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AR Categoría: Pruebas de perfilometría
Tribología de los polímeros
Introducción
Los polímeros se han utilizado ampliamente en una gran variedad de aplicaciones y se han convertido en una parte indispensable de la vida cotidiana. Los polímeros naturales, como el ámbar, la seda y el caucho natural, han desempeñado un papel esencial en la historia de la humanidad. El proceso de fabricación de los polímeros sintéticos puede optimizarse para conseguir propiedades físicas únicas como la tenacidad, la viscoelasticidad, la autolubricación y muchas otras.
Importancia del desgaste y la fricción de los polímeros
Los polímeros se utilizan habitualmente en aplicaciones tribológicas, como neumáticos, rodamientos y cintas transportadoras.
Se producen diferentes mecanismos de desgaste en función de las propiedades mecánicas del polímero, las condiciones de contacto y las propiedades de los residuos o de la película de transferencia que se forma durante el proceso de desgaste. Para garantizar que los polímeros poseen una resistencia al desgaste suficiente en las condiciones de servicio, es necesario realizar una evaluación tribológica fiable y cuantificable. La evaluación tribológica nos permite comparar cuantitativamente los comportamientos de desgaste de diferentes polímeros de forma controlada y monitorizada para seleccionar el material candidato para la aplicación objetivo.
El tribómetro Nanovea ofrece pruebas repetibles de desgaste y fricción mediante modos rotativos y lineales conformes a las normas ISO y ASTM, con módulos opcionales de desgaste y lubricación a alta temperatura disponibles en un sistema preintegrado. Esta gama inigualable permite a los usuarios simular los diferentes entornos de trabajo de los polímeros, incluyendo la tensión concentrada, el desgaste y la alta temperatura, etc.
OBJETIVO DE MEDICIÓN
En este estudio, demostramos que Nanovea Tribómetro Es una herramienta ideal para comparar la fricción y la resistencia al desgaste de diferentes polímeros de una manera cuantitativa y bien controlada.
PROCEDIMIENTO DE PRUEBA
El coeficiente de fricción (COF) y la resistencia al desgaste de diferentes polímeros comunes fueron evaluados mediante el tribómetro Nanovea. Como material contador se utilizó una bola de Al2O3 (pasador, muestra estática). Las pistas de desgaste de los polímeros (muestras dinámicas giratorias) se midieron utilizando un perfilómetro 3D sin contacto y microscopio óptico una vez concluidas las pruebas. Cabe señalar que, como opción, se puede utilizar un sensor endoscópico sin contacto para medir la profundidad a la que penetra el pasador en la muestra dinámica durante una prueba de desgaste. Los parámetros de prueba se resumen en la Tabla 1. La tasa de desgaste, K, se evaluó utilizando la fórmula K=Vl(Fxs), donde V es el volumen desgastado, F es la carga normal y s es la distancia de deslizamiento.
Hay que tener en cuenta que en este estudio se utilizaron bolas de Al2O3 como contramaterial. Se puede sustituir por cualquier material sólido para simular mejor el comportamiento de dos muestras en condiciones reales de aplicación.
RESULTADOS Y DISCUSIÓN
La tasa de desgaste es un factor vital para determinar la vida útil de los materiales, mientras que la fricción desempeña un papel crítico durante las aplicaciones tribológicas. La figura 2 compara la evolución del COF de diferentes polímeros frente a la bola de Al2O3 durante las pruebas de desgaste. El COF funciona como un indicador de cuándo se producen los fallos y el proceso de desgaste entra en una nueva etapa. Entre los polímeros ensayados, el HDPE mantiene el COF constante más bajo, de ~0,15, durante toda la prueba de desgaste. El COF suave implica que se forma un tribo-contacto estable.
