Categoría: Pruebas de tribología

Pruebas de abrasividad de rocas con el tribómetro NANOVEA

TRIBOLOGÍA DE ROCAS:PRUEBAS DE ABRASIVIDAD DE LAS ROCAS CON EL TRIBÓMETRO NANOVEA

Preparado por

DUANJIE LI, Doctor

INTRODUCCIÓN

Las rocas están compuestas por granos de minerales. El tipo y la abundancia de estos minerales, así como la fuerza de enlace químico entre los granos minerales, determinan las propiedades mecánicas y tribológicas de las rocas. En función de los ciclos geológicos de las rocas, éstas pueden sufrir transformaciones y suelen clasificarse en tres grandes tipos: ígneas, sedimentarias y metamórficas. Estas rocas presentan diferentes composiciones minerales y químicas, permeabilidades y tamaños de partículas, y tales características contribuyen a su variada resistencia al desgaste. La tribología de rocas explora los comportamientos de desgaste y fricción de las rocas en diversas condiciones geológicas y ambientales.

IMPORTANCIA DE LAS PRUEBAS DE ABRASIVIDAD DE LAS ROCAS

Durante el proceso de perforación de pozos se producen diversos tipos de desgaste contra las rocas, como la abrasión y la fricción, que provocan importantes pérdidas directas y consecuentes atribuidas a la reparación y sustitución de brocas y herramientas de corte. Por lo tanto, el estudio de la perforabilidad, la perforabilidad, la cortabilidad y la abrasividad de las rocas es fundamental en las industrias del petróleo, el gas y la minería. La investigación de la tribología de las rocas desempeña un papel fundamental en la selección de las estrategias de perforación más eficaces y rentables, mejorando así la eficiencia global y contribuyendo a la conservación de los materiales, la energía y el medio ambiente. Además, minimizar la fricción superficial es muy ventajoso para reducir la interacción entre la broca de perforación y la roca, lo que se traduce en un menor desgaste de la herramienta y una mayor eficacia de perforación/corte.

OBJETIVO DE MEDICIÓN

En este estudio, simulamos y comparamos las propiedades tribológicas de dos tipos de rocas para mostrar la capacidad de la Tribómetro NANOVEA T50 en la medición del coeficiente de fricción y la tasa de desgaste de las rocas de forma controlada y monitorizada.

NANOVEA T50 Compacto
Tribómetro de peso libre

LAS MUESTRAS

PROCEDIMIENTO DE PRUEBA

El coeficiente de fricción, COF, y la resistencia al desgaste de dos muestras de roca se evaluaron con el tribómetro NANOVEA T50 utilizando el módulo de desgaste Pin-on-Disc. Se utilizó una bola de Al2O3 (6 mm de diámetro) como contramaterial. La huella de desgaste se examinó utilizando el perfilómetro sin contacto NANOVEA después de las pruebas. Los parámetros de la prueba se resumen a continuación.

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

Tenga en cuenta que en este estudio se ha utilizado como ejemplo la bola de Al2O3 como contramaterial. Se puede aplicar cualquier material sólido con diferentes formas utilizando un accesorio personalizado para simular la situación de aplicación real.

PARÁMETROS DE PRUEBA

MUESTRAS	Piedra caliza, mármol
RADIO DEL ANILLO DE DESGASTE	5 mm
FUERZA NORMAL	10 N
DURACIÓN DE LA PRUEBA	10 minutos
VELOCIDAD	100 rpm

RESULTADOS Y DEBATE

La dureza (H) y el módulo elástico (E) de las muestras de caliza y mármol se comparan en la FIGURA 1, utilizando el módulo de microindentación del NANOVEA Mechanical Tester. La muestra de caliza presentó valores más bajos de H y E, midiendo 0,53 y 25,9 GPa, respectivamente, en contraste con el mármol, que registró valores de 1,07 para H y 49,6 GPa para E. La variabilidad relativamente mayor en los valores de H y E observados en la muestra de caliza puede atribuirse a su mayor inhomogeneidad superficial, derivada de sus características granuladas y porosas.

La FIGURA 2 muestra la evolución del COF durante las pruebas de desgaste de las dos muestras de roca. La caliza experimenta inicialmente un rápido aumento del COF hasta aproximadamente 0,8 al comienzo del ensayo de desgaste, manteniéndose este valor durante toda la duración del ensayo. Este cambio abrupto en el COF puede atribuirse a la penetración de la bola de Al2O3 en la muestra de roca, resultante de un rápido proceso de desgaste y rugosidad que se produce en la cara de contacto dentro de la pista de desgaste. Por el contrario, la muestra de mármol muestra un notable aumento del COF hasta valores más altos después de aproximadamente 5 metros de distancia de deslizamiento, lo que significa que su resistencia al desgaste es superior a la de la caliza.

FIGURA 1: Comparación de la dureza y el módulo de Young entre muestras de piedra caliza y mármol.

FIGURA 2: Evolución del coeficiente de fricción (COF) en muestras de caliza y mármol durante las pruebas de desgaste.

En la FIGURA 3 se comparan los perfiles transversales de las muestras de caliza y mármol tras las pruebas de desgaste, y en la Tabla 1 se resumen los resultados del análisis de las huellas de desgaste. La FIGURA 4 muestra las huellas de desgaste de las muestras al microscopio óptico. La evaluación de las huellas de desgaste coincide con la observación de la evolución del COF: La muestra de mármol, que mantiene un COF bajo durante un período más largo, presenta una tasa de desgaste inferior de 0,0046 mm³/N m, en comparación con 0,0353 mm³/N m para la caliza. Las propiedades mecánicas superiores del mármol contribuyen a su mejor resistencia al desgaste que la caliza.

FIGURA 3: Perfiles transversales de las pistas de desgaste.

TABLA 1: Resumen de resultados del análisis de la pista de desgaste.

FIGURA 4: Huellas de desgaste al microscopio óptico.

