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AR Categoría: Pruebas de laboratorio
Automatización de múltiples rayaduras en muestras similares utilizando el probador mecánico PB1000
Introducción :
Los recubrimientos se utilizan ampliamente en diversas industrias debido a sus propiedades funcionales. La dureza, la resistencia a la erosión, la baja fricción y la alta resistencia al desgaste de un recubrimiento son solo algunas de las muchas propiedades que hacen que los recubrimientos sean importantes. Un método comúnmente utilizado para cuantificar estas propiedades es la prueba de rayado, que permite una medición repetible de las propiedades adhesivas y/o cohesivas de un recubrimiento. Al comparar las cargas críticas en las que se produce el fallo, se pueden evaluar las propiedades intrínsecas de un recubrimiento.
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¿Desgaste Rotativo o Lineal y COF? (Un estudio exhaustivo con el tribómetro Nanovea)
El desgaste es el proceso de eliminación y deformación de material en una superficie como resultado de la acción mecánica de la superficie opuesta. En él influyen diversos factores, como el deslizamiento unidireccional, la rodadura, la velocidad, la temperatura y muchos otros. El estudio del desgaste, la tribología, abarca muchas disciplinas, desde la física y la química hasta la ingeniería mecánica y la ciencia de los materiales. La compleja naturaleza del desgaste requiere estudios aislados sobre mecanismos o procesos de desgaste específicos, como el desgaste adhesivo, el desgaste abrasivo, la fatiga superficial, el desgaste por rozamiento y el desgaste erosivo. Sin embargo, el "desgaste industrial" suele implicar múltiples mecanismos de desgaste que se producen en sinergia.
Los ensayos de desgaste lineal alternativo y rotativo (clavija sobre disco) son dos configuraciones ampliamente utilizadas de conformidad con ASTM para medir los comportamientos de desgaste por deslizamiento de los materiales. Dado que el valor de la tasa de desgaste de cualquier método de ensayo de desgaste se utiliza a menudo para predecir la clasificación relativa de las combinaciones de materiales, es extremadamente importante confirmar la repetibilidad de la tasa de desgaste medida utilizando diferentes configuraciones de ensayo. Esto permite a los usuarios considerar cuidadosamente el valor de la tasa de desgaste reportado en la literatura, lo cual es crítico para entender las características tribológicas de los materiales.
Caracterización nanomecánica de las constantes elásticas
La capacidad de los resortes para almacenar energía mecánica tiene una larga historia de uso. Desde arcos para cazar hasta cerraduras para puertas, la tecnología de los resortes existe desde hace muchos siglos. Hoy en día dependemos de los resortes, ya sea en colchones, bolígrafos o suspensiones de automóviles, ya que desempeñan un papel fundamental en nuestra vida cotidiana. Con una variedad tan amplia de usos y diseños, es necesario poder cuantificar sus propiedades mecánicas.
Caracterización a alta velocidad de una concha de ostra
Las muestras grandes con geometrías complejas pueden resultar difíciles de manejar debido a su preparación, tamaño, ángulos agudos y curvatura. En este estudio se escaneará una concha de ostra para demostrar la capacidad del sensor lineal Nanovea HS2000 para escanear una muestra biológica grande con una geometría compleja. Aunque en este estudio se ha utilizado una muestra biológica, los mismos conceptos pueden aplicarse a otras muestras.
Herramienta mecánica de selección de mapas Broadview
Todos hemos oído la expresión «el tiempo es oro». Por eso, muchas empresas buscan constantemente métodos para agilizar y mejorar diversos procesos, ya que así se ahorra tiempo. En lo que respecta a las pruebas de indentación, la velocidad, la eficiencia y la precisión se pueden integrar en un proceso de control de calidad o de I+D utilizando uno de nuestros probadores mecánicos Nanovea. En esta nota de aplicación, mostraremos una forma sencilla de ahorrar tiempo con nuestro probador mecánico Nanovea y las funciones del software Broad View Map y Selection Tool.
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Inspección del acabado superficial de los suelos de madera
Importancia del perfilado de los acabados de madera
En diversas industrias, el propósito de un acabado para madera es proteger la superficie de la madera de diversos tipos de daños, como químicos, mecánicos o biológicos, y/o proporcionar una estética visual específica. Tanto para los fabricantes como para los compradores, cuantificar las características superficiales de sus acabados para madera puede ser vital para el control de calidad o la optimización de los procesos de acabado de la madera. En esta aplicación, exploraremos las diversas características superficiales que se pueden cuantificar utilizando un perfilómetro 3D sin contacto Nanovea.
Cuantificar el grado de rugosidad y textura que presenta una superficie de madera puede ser fundamental para garantizar que cumpla con los requisitos de su aplicación. Perfeccionar el proceso de acabado o verificar la calidad de las superficies de madera basándose en un método de inspección cuantificable, repetible y confiable permitiría a los fabricantes crear tratamientos superficiales controlados y a los compradores inspeccionar y seleccionar los materiales de madera que satisfagan sus necesidades.
Objetivo de medición
En este estudio, el Nanovea HS2000 de alta velocidad perfilómetro Equipado con un sensor de perfilado sin contacto, se utilizó para medir y comparar el acabado superficial de tres muestras de pisos: madera noble de abedul antiguo, roble gris cortejo y caoba Santos. Mostramos la capacidad del perfilómetro sin contacto Nanovea para ofrecer velocidad y precisión al medir tres tipos de superficies y realizar un análisis exhaustivo y detallado de los escaneos.
Procedimiento de ensayo y procedimientos
Resultados y debate
Descripción de la muestra: Los pisos de roble gris Courtship y caoba Santos son tipos de pisos laminados. El roble gris Courtship es una muestra de color gris pizarra texturizado y bajo brillo con acabado EIR. La caoba Santos es una muestra de color burdeos oscuro y alto brillo que ha sido preacabada. La madera dura de abedul antiguo tiene un acabado de óxido de aluminio de 7 capas, que proporciona protección contra el desgaste diario.
Madera dura de abedul antiguo
Cortejo Roble gris
Caoba Santos
Debate
Existe una clara distinción entre el valor Sa de todas las muestras. La más lisa fue la madera dura de abedul antiguo, con un valor Sa de 1,716 µm, seguida de la caoba Santos, con un valor Sa de 2,388 µm, y aumentando significativamente para el roble gris Courtship, con un valor Sa de 11,17 µm. Los valores P y R también son valores de rugosidad comunes que se pueden utilizar para evaluar la rugosidad de perfiles específicos a lo largo de la superficie. El roble gris cortejo posee una textura gruesa llena de características similares a grietas a lo largo de la dirección celular y fibrosa de la madera. Se realizó un análisis adicional de la muestra de roble gris cortejo debido a su superficie texturizada. En la muestra de roble gris cortejo, se utilizaron cortes para separar y calcular la profundidad y el volumen de las grietas de la superficie más plana y uniforme.
Conclusión
En esta aplicación, hemos mostrado cómo se puede utilizar el perfilómetro de alta velocidad Nanovea HS2000 para inspeccionar el acabado superficial de muestras de madera de forma eficaz y eficiente. Las mediciones del acabado superficial pueden resultar importantes tanto para los fabricantes como para los consumidores de pisos de madera dura a la hora de comprender cómo pueden mejorar un proceso de fabricación o elegir el producto adecuado que ofrezca el mejor rendimiento para una aplicación específica.
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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 [email protected] 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.