En la Figura 3 y la Figura 4 se comparan las huellas de desgaste de las muestras de polímero después de la prueba medida por el microscopio óptico. El perfilómetro 3D sin contacto in situ determina con precisión el volumen de desgaste de las muestras de polímero, lo que permite calcular con exactitud índices de desgaste de 0,0029, 0,0020 y 0,0032m3/N m, respectivamente. En comparación, la muestra de CPVC muestra la tasa de desgaste más alta, de 0,1121m3/N m. En la huella de desgaste del CPVC aparecen profundas cicatrices de desgaste paralelas.
CONCLUSIÓN
La resistencia al desgaste de los polímeros desempeña un papel fundamental en su rendimiento de servicio. En este estudio, mostramos que el tribómetro Nanovea evalúa el coeficiente de fricción y la tasa de desgaste de diferentes polímeros en un
de manera bien controlada y cuantitativa. El HDPE muestra el COF más bajo de ~0,15 entre los polímeros probados. Las muestras de HDPE, Nylon 66 y Polipropileno poseen bajas tasas de desgaste de 0,0029, 0,0020 y 0,0032 m3/N m, respectivamente. La combinación de baja fricción y gran resistencia al desgaste hace del HDPE un buen candidato para las aplicaciones tribológicas de los polímeros.
El perfilómetro 3D sin contacto in situ permite medir con precisión el volumen de desgaste y ofrece una herramienta para analizar la morfología detallada de las huellas de desgaste, proporcionando más información sobre la comprensión fundamental de los mecanismos de desgaste
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Acabado de la superficie del panel de nido de abeja con perfilometría 3D
INTRODUCCIÓN
La rugosidad, la porosidad y la textura de la superficie del panel alveolar son fundamentales para cuantificar el diseño final del panel. Estas cualidades de la superficie pueden estar directamente relacionadas con la estética y las características funcionales de la superficie del panel. Una mejor comprensión de la textura y la porosidad de la superficie puede ayudar a optimizar el procesamiento y la fabricación de la superficie del panel. Se necesita una medición cuantitativa, precisa y fiable de la superficie del panel alveolar para controlar los parámetros de la superficie para los requisitos de aplicación y pintura. Los sensores sin contacto Nanovea 3D utilizan una tecnología confocal cromática única capaz de medir con precisión las superficies de estos paneles.
OBJETIVO DE MEDICIÓN
En este estudio, se utilizó la plataforma Nanovea HS2000 equipada con un sensor de línea de alta velocidad para medir y comparar dos paneles alveolares con diferentes acabados superficiales. Mostramos la Nanovea perfilómetro sin contactoLa capacidad de proporcionar mediciones de perfiles 3D rápidas y precisas y un análisis exhaustivo y en profundidad del acabado de la superficie.
RESULTADOS Y DISCUSIÓN
Se midió la superficie de dos muestras de paneles alveolares con distintos acabados superficiales, a saber, la Muestra 1 y la Muestra 2. La Figura 3 y la Figura 4 muestran el color falso y la vista en 3D de las superficies de las Muestras 1 y 2, respectivamente. Los valores de rugosidad y planitud se calcularon mediante un software de análisis avanzado y se comparan en la Tabla 1. La Muestra 2 presenta una superficie más porosa en comparación con la Muestra 1. Como resultado, la Muestra 2 posee una mayor rugosidad Sa de 14,7 µm, en comparación con un valor Sa de 4,27 µm para la Muestra 1.
Los perfiles 2D de las superficies de los paneles alveolares se compararon en la figura 5, lo que permite a los usuarios tener una comparación visual del cambio de altura en diferentes lugares de la superficie de la muestra. Podemos observar que la Muestra 1 tiene una variación de altura de ~25 µm entre la ubicación del pico más alto y el valle más bajo. Por otro lado, la Muestra 2 muestra varios poros profundos a lo largo del perfil 2D. El software de análisis avanzado tiene la capacidad de localizar y medir automáticamente la profundidad de seis poros relativamente profundos como se muestra en la tabla de la Figura 4.b Muestra 2. El poro más profundo de los seis posee una profundidad máxima de casi 90 µm (Paso 4).