CONCLUSIÓN

En este estudio, mostramos la capacidad del tribómetro NANOVEA para evaluar el coeficiente de fricción y la resistencia al desgaste de dos muestras de roca, a saber, mármol y piedra caliza, de forma controlada y monitorizada. Las propiedades mecánicas superiores del mármol contribuyen a su excepcional resistencia al desgaste. Esta propiedad dificulta su perforación o corte en la industria del petróleo y el gas. Por el contrario, prolonga considerablemente su vida útil cuando se utiliza como material de construcción de alta calidad, como las baldosas.

Los tribómetros NANOVEA ofrecen capacidades de ensayo de desgaste y fricción precisas y repetibles, de conformidad con las normas ISO y ASTM, tanto en modo rotativo como lineal. Además, proporciona módulos opcionales para desgaste a alta temperatura, lubricación y tribocorrosión, todos perfectamente integrados en un sistema. La incomparable gama de NANOVEA es una solución ideal para determinar toda la gama de propiedades tribológicas de recubrimientos finos o gruesos, blandos o duros, películas, sustratos y tribología de rocas.

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Prueba de desgaste del revestimiento de PTFE

ENSAYO DE DESGASTE DEL REVESTIMIENTO DE PTFE

UTILIZANDO TRIBÓMETROS Y COMPROBADORES MECÁNICOS

Preparado por

DUANJIE LI, Doctor

INTRODUCCIÓN

El politetrafluoroetileno (PTFE), conocido comúnmente como teflón, es un polímero con un coeficiente de fricción (COF) excepcionalmente bajo y una excelente resistencia al desgaste, en función de las cargas aplicadas. El PTFE presenta una inercia química superior, un alto punto de fusión de 327°C (620°F) y mantiene una alta resistencia, tenacidad y autolubricación a bajas temperaturas. La excepcional resistencia al desgaste de los revestimientos de PTFE hace que sean muy solicitados en una amplia gama de aplicaciones industriales, como la automoción, la industria aeroespacial, la medicina y, sobre todo, los utensilios de cocina.

IMPORTANCIA DE LA EVALUACIÓN CUANTITATIVA DE LOS REVESTIMIENTOS DE PTFE

La combinación de un coeficiente de fricción (COF) superbajo, una excelente resistencia al desgaste y una excepcional inercia química a altas temperaturas hace del PTFE una opción ideal para los revestimientos antiadherentes de sartenes. Para mejorar aún más sus procesos mecánicos durante la I+D, así como para garantizar un control óptimo sobre la prevención de fallos y las medidas de seguridad en el proceso de control de calidad, es crucial disponer de una técnica fiable para evaluar cuantitativamente los procesos tribomecánicos de los revestimientos de PTFE. El control preciso de la fricción superficial, el desgaste y la adherencia de los revestimientos es esencial para garantizar su rendimiento previsto.

OBJETIVO DE MEDICIÓN

En esta aplicación, se simula el proceso de desgaste de un revestimiento de PTFE para una sartén antiadherente utilizando el Tribómetro NANOVEA en modo lineal alternativo.

NANOVEA T50 Compacto
Tribómetro de peso libre

Además, se utilizó el comprobador mecánico NANOVEA para realizar un ensayo de adhesión por microarañazos con el fin de determinar la carga crítica del fallo de adhesión del revestimiento de PTFE.

NANOVEA PB1000 Plataforma grande Comprobador mecánico

PROCEDIMIENTO DE PRUEBA

PRUEBA DE DESGASTE

DESGASTE LINEAL ALTERNATIVO MEDIANTE TRIBÓMETRO

El comportamiento tribológico de la muestra de revestimiento de PTFE, incluyendo el coeﬃcient de fricción (COF) y la resistencia al desgaste, se evaluó utilizando el NANOVEA Tribómetro en modo alternativo lineal. Se utilizó una punta esférica de acero inoxidable 440 con un diámetro de 3 mm (Grado 100) contra el revestimiento. Durante la prueba de desgaste del revestimiento de PTFE se controló continuamente el COF.

La tasa de desgaste, K, se calculó mediante la fórmula K=V/(F×s)=A/(F×n), donde V representa el volumen desgastado, F es la carga normal, s es la distancia de deslizamiento, A es el área transversal de la pista de desgaste y n es el número de carreras. Los perfiles de desgaste se evaluaron con el programa NANOVEA Proﬁlómetro ópticoy se examinó la morfología de la huella de desgaste con un microscopio óptico.

PARÁMETROS DE LA PRUEBA DE DESGASTE

CARGAR	30 N
DURACIÓN DE LA PRUEBA	5 minutos
TASA DE DESLIZAMIENTO	80 rpm
AMPLITUD DE VÍA	8 mm
REVOLUCIONES	300
DIÁMETRO DE LA BOLA	3 mm
MATERIAL DE LA BOLA	Acero inoxidable 440
LUBRICANTE	Ninguno
ATMÓSFERA	Aire
TEMPERATURA	230C (RT)
HUMEDAD	43%

PROCEDIMIENTO DE PRUEBA

PRUEBA DE RAYADO

PRUEBA DE ADHERENCIA AL MICROARAÑAZO CON UN COMPROBADOR MECÁNICO

La medición de la adherencia al rayado del PTFE se realizó utilizando el NANOVEA Comprobador mecánico con un palpador de diamante de 1200 Rockwell C (200 μm de radio) en el modo Micro Scratch Tester.

Para garantizar la reproducibilidad de los resultados, se realizaron tres pruebas en condiciones idénticas.

PARÁMETROS DE LA PRUEBA DE RAYADO

TIPO DE CARGA	Progresiva
CARGA INICIAL	0,01 mN
CARGA FINAL	20 mN
VELOCIDAD DE CARGA	40 mN/min
LONGITUD DEL RASPADO	3 mm
velocidad de rayado, dx/dt	6,0 mm/min
GEOMETRÍA DEL PENETRADOR	120o Rockwell C
MATERIAL INDENTADOR (punta)	Diamante
RADIO DE LA PUNTA DEL PENETRADOR	200 μm

RESULTADOS Y DEBATE

DESGASTE LINEAL ALTERNATIVO MEDIANTE TRIBÓMETRO

El COF registrado in situ se muestra en la FIGURA 1. La muestra de ensayo mostró un COF de ~0,18 durante las 130 primeras revoluciones, debido a la baja pegajosidad del PTFE. Sin embargo, se produjo un aumento repentino del COF a ~1 una vez que el revestimiento se rompió, dejando al descubierto el sustrato subyacente. Tras las pruebas de movimiento alternativo lineal, se midió el perfil de desgaste con el NANOVEA Proﬁlómetro óptico sin contactocomo se muestra en la FIGURA 2. A partir de los datos obtenidos, la tasa de desgaste correspondiente se calculó en ~2,78 × 10-3 mm3/Nm, mientras que la profundidad de la huella de desgaste se determinó en 44,94 µm.

