más información sobre el Rugosidad superficial del papel!
Una mejor visión de las lentes de policarbonato
Una mejor visión de las lentes de policarbonato
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Las lentes de policarbonato se utilizan habitualmente en muchas aplicaciones ópticas. Su gran resistencia a los impactos, su bajo peso y su bajo coste de producción a gran escala las hacen más prácticas que el vidrio tradicional en diversas aplicaciones [1].
Algunas de estas aplicaciones requieren criterios de seguridad (por ejemplo, gafas de seguridad), complejidad (por ejemplo, lentes Fresnel) o durabilidad (por ejemplo, lentes para semáforos) difíciles de cumplir sin el uso de plásticos. Su capacidad para satisfacer a bajo coste muchos requisitos, manteniendo al mismo tiempo cualidades ópticas suficientes, hace que las lentes de plástico destaquen en su campo. Las lentes de policarbonato también tienen limitaciones. La principal preocupación de los consumidores es la facilidad con que pueden rayarse. Para compensarlo, se pueden llevar a cabo procesos adicionales para aplicar un revestimiento antirrayado.
Nanovea analiza algunas propiedades importantes de las lentes de plástico utilizando nuestros tres instrumentos de metrología: Perfilómetro, Tribómetroy Comprobador mecánico.
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Pruebas de rayado en películas finas multicapa
Los recubrimientos se utilizan ampliamente en múltiples industrias para preservar las capas subyacentes, crear dispositivos electrónicos o mejorar las propiedades superficiales de los materiales. Debido a sus numerosos usos, los recubrimientos son objeto de numerosos estudios, pero sus propiedades mecánicas pueden ser difíciles de comprender. El fallo de los recubrimientos puede producirse en el rango micro/nanométrico debido a la interacción entre la superficie y la atmósfera, al fallo cohesivo y a la mala adhesión de la interfaz del sustrato. Un método consistente para comprobar los fallos de los recubrimientos es la prueba de rayado. Aplicando una carga que aumenta progresivamente, se pueden comparar cuantitativamente los fallos cohesivos (por ejemplo, agrietamiento) y adhesivos (por ejemplo, delaminación) de los recubrimientos.