Para investigar más a fondo el tamaño y la distribución de los poros de la Muestra 2, se realizó una evaluación de la porosidad, que se discute en la siguiente sección. La vista en corte se muestra en la Figura 5 y los resultados se resumen en la Tabla 2. Podemos observar que los poros, marcados en color azul en la Figura 5, tienen una distribución relativamente homogénea en la superficie de la muestra. El área proyectada de los poros constituye 18,9% de toda la superficie de la muestra. El volumen por mm² del total de poros es de ~0,06 mm³. Los poros tienen una profundidad media de 42,2 µm, y la profundidad máxima es de 108,1 µm.
CONCLUSIÓN
En esta aplicación, hemos demostrado que la plataforma Nanovea HS2000, equipada con un sensor de línea de alta velocidad, es una herramienta ideal para analizar y comparar el acabado de la superficie de las muestras de paneles alveolares de forma rápida y precisa. Los escaneos de perfilometría de alta resolución, junto con un software de análisis avanzado, permiten una evaluación exhaustiva y cuantitativa del acabado superficial de las muestras de paneles alveolares.
Los datos mostrados aquí representan sólo una pequeña parte de los cálculos disponibles en el software de análisis. Los perfilómetros Nanovea miden prácticamente cualquier superficie para una amplia gama de aplicaciones en los sectores de los semiconductores, la microelectrónica, la energía solar, la fibra óptica, la automoción, la industria aeroespacial, la metalurgia, el mecanizado, los revestimientos, la industria farmacéutica, la biomedicina, el medio ambiente y muchos otros.
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Comprensión de los fallos del revestimiento mediante la prueba de arañazos
Introducción:
La ingeniería de superficies de los materiales desempeña un papel importante en diversas aplicaciones funcionales, que van desde el aspecto decorativo hasta la protección de los sustratos contra el desgaste, la corrosión y otras formas de ataque. Un factor importante y primordial que determina la calidad y la vida útil de los revestimientos es su resistencia cohesiva y adhesiva.
Escaneo de alta velocidad con perfilometría sin contacto
Introducción:
Las mediciones de superficie de configuración rápidas y sencillas ahorran tiempo y esfuerzo y son esenciales para el control de calidad, la investigación y el desarrollo y las instalaciones de producción. La Nanovea Perfilómetro sin contacto es capaz de realizar escaneos de superficies 3D y 2D para medir características de escala nano a macro en cualquier superficie, lo que proporciona una amplia gama de usabilidad.
Rugosidad de la superficie y características de una célula solar
Importancia de las pruebas de los paneles solares
Maximizar la absorción de energía de una célula solar es clave para la supervivencia de la tecnología como recurso renovable. Las múltiples capas de recubrimiento y protección del vidrio permiten la absorción, transmisión y reflexión de la luz que es necesaria para que las células fotovoltaicas funcionen. Dado que la mayoría de las células solares de consumo funcionan con una eficiencia de 15-18%, optimizar su producción de energía es una batalla constante.
Los estudios han demostrado que la rugosidad de la superficie desempeña un papel fundamental en la reflectancia de la luz. La capa inicial de vidrio debe ser lo más lisa posible para atenuar la reflectancia de la luz, pero las capas posteriores no siguen esta pauta. Es necesario un cierto grado de rugosidad en la interfaz de cada capa con otra para aumentar la posibilidad de dispersión de la luz dentro de sus respectivas zonas de agotamiento y aumentar la absorción de la luz dentro de la célula1. La optimización de la rugosidad de la superficie en estas regiones permite que la célula solar funcione de la mejor manera posible y, con el sensor de alta velocidad Nanovea HS2000, la medición de la rugosidad de la superficie puede realizarse de forma rápida y precisa.
Objetivo de medición
En este estudio mostraremos las capacidades del Nanovea Perfilómetro HS2000 con sensor de alta velocidad midiendo la rugosidad de la superficie y las características geométricas de una célula fotovoltaica. Para esta demostración se medirá una célula solar monocristalina sin protección de vidrio, pero la metodología puede utilizarse para otras diversas aplicaciones.