Configuración de la prueba de desgaste del revestimiento de PTFE en el tribómetro NANOVEA T50.

FIGURA 1: Evolución del COF durante el ensayo de desgaste del revestimiento de PTFE.

FIGURA 2: Proﬁle de extracción de la pista de desgaste PTFE.

PTFE Antes del avance

COF máximo	0.217
Mín COF	0.125
COF medio	0.177

PTFE Después de la ruptura

COF máximo	0.217
Mín COF	0.125
COF medio	0.177

TABLA 1: COF antes y después de la rotura durante la prueba de desgaste.

RESULTADOS Y DEBATE

PRUEBA DE ADHERENCIA AL MICROARAÑAZO CON UN COMPROBADOR MECÁNICO

La adherencia del revestimiento de PTFE al sustrato se mide mediante ensayos de rayado con un estilete de diamante de 200 µm. La micrografía se muestra en la FIGURA 3 y FIGURA 4, la evolución del COF, y la profundidad de penetración en la FIGURA 5. Los resultados de la prueba de rayado del recubrimiento de PTFE se resumen en la TABLA 4. A medida que aumentaba la carga sobre el estilete de diamante, éste penetraba progresivamente en el revestimiento, lo que provocaba un aumento del COF. Cuando se alcanzó una carga de ~8,5 N, se produjo la ruptura del revestimiento y la exposición del sustrato bajo alta presión, lo que condujo a un COF elevado de ~0,3. El bajo St Dev mostrado en la TABLA 2 demuestra la repetibilidad del ensayo de rayado del revestimiento de PTFE realizado con el Probador Mecánico NANOVEA.

FIGURA 3: Micrografía del rayado completo sobre PTFE (10X).

FIGURA 4: Micrografía del rayado completo sobre PTFE (10X).

FIGURA 5: Gráfico de fricción que muestra la línea del punto crítico de fallo para el PTFE.

*Rasca*	*Punto de fallo [N]*	*Fuerza de rozamiento [N]*	*COF*
1	0.335	0.124	0.285
2	0.337	0.207	0.310
3	0.380	0.229	0.295
Media	8.52	2.47	0.297
St dev	0.17	0.16	0.012

TABLA 2: Resumen de la carga crítica, la fuerza de fricción y el COF durante la prueba de rayado.

CONCLUSIÓN

En este estudio, realizamos una simulación del proceso de desgaste de un revestimiento de PTFE para sartenes antiadherentes utilizando el tribómetro NANOVEA T50 en modo lineal alternativo. El recubrimiento de PTFE exhibió un bajo COF de ~0,18 el recubrimiento experimentó una ruptura alrededor de las 130 revoluciones. La evaluación cuantitativa de la adhesión del revestimiento de PTFE al sustrato metálico se realizó utilizando el comprobador mecánico NANOVEA, que determinó que la carga crítica del fallo de adhesión del revestimiento era de ~8,5 N en esta prueba.

Los tribómetros NANOVEA ofrecen capacidades de ensayo de desgaste y fricción precisas y repetibles mediante modos rotativos y lineales conformes con las normas ISO y ASTM. Ofrecen módulos opcionales para desgaste a alta temperatura, lubricación y tribocorrosión, todo integrado en un único sistema. Esta versatilidad permite a los usuarios simular entornos de aplicación reales con mayor precisión y comprender mejor los mecanismos de desgaste y las propiedades tribológicas de distintos materiales.

Los comprobadores mecánicos NANOVEA cuentan con módulos Nano, Micro y Macro, cada uno de los cuales incluye modos de ensayo de indentación, rayado y desgaste conformes a las normas ISO y ASTM, proporcionando la gama más amplia y fácil de usar de capacidades de ensayo disponibles en un solo sistema.

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Cartografía de desgaste progresivo de pavimentos mediante tribómetro

Pruebas de desgaste de suelos

Cartografía de desgaste progresivo de suelos mediante tribómetro con perfilómetro integrado

Preparado por

FRANK LIU

INTRODUCCIÓN

Los materiales de los suelos están diseñados para ser duraderos, pero a menudo sufren el desgaste de actividades cotidianas como el movimiento y el uso de muebles. Para garantizar su longevidad, la mayoría de los tipos de suelos tienen una capa protectora que resiste los daños. Sin embargo, el grosor y la durabilidad de la capa de desgaste varían en función del tipo de ﬂooring y del nivel de traﬃc de los pies. Además, las distintas capas de la estructura del revestimiento, como los revestimientos UV, las capas decorativas y el esmalte, tienen diferentes índices de desgaste. Ahí es donde entra en juego el mapeo progresivo del desgaste. Utilizando el tribómetro NANOVEA T2000 con un Proﬁlómetro 3D sin contactoGracias a la investigación, es posible realizar un seguimiento preciso y un análisis del rendimiento y la longevidad de los materiales de los sistemas de agarre. Al proporcionar información detallada sobre el comportamiento ante el desgaste de los distintos materiales de los sistemas de agarre, los científicos y los profesionales técnicos pueden tomar decisiones más fundamentadas a la hora de seleccionar y diseñar nuevos sistemas de agarre.