Procedimiento de prueba y procedimientos
Para medir la superficie de la célula solar se utilizaron los siguientes parámetros de prueba.
Resultados y discusión
A continuación se muestra la vista en falso color 2D de la célula solar y una extracción del área de la superficie con sus respectivos parámetros de altura. Se aplicó un filtro gaussiano a ambas superficies y se utilizó un índice más agresivo para aplanar el área extraída. Esto excluye la forma (u ondulación) mayor que el índice de corte, dejando atrás las características que representan la rugosidad de la célula solar.
Se tomó un perfil perpendicular a la orientación de las líneas de rejilla para medir sus características geométricas, que se muestra a continuación. La anchura de la línea de rejilla, la altura del escalón y el paso pueden medirse en cualquier lugar específico de la célula solar.
Conclusión:
En este estudio pudimos mostrar la capacidad del sensor de línea Nanovea HS2000 para medir la rugosidad y las características de la superficie de una célula fotovoltaica monocristalina. Con la capacidad de automatizar mediciones precisas de múltiples muestras y establecer límites de aprobación o rechazo, el sensor de línea Nanovea HS2000 es una opción perfecta para las inspecciones de control de calidad.
Referencia
1 Scholtz, Lubomir. Ladanyi, Libor. Mullerova, Jarmila. "Influence of Surface Roughness on Optical Characteristics of Multilayer Solar Cells " Advances in Electrical and Electronic Engineering, vol. 12, no. 6, 2014, pp. 631-638.
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Comparación del desgaste por abrasión en la tela vaquera
Introducción
La forma y la función de un tejido vienen determinadas por su calidad y durabilidad. El uso diario de los tejidos provoca el desgaste del material, por ejemplo, el amontonamiento, las pelusas y la decoloración. Una calidad deficiente de los tejidos utilizados en la ropa puede provocar a menudo la insatisfacción del consumidor y el deterioro de la marca.
Intentar cuantificar las propiedades mecánicas de los tejidos puede plantear muchos problemas. La estructura del hilo e incluso la fábrica en la que se ha producido pueden dar lugar a una mala reproducibilidad de los resultados de las pruebas. Esto dificulta la comparación de los resultados de las pruebas de diferentes laboratorios. Medir el rendimiento del desgaste de los tejidos es fundamental para los fabricantes, distribuidores y minoristas de la cadena de producción textil. Una medición de la resistencia al desgaste bien controlada y reproducible es crucial para garantizar un control de calidad fiable del tejido.
Haga clic para leer la nota de aplicación completa.
¿Desgaste rotativo o lineal y COF? (Un estudio exhaustivo con el tribómetro Nanovea)
El desgaste es el proceso de eliminación y deformación del material sobre una superficie como resultado de la acción mecánica de la superficie opuesta. Está influenciado por una variedad de factores, incluido el deslizamiento unidireccional, el rodamiento, 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 naturaleza compleja 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 fricción y el desgaste erosivo. Sin embargo, el “desgaste industrial” comúnmente implica múltiples mecanismos de desgaste que ocurren en sinergia.
Las pruebas de desgaste lineal alternativo y rotativo (pasador sobre disco) son dos configuraciones ampliamente utilizadas que cumplen con la norma ASTM para medir el comportamiento del desgaste por deslizamiento de los materiales. Dado que el valor de la tasa de desgaste de cualquier método de prueba de desgaste se usa a menudo para predecir la clasificación relativa de combinaciones de materiales, es extremadamente importante confirmar la repetibilidad de la tasa de desgaste medida usando diferentes configuraciones de prueba. Esto permite a los usuarios considerar cuidadosamente el valor de la tasa de desgaste informado en la literatura, lo cual es fundamental para comprender las características tribológicas de los materiales.