IMPORTANCIA DE LA CARTOGRAFÍA DEL DESGASTE PROGRESIVO DE LOS PANELES DE SUELO

Los ensayos de suelos se han centrado tradicionalmente en la tasa de desgaste de una muestra para determinar su durabilidad frente al desgaste. Sin embargo, el mapeo progresivo del desgaste permite analizar la tasa de desgaste de la muestra a lo largo de la prueba, lo que proporciona información valiosa sobre su comportamiento frente al desgaste. Este análisis en profundidad permite establecer correlaciones entre los datos de fricción y la tasa de desgaste, lo que puede identificar las causas fundamentales del desgaste. Cabe señalar que las tasas de desgaste no son constantes a lo largo de las pruebas de desgaste. Por lo tanto, la observación de la progresión del desgaste proporciona una evaluación más precisa del desgaste de la muestra. Más allá de los métodos de ensayo tradicionales, la adopción de la cartografía de desgaste progresivo ha contribuido a importantes avances en el campo de los ensayos de suelos.

El tribómetro NANOVEA T2000 con perfilómetro 3D sin contacto integrado es una solución innovadora para pruebas de desgaste y mediciones de pérdida de volumen. Su capacidad para moverse con precisión entre el perno y el perfilómetro garantiza la fiabilidad de los resultados al eliminar cualquier desviación en el radio o la ubicación de la pista de desgaste. Pero eso no es todo: las funciones avanzadas del perfilómetro 3D sin contacto permiten realizar mediciones de superficies a alta velocidad, reduciendo el tiempo de exploración a unos segundos. Con capacidad para aplicar cargas de hasta 2.000 N y alcanzar velocidades de giro de hasta 5.000 rpm, el NANOVEA T2000 Tribómetro ofrece versatilidad y precisión en el proceso de evaluación. Está claro que este equipo desempeña un papel vital en la cartografía del desgaste progresivo.

FIGURA 1: Montaje de la muestra antes de la prueba de desgaste (izquierda) y perfilometría de la huella de desgaste tras la prueba de desgaste (derecha).

OBJETIVO DE MEDICIÓN

Se realizaron pruebas de mapeo de desgaste progresivo en dos tipos de materiales para suelos: piedra y madera. Cada muestra se sometió a un total de 7 ciclos de prueba, con duraciones de prueba crecientes de 2, 4, 8, 20, 40, 60 y 120 s, lo que permitió comparar el desgaste a lo largo del tiempo. Después de cada ciclo de prueba, se perfiló la pista de desgaste utilizando el perfilómetro sin contacto NANOVEA 3D. A partir de los datos recogidos por el perfilómetro, se puede analizar el volumen del agujero y la tasa de desgaste utilizando las funciones integradas en el software NANOVEA Tribometer o nuestro software de análisis de superficies, Mountains.

NANOVEA T2000 Alta carga
Tribómetro neumático

LAS MUESTRAS

PARÁMETROS DE LA PRUEBA DE CARTOGRAFÍA DE DESGASTE

CARGAR	40 N
DURACIÓN DE LA PRUEBA	varía
VELOCIDAD	200 rpm
RADIUS	10 mm
DISTANCIA	varía
MATERIAL DE LA BOLA	Carburo de tungsteno
DIÁMETRO DE LA BOLA	10 mm

La duración de la prueba utilizada en los 7 ciclos fue 2, 4, 8, 20, 40, 60 y 120 segundosrespectivamente. Las distancias recorridas fueron 0,40, 0,81, 1,66, 4,16, 8,36, 12,55 y 25,11 metros.

RESULTADOS DE LA CARTOGRAFÍA DEL DESGASTE

Suelos de madera

*Ciclo de pruebas*	*COF máximo*	*Mín COF*	*Avg. COF*
1	0.335	0.124	0.275
2	0.337	0.207	0.295
3	0.380	0.229	0.329
4	0.393	0.265	0.354
5	0.352	0.205	0.314
6	0.345	0.199	0.312
7	0.315	0.211	0.293

ORIENTACIÓN RADIAL

*Ciclo de pruebas*	*Pérdida de volumen total (µm3*	Distancia total Recorrido (m)	Índice de desgaste (mm/Nm) x10^-5	Índice de desgaste instantáneo (mm/Nm) x10^-5
1	296247687	0.40	1833.746	1833.746
2	355245227	1.22	1093.260	181.5637
3	596371326	2.88	898.242	363.1791
4	883747767	7.04	530.629	172.5496
5	1207179951	15.40	360.889	96.69074
6	1472745318	27.95	293.329	52.89311
7	1851319210	53.06	184.343	37.69599

FIGURA 2: Índice de desgaste frente a la distancia total recorrida (izquierda)
e índice de desgaste instantáneo frente al ciclo de ensayo (derecha) para suelos de madera.

FIGURA 3: Gráfico COF y vista 3D de la huella de desgaste de la prueba #7 en suelo de madera.

FIGURA 4: Análisis transversal de la pista de desgaste de madera del ensayo #7

FIGURA 5: Análisis de volumen y área de la huella de desgaste en la muestra de madera Ensayo #7.

Para conocer todos los resultados, haga clic aquí.

RESULTADOS DE LA CARTOGRAFÍA DEL DESGASTE

Suelos de piedra

*Ciclo de pruebas*	*COF máximo*	*Mín COF*	*Avg. COF*
1	0.249	0.035	0.186
2	0.349	0.197	0.275
3	0.294	0.154	0.221
4	0.503	0.124	0.273
5	0.548	0.106	0.390
6	0.510	0.129	0.434
7	0.527	0.181	0.472

ORIENTACIÓN RADIAL

*Ciclo de pruebas*	*Pérdida de volumen total (µm3*	Distancia total Recorrido (m)	Índice de desgaste (mm/Nm) x10^-5	Índice de desgaste instantáneo (mm/Nm) x10^-5
1	96278846	0.40	595.957	595.9573
2	804289731	1.22	2475.185	2178.889
3	1316147855	2.88	1982.355	770.9501
4	3136530215	7.04	1883.269	1093.013
5	10821732180	15.40	3235.180	2297.508
6	20174960343	27.95	4018.282	1862.899
7	42512063420	53.06	4233.081	2224.187

FIGURA 6: Índice de desgaste frente a la distancia total recorrida (izquierda)
e índice de desgaste instantáneo frente al ciclo de ensayo (derecha) para suelos de piedra.

FIGURA 7: Gráfico COF y vista 3D de la huella de desgaste de la prueba #7 sobre pavimento de piedra.

FIGURA 8: Análisis transversal de la huella de desgaste de piedra de la prueba #7.

FIGURA 9: Análisis de volumen y área de la huella de desgaste en la muestra de piedra de ensayo #7.

Para conocer todos los resultados, haga clic aquí.

DEBATE

El índice de desgaste instantáneo se calcula con la siguiente ecuación:

Donde V es el volumen de un agujero, N es la carga y X es la distancia total, esta ecuación describe la tasa de desgaste entre ciclos de prueba. La tasa de desgaste instantánea puede utilizarse para identificar mejor los cambios en la tasa de desgaste a lo largo de la prueba.

Ambas muestras tienen comportamientos de desgaste muy diferentes. Con el tiempo, el suelo de madera comienza con un índice de desgaste elevado, pero desciende rápidamente a un valor más pequeño y constante. En el caso del suelo de piedra, el índice de desgaste parece comenzar con un valor bajo y tiende a aumentar con el paso de los ciclos. El índice de desgaste instantáneo también muestra poca consistencia. La razón específica de esta diferencia no es segura, pero puede deberse a la estructura de las muestras. El suelo de piedra parece estar formado por partículas sueltas similares al grano, que se desgastarían de forma diferente en comparación con la estructura compacta de la madera. Sería necesario realizar más pruebas e investigaciones para determinar la causa de este comportamiento de desgaste.

Los datos del coeficiente de fricción (COF) parecen concordar con el comportamiento de desgaste observado. El gráfico del COF para el suelo de madera parece coherente a lo largo de los ciclos, complementando su tasa de desgaste constante. En el caso de los suelos de piedra, el COF medio aumenta a lo largo de los ciclos, de forma similar a como lo hace la tasa de desgaste. También hay cambios aparentes en la forma de los gráficos de fricción, lo que sugiere cambios en la forma en que la bola interactúa con la muestra de piedra. Esto es más evidente en los ciclos 2 y 4.

CONCLUSIÓN

El Tribómetro NANOVEA T2000 muestra su capacidad para realizar un mapeo de desgaste progresivo analizando la tasa de desgaste entre dos muestras de pavimento diferentes. Detener la prueba de desgaste continuo y escanear la superficie con el perfilómetro sin contacto NANOVEA 3D proporciona información valiosa sobre el comportamiento de desgaste del material con el tiempo.

El tribómetro NANOVEA T2000 con el perfilómetro 3D sin contacto integrado proporciona una amplia variedad de datos, incluyendo datos COF (Coeficiente de Fricción), mediciones de superficie, lecturas de profundidad, visualización de superficie, pérdida de volumen, tasa de desgaste y más. Este amplio conjunto de información permite a los usuarios obtener una comprensión más profunda de las interacciones entre el sistema y la muestra. Con su carga controlada, alta precisión, facilidad de uso, alta carga, amplio rango de velocidad y módulos ambientales adicionales, el tribómetro NANOVEA T2000 lleva la tribología al siguiente nivel.

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Dureza al rayado a alta temperatura utilizando un tribómetro

DUREZA AL RAYADO A ALTA TEMPERATURA

UTILIZANDO UN TRIBÓMETRO

Preparado por

DUANJIE, Doctor

INTRODUCCIÓN

La dureza mide la resistencia de los materiales a la deformación permanente o plástica. Desarrollado originalmente por el mineralogista alemán Friedrich Mohs en 1820, el ensayo de dureza al rayado determina la dureza de un material a los arañazos y la abrasión debidos a la fricción de un objeto afilado.¹. La escala de Mohs es un índice comparativo más que una escala lineal, por lo que se desarrolló una medición de la dureza al rayado más precisa y cualitativa, tal como se describe en la norma ASTM G171-03². Mide la anchura media del arañazo creado por un estilete de diamante y calcula el número de dureza del arañazo (HSP).

IMPORTANCIA DE LA MEDICIÓN DE LA DUREZA AL RAYADO A ALTAS TEMPERATURAS

Los materiales se seleccionan en función de los requisitos de servicio. Para aplicaciones que implican cambios de temperatura y gradientes térmicos significativos, es fundamental investigar las propiedades mecánicas de los materiales a altas temperaturas para conocer a fondo los límites mecánicos. Los materiales, especialmente los polímeros, suelen ablandarse a altas temperaturas. Muchos fallos mecánicos se deben a la deformación por fluencia y a la fatiga térmica que sólo tienen lugar a temperaturas elevadas. Por lo tanto, se necesita una técnica fiable para medir la dureza a altas temperaturas con el fin de garantizar una selección adecuada de los materiales para aplicaciones a altas temperaturas.

OBJETIVO DE MEDICIÓN

En este estudio, el Tribómetro NANOVEA T50 mide la dureza al rayado de una muestra de teflón a diferentes temperaturas, desde temperatura ambiente hasta 300ºC. La capacidad de realizar mediciones de dureza al rayado a alta temperatura hace que el NANOVEA Tribómetro un sistema versátil para evaluaciones tribológicas y mecánicas de materiales para aplicaciones de alta temperatura.

NANOVEA

T50

CONDICIONES DE ENSAYO

Se utilizó el tribómetro estándar de peso libre NANOVEA T50 para realizar los ensayos de dureza al rayado en una muestra de teflón a temperaturas que oscilaban entre la temperatura ambiente (TA) y 300°C. El teflón tiene un punto de fusión de 326,8°C. Se utilizó un palpador cónico de diamante con un ángulo de vértice de 120° y un radio de punta de 200 µm. La muestra de teflón se fijó en la platina giratoria con una distancia de 10 mm al centro de la platina. La muestra se calentó en un horno y se probó a temperaturas de RT, 50°C, 100°C, 150°C, 200°C, 250°C y 300°C.

PARÁMETROS DE PRUEBA

de la medición de la dureza al rayado a alta temperatura

FUERZA NORMAL	2 N
VELOCIDAD DE DESLIZAMIENTO	1 mm/s
DISTANCIA DE DESLIZAMIENTO	8 mm por temperatura
ATMÓSFERA	Aire
TEMPERATURA	RT, 50°C, 100°C, 150°C, 200°C, 250°C, 300°C.