Caracterización a alta velocidad de una concha de ostra
Las muestras grandes con geometrías complejas pueden resultar difíciles de trabajar debido a la preparación de la muestra, el tamaño, los ángulos agudos y la curvatura. En este estudio se escaneará una concha de ostra para demostrar la capacidad del sensor de línea Nanovea HS2000 para escanear una muestra biológica de gran tamaño y geometría compleja. Aunque en este estudio se ha utilizado una muestra biológica, los mismos conceptos pueden aplicarse a otras muestras.
Inspección del acabado superficial de los suelos de madera
La importancia de perfilar los acabados de la madera
En diversas industrias, la finalidad de un acabado de la madera es proteger la superficie de la madera de diversos tipos de daños, como los químicos, mecánicos o biológicos, y/o proporcionar una estética visual específica. Tanto para los fabricantes como para los compradores, la cuantificación de las características superficiales de los acabados de la 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 de la superficie que pueden cuantificarse utilizando un perfilómetro sin contacto Nanovea 3D.
Cuantificar la cantidad de rugosidad y textura que existe en una superficie de madera puede ser esencial para saber si puede cumplir los requisitos de su aplicación. Perfeccionar el proceso de acabado o comprobar la calidad de las superficies de madera basándose en un método de inspección de superficies cuantificable, repetible y fiable permitiría a los fabricantes crear tratamientos superficiales controlados y a los compradores la posibilidad de inspeccionar y seleccionar los materiales de madera para satisfacer sus necesidades.
Objetivo de medición
En este estudio, el Nanovea HS2000 de alta velocidad perfilómetro equipado con un sensor de línea de perfilado sin contacto se utilizó para medir y comparar el acabado de la superficie de tres muestras de pisos: pisos de madera de abedul antiguo, roble gris cortejo y caoba Santos. Mostramos la capacidad del perfilómetro sin contacto Nanovea para brindar velocidad y precisión al medir tres tipos de áreas de superficie y un análisis completo y en profundidad de los escaneos.
Procedimiento de prueba y procedimientos
Resultados y discusión
Descripción de la muestra: Los suelos Courtship Grey Oak y Santos Mahogany son tipos de suelos laminados. Courtship Grey Oak es una muestra de color gris pizarra de bajo brillo, con un acabado EIR. Santos Mahogany es una muestra de color burdeos oscuro de alto brillo que fue preacabada. La madera dura de abedul antiguo tiene un acabado de 7 capas de óxido de aluminio, que proporciona protección contra el desgaste diario.
Madera dura de abedul antigua
Cortejo de roble gris
Santos Caoba
Discusión
Existe una clara distinción entre el valor Sa de todas las muestras. La más suave fue la madera dura de abedul antiguo con un Sa de 1,716 µm, seguida de la caoba de Santos con un Sa de 2,388 µm, y aumentando significativamente para el roble gris de cortejo con un Sa de 11,17 µm. Los valores P y los valores R son también valores de rugosidad comunes que pueden utilizarse para evaluar la rugosidad de perfiles específicos a lo largo de la superficie. El roble gris de cortejo posee una textura gruesa llena de rasgos similares a grietas a lo largo de la dirección celular y de la fibra de la madera. Se realizó un análisis adicional en la muestra de roble gris cortejo debido a su superficie texturizada. En la muestra de roble gris corteza, se utilizaron rodajas para separar y calcular la profundidad y el volumen de las grietas de la superficie uniforme más plana.
Conclusión:
En esta aplicación, hemos mostrado cómo el perfilómetro de alta velocidad Nanovea HS2000 puede utilizarse para inspeccionar el acabado superficial de las muestras de madera de forma eficaz y eficiente. Las mediciones del acabado de la superficie pueden resultar importantes tanto para los fabricantes como para los consumidores de suelos de madera dura a la hora de comprender cómo pueden mejorar un proceso de fabricación o elegir el producto adecuado que mejor se adapte a una aplicación específica.