RESULTADOS Y DEBATE

En la FIGURA 1 se muestran los perfiles de la pista de rayado de la muestra de teflón a diferentes temperaturas con el fin de comparar la dureza del rayado a diferentes temperaturas elevadas. La acumulación de material en los bordes de la pista de rayado se forma a medida que el palpador se desplaza con una carga constante de 2 N y penetra en la muestra de teflón, empujando y deformando el material de la pista de rayado hacia un lado.

Las huellas de rayado se examinaron al microscopio óptico como se muestra en la FIGURA 2. Las anchuras de las huellas de rayado medidas y los números de dureza de rayado (HSP) calculados se resumen en la FIGURA 3. En la FIGURA 3 se resumen y comparan las anchuras de las pistas de rayado medidas y los números de dureza de rayado (HSP) calculados. La anchura de la pista de rayado medida con el microscopio coincide con la medida con el NANOVEA Profiler: la muestra de teflón presenta una anchura de rayado mayor a temperaturas más altas. La anchura de la pista de rayado aumenta de 281 a 539 µm a medida que la temperatura se eleva de RT a 300oC, lo que resulta en una disminución de la HSP de 65 a 18 MPa.

La dureza al rayado a temperaturas elevadas puede medirse con alta precisión y repetibilidad utilizando el Tribómetro NANOVEA T50. Proporciona una solución alternativa a otras mediciones de dureza y convierte a los tribómetros NANOVEA en un sistema más completo para evaluaciones tribo-mecánicas exhaustivas a altas temperaturas.

FIGURA 1: Perfiles de huellas de arañazos tras los ensayos de dureza al rayado a diferentes temperaturas.

FIGURA 2: Huellas de arañazos bajo el microscopio tras las mediciones a diferentes temperaturas.

FIGURA 3: Evolución de la anchura de la pista de rayado y de la dureza del rayado en función de la temperatura.

CONCLUSIÓN

En este estudio, mostramos cómo el tribómetro NANOVEA mide la dureza al rayado a temperaturas elevadas de conformidad con la norma ASTM G171-03. El ensayo de dureza al rayado con carga constante proporciona una solución alternativa sencilla para comparar la dureza de los materiales utilizando el tribómetro. La capacidad de realizar mediciones de dureza al rayado a temperaturas elevadas convierte al Tribómetro NANOVEA en una herramienta ideal para evaluar las propiedades tribo-mecánicas de los materiales a altas temperaturas.

El tribómetro NANOVEA también ofrece pruebas de desgaste y fricción precisas y repetibles mediante modos rotativos y lineales conformes con ISO y ASTM, con módulos opcionales de desgaste a alta temperatura, lubricación y tribo-corrosión disponibles en un sistema preintegrado. Hay disponible un perfilador 3D sin contacto opcional para obtener imágenes 3D de alta resolución de las huellas de desgaste, además de otras mediciones de superficies como la rugosidad.

1 Wredenberg, Fredrik; PL Larsson (2009). "Ensayo de rayado de metales y polímeros: Experiments and numerics". Wear 266 (1-2): 76
2 ASTM G171-03 (2009), "Standard Test Method for Scratch Hardness of Materials Using a Diamond Stylus" (Método de ensayo estándar para la dureza al rayado de materiales utilizando un estilete de diamante).

¿Tiene una aplicación similar?

Evaluación de arañazos y desgaste en revestimientos industriales

RECUBRIMIENTO INDUSTRIAL

EVALUACIÓN DEL RAYADO Y EL DESGASTE MEDIANTE UN TRIBÓMETRO

Preparado por

DUANJIE LI, Doctorado, y ANDREA HERRMANN

INTRODUCCIÓN

La pintura de uretano acrílico es un tipo de recubrimiento protector de secado rápido ampliamente utilizado en diversas aplicaciones industriales, como pintura para pisos, pintura para automóviles y otras. Cuando se utiliza como pintura para pisos, puede servir en áreas con mucho tránsito peatonal y de ruedas de goma, como pasillos, bordillos y estacionamientos.

IMPORTANCIA DE LAS PRUEBAS DE RAYADURAS Y DESGASTE PARA EL CONTROL DE CALIDAD

Tradicionalmente, las pruebas de abrasión Taber se realizaban para evaluar la resistencia al desgaste de la pintura acrílica de uretano para pisos de acuerdo con la norma ASTM D4060. Sin embargo, como se menciona en la norma, “Para algunos materiales, las pruebas de abrasión que utilizan el abrasómetro Taber pueden estar sujetas a variaciones debido a cambios en las características abrasivas de la rueda durante la prueba”.1 Esto puede dar lugar a una mala reproducibilidad de los resultados de las pruebas y crear dificultades para comparar los valores comunicados por diferentes laboratorios. Además, en las pruebas de abrasión Taber, la resistencia a la abrasión se calcula como la pérdida de peso en un número específico de ciclos de abrasión. Sin embargo, las pinturas acrílicas de uretano para suelos tienen un espesor de película seca recomendado de 37,5-50 μm².

El agresivo proceso de abrasión del abrasómetro Taber puede desgastar rápidamente el recubrimiento de uretano acrílico y provocar una pérdida de masa en el sustrato, lo que da lugar a errores sustanciales en el cálculo de la pérdida de peso de la pintura. La implantación de partículas abrasivas en la pintura durante la prueba de abrasión también contribuye a los errores. Por lo tanto, es fundamental realizar una medición cuantificable y fiable bien controlada para garantizar una evaluación reproducible del desgaste de la pintura. Además, el prueba de resistencia al rayado permite a los usuarios detectar fallos prematuros en la adhesión/cohesión en aplicaciones reales.

OBJETIVO DE MEDICIÓN

En este estudio, demostramos que NANOVEA Tribómetros y Comprobadores mecánicos Son ideales para la evaluación y el control de calidad de recubrimientos industriales.

El proceso de desgaste de las pinturas acrílicas de uretano para pisos con diferentes capas de acabado se simula de manera controlada y supervisada utilizando el tribómetro NANOVEA. Se utilizan pruebas de microarañazos para medir la carga necesaria para provocar un fallo cohesivo o adhesivo en la pintura.

NANOVEA T100

El tribómetro neumático compacto

NANOVEA PB1000

El probador mecánico de plataforma grande

PROCEDIMIENTO DE PRUEBA

Este estudio evalúa cuatro recubrimientos acrílicos para pisos a base de agua disponibles en el mercado que tienen la misma imprimación (capa base) y diferentes capas de acabado de la misma fórmula, con una pequeña alteración en las mezclas de aditivos con el fin de mejorar la durabilidad. Estos cuatro recubrimientos se identifican como muestras A, B, C y D.

PRUEBA DE DESGASTE

Se utilizó el tribómetro NANOVEA para evaluar el comportamiento tribológico, por ejemplo, el coeficiente de fricción (COF) y la resistencia al desgaste. Se aplicó una punta de bola SS440 (6 mm de diámetro, grado 100) contra las pinturas sometidas a prueba. El COF se registró in situ. La tasa de desgaste, K, se evaluó utilizando la fórmula K=V/(F×s)=A/(F×n), 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 NANOVEA. Perfilómetro óptico, y se examinó la morfología de la pista de desgaste con un microscopio óptico.

PARÁMETROS DE LA PRUEBA DE DESGASTE

FUERZA NORMAL

20 N

VELOCIDAD

15 m/min

DURACIÓN DE LA PRUEBA

100, 150, 300 y 800 ciclos

PRUEBA DE RAYADO

Se utilizó el probador mecánico NANOVEA equipado con una aguja de diamante Rockwell C (radio de 200 μm) para realizar pruebas de rayado con carga progresiva en las muestras de pintura utilizando el modo Micro Scratch Tester. Se utilizaron dos cargas finales: una carga final de 5 N para investigar la delaminación de la pintura de la imprimación y una de 35 N para investigar la delaminación de la imprimación de los sustratos metálicos. Se repitieron tres pruebas en las mismas condiciones de ensayo en cada muestra para garantizar la reproducibilidad de los resultados.

El software del sistema generó automáticamente imágenes panorámicas de toda la longitud de los rayones y correlacionó sus puntos críticos de falla con las cargas aplicadas. Esta función del software permite a los usuarios realizar análisis de las marcas de los rayones en cualquier momento, en lugar de tener que determinar la carga crítica bajo el microscopio inmediatamente después de las pruebas de rayado.

PARÁMETROS DE LA PRUEBA DE RAYADO

TIPO DE CARGA	Progresiva
CARGA INICIAL	0,01 mN
CARGA FINAL	5 N / 35 N
VELOCIDAD DE CARGA	10 / 70 N/min
LONGITUD DEL RASPADO	3 mm
velocidad de rayado, dx/dt	6,0 mm/min
GEOMETRÍA DEL PENETRADOR	cono de 120º
MATERIAL INDENTADOR (punta)	Diamante
RADIO DE LA PUNTA DEL PENETRADOR	200 μm

RESULTADOS DE LA PRUEBA DE DESGASTE

Se realizaron cuatro pruebas de desgaste con pasador sobre disco a diferentes números de revoluciones (100, 150, 300 y 800 ciclos) en cada muestra con el fin de supervisar la evolución del desgaste. La morfología de la superficie de las muestras se midió con un perfilómetro 3D sin contacto NANOVEA para cuantificar la rugosidad de la superficie antes de realizar las pruebas de desgaste. Todas las muestras tenían una rugosidad superficial comparable de aproximadamente 1 μm, como se muestra en la FIGURA 1. El COF se registró in situ durante las pruebas de desgaste, como se muestra en la FIGURA 2. La FIGURA 4 presenta la evolución de las huellas de desgaste después de 100, 150, 300 y 800 ciclos, y la FIGURA 3 resume la tasa de desgaste media de diferentes muestras en diferentes etapas del proceso de desgaste.

En comparación con un valor de COF de ~0,07 para las otras tres muestras, la muestra A presenta un COF mucho más alto de ~0,15 al principio, que aumenta gradualmente y se estabiliza en ~0,3 después de 300 ciclos de desgaste. Un COF tan alto acelera el proceso de desgaste y genera una cantidad considerable de residuos de pintura, como se indica en la FIGURA 4: la capa superior de la muestra A ha comenzado a desprenderse en las primeras 100 revoluciones. Como se muestra en la FIGURA 3, la muestra A presenta la tasa de desgaste más alta, de ~5 μm2/N, en los primeros 300 ciclos, que disminuye ligeramente hasta ~3,5 μm2/N debido a la mejor resistencia al desgaste del sustrato metálico. La capa superior de la muestra C comienza a fallar después de 150 ciclos de desgaste, como se muestra en la FIGURA 4, lo que también se indica por el aumento del COF en la FIGURA 2.

En comparación, las muestras B y D muestran propiedades tribológicas mejoradas. La muestra B mantiene un bajo coeficiente de fricción (COF) durante toda la prueba: el COF aumenta ligeramente de ~0,05 a ~0,1. Este efecto lubricante mejora sustancialmente su resistencia al desgaste: la capa superior sigue proporcionando una protección superior a la imprimación subyacente después de 800 ciclos de desgaste. La tasa de desgaste promedio más baja, de solo ~0,77 μm2/N, se mide para la muestra B a los 800 ciclos. La capa superior de la muestra D comienza a deslaminarse después de 375 ciclos, como se refleja en el aumento abrupto del COF en la FIGURA 2. La tasa de desgaste promedio de la muestra D es de ~1,1 μm2/N a los 800 ciclos.

En comparación con las mediciones de abrasión Taber convencionales, el tribómetro NANOVEA proporciona evaluaciones de desgaste cuantificables y fiables bien controladas que garantizan evaluaciones reproducibles y el control de calidad de las pinturas comerciales para suelos y automóviles. Además, la capacidad de realizar mediciones de COF in situ permite a los usuarios correlacionar las diferentes etapas de un 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 diversos recubrimientos de pintura.