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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 COF
La madera se ha utilizado durante miles de años como material de construcción para hogares, muebles y suelos. Tiene una combinación de belleza natural y durabilidad, lo que lo convierte en un candidato ideal para pisos. A diferencia de las alfombras, los pisos de madera mantienen su color durante mucho tiempo y se pueden limpiar y mantener fácilmente; sin embargo, al ser un material natural, la mayoría de los pisos de madera requieren la aplicación de un acabado superficial para proteger la madera de diversos tipos de daños, como raspaduras y astillándose con el tiempo. En este estudio, una Nanovea Tribómetro se utilizó para medir la tasa de desgaste y el coeficiente de fricción (COF) para comprender mejor el rendimiento comparativo de tres acabados de madera.
El comportamiento de servicio de una especie de madera utilizada para suelos suele estar relacionado con su resistencia al desgaste. El cambio en la estructura celular y de fibra 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 duplicar y requieren largos periodos de tiempo de prueba. 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 los comportamientos de desgaste de tres tipos de madera para mostrar la capacidad del Tribómetro Nanovea en la evaluación de las propiedades tribológicas de la madera de forma controlada y monitorizada.
Discusión
Descripción de la muestra: La madera dura de abedul antiguo tiene un acabado de 7 capas de óxido de aluminio, que proporciona protección contra el desgaste diario. Courtship Grey Oak, & Santos Mahogany son dos tipos de suelos laminados que varían en el acabado de la superficie y el brillo. El Courtship Grey Oak tiene un color gris pizarra, un acabado EIR y poco brillo. Por otro lado, el Santos Mahogany es de color burdeos oscuro, preacabado y de 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 suelos de madera se representa en la Fig. 1. Las muestras de madera dura de abedul antiguo, roble gris de cortejo y caoba de Santos mostraron un comportamiento diferente del COF.
Se puede observar en el gráfico anterior que la madera dura de abedul antiguo fue la única muestra que demostró un COF constante durante toda la prueba. El brusco aumento del COF del roble gris de cortejo y su posterior disminución gradual podrían indicar que la rugosidad de la superficie de la muestra contribuyó en gran medida a su comportamiento del COF. A medida que la muestra se desgasta, la rugosidad de la superficie disminuye y se vuelve más homogénea, lo que explica la disminución del COF a medida que la superficie de la muestra se vuelve más suave debido al desgaste mecánico. El COF de la caoba de Santos muestra un aumento gradual y suave del COF al principio de la prueba y luego pasa bruscamente a una tendencia de COF entrecortada. Esto podría indicar que, una vez que el revestimiento del laminado comenzó a desgastarse, la bola de acero (contramaterial) entró en contacto con el sustrato de madera, que se desgastó de forma más rápida y turbulenta, creando el comportamiento más ruidoso del COF hacia el final de la prueba.
Madera dura de abedul antigua:
Cortejo de roble gris:
Santos Caoba
La tabla 2 resume los resultados de los escaneos de las huellas de desgaste y el análisis de todas las muestras de suelos de madera después de realizar las pruebas de desgaste. La información detallada y las imágenes de cada muestra pueden verse en las Figuras 2-7. Basándonos en la comparación del índice de desgaste entre las tres muestras, podemos deducir que la Caoba Santos resultó ser menos resistente al desgaste mecánico que las otras dos muestras. La madera dura de abedul antigua y el roble gris de cortejo tuvieron tasas de desgaste muy similares, aunque su comportamiento de desgaste durante las pruebas difiere significativamente. La madera dura de abedul antigua tuvo una tendencia al desgaste gradual y más uniforme, mientras que el roble gris corteza mostró una huella de desgaste poco profunda y picada debido a la textura y el acabado de la superficie preexistente.
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, la madera dura de abedul antigua, el roble gris de cortejo y la caoba de Santos, de forma controlada y monitorizada. Las propiedades mecánicas superiores de la madera dura de abedul antigua conducen a su mejor resistencia al desgaste. La textura y la homogeneidad de la superficie de la madera desempeñan un papel importante en el comportamiento al desgaste. La textura de la superficie del Roble Gris Cortejo, como los huecos o grietas entre las fibras celulares de la madera, pueden convertirse en los puntos débiles donde se inicia y propaga el desgaste.