FIGURA 1: Morfología 3D y rugosidad de las muestras de pintura.

FIGURA 2: COF durante las pruebas de pin-on-disk.

FIGURA 3: Evolución de la tasa de desgaste de diferentes pinturas.

FIGURA 4: Evolución de las marcas de desgaste durante las pruebas de pasador sobre disco.

RESULTADOS DE LA PRUEBA DE RAYADO

La FIGURA 5 muestra el gráfico de la fuerza normal, la fuerza de fricción y la profundidad real en función de la longitud del rayón para la muestra A, a modo de ejemplo. Se puede instalar un módulo opcional de emisión acústica para proporcionar más información. A medida que la carga normal aumenta linealmente, la punta de la indentación se hunde gradualmente en la muestra sometida a prueba, lo que se refleja en el aumento progresivo de la profundidad real. La variación en las pendientes de las curvas de fuerza de fricción y profundidad real puede utilizarse como uno de los indicios de que comienzan a producirse fallos en el recubrimiento.

FIGURA 5: Fuerza normal, fuerza de fricción y profundidad real en función de la longitud del rayón para la prueba de rayado de la muestra A con una carga máxima de 5 N.

Las FIGURAS 6 y 7 muestran los rayones completos de las cuatro muestras de pintura probadas con una carga máxima de 5 N y 35 N, respectivamente. La muestra D requirió una carga mayor, de 50 N, para deslaminar la imprimación. Las pruebas de rayado con una carga final de 5 N (FIGURA 6) evalúan el fallo cohesivo/adhesivo de la pintura superior, mientras que las realizadas con 35 N (FIGURA 7) evalúan la deslaminación de la imprimación. Las flechas de las micrografías indican el punto en el que la capa superior o la imprimación comienzan a desprenderse completamente de la imprimación o del sustrato. La carga en este punto, denominada carga crítica, Lc, se utiliza para comparar las propiedades cohesivas o adhesivas de la pintura, tal y como se resume en la Tabla 1.

Es evidente que la muestra de pintura D tiene la mejor adhesión interfacial, ya que presenta los valores Lc más altos, de 4,04 N en la delaminación de la pintura y 36,61 N en la delaminación de la imprimación. La muestra B muestra la segunda mejor resistencia al rayado. A partir del análisis de rayado, demostramos que la optimización de la fórmula de la pintura es fundamental para el comportamiento mecánico o, más concretamente, para la resistencia al rayado y la propiedad de adhesión de las pinturas acrílicas para suelos.

Cuadro 1: Resumen de cargas críticas.

FIGURA 6: Micrografías de rayado completo con una carga máxima de 5 N.

FIGURA 7: Micrografías de rayado completo con una carga máxima de 35 N.

CONCLUSIÓN

En comparación con las mediciones de abrasión Taber convencionales, el probador mecánico y el tribómetro NANOVEA son herramientas superiores para la evaluación y el control de calidad de los recubrimientos comerciales para pisos y automóviles. El probador mecánico NANOVEA en modo Rasguño puede detectar problemas de adhesión/cohesión en un sistema de recubrimiento. El tribómetro NANOVEA proporciona un análisis tribológico cuantificable y repetible bien controlado sobre la resistencia al desgaste y el coeficiente de fricción de las pinturas.

Basándonos en los análisis tribológicos y mecánicos exhaustivos realizados a los recubrimientos acrílicos para suelos a base de agua probados en este estudio, demostramos que la muestra B posee el menor coeficiente de fricción y la menor tasa de desgaste, así como la segunda mejor resistencia al rayado, mientras que la muestra D presenta la mejor resistencia al rayado y la segunda mejor resistencia al desgaste. Esta evaluación nos permite valorar y seleccionar el mejor candidato en función de las necesidades de los diferentes entornos de aplicación.

Los módulos Nano y Micro del probador mecánico NANOVEA incluyen modos de prueba de indentación, rayado y desgaste que cumplen con las normas ISO y ASTM, lo que proporciona la gama más amplia de pruebas disponibles para la evaluación de pinturas en un solo módulo. El tribómetro NANOVEA ofrece 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 todas las propiedades mecánicas y tribológicas 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. Los perfilómetros ópticos sin contacto opcionales de NANOVEA están disponibles para la obtención de imágenes 3D de alta resolución de arañazos y marcas de desgaste, además de otras mediciones de superficie, como la rugosidad.

AHORA, HABLEMOS DE SU SOLICITUD

Desgaste y fricción de la correa de polímero con un tribómetro

CINTURONES DE POLÍMERO

DESGASTE Y FRICCIÓN CON UN TRIBÓMETRO

Preparado por

DUANJIE LI, Doctor

INTRODUCCIÓN

La transmisión por correa transmite potencia y sigue el movimiento relativo entre dos o más ejes giratorios. Como solución sencilla y económica con un mantenimiento mínimo, las transmisiones por correa se utilizan ampliamente en diversas aplicaciones, como sierras de disco, aserraderos, trilladoras, sopladores de silo y cintas transportadoras. Las transmisiones por correa pueden proteger la maquinaria de sobrecargas, así como amortiguar y aislar las vibraciones.

IMPORTANCIA DE LA EVALUACIÓN DEL DESGASTE DE LAS TRANSMISIONES POR CORREA

La fricción y el desgaste son inevitables en las correas de una máquina accionada por correa. Una fricción suficiente garantiza una transmisión eficaz de la potencia sin deslizamientos, pero una fricción excesiva puede desgastar rápidamente la correa. Durante el funcionamiento de la transmisión por correa se producen diferentes tipos de desgaste, como la fatiga, la abrasión y la fricción. Con el fin de prolongar la vida útil de la correa y reducir los costes y el tiempo de reparación y sustitución de la correa, es conveniente evaluar de forma fiable el desgaste de las correas para mejorar su vida útil, la eficacia de la producción y el rendimiento de la aplicación. La medición precisa del coeficiente de fricción y del índice de desgaste de la correa facilita la I+D y el control de calidad de la producción de correas.

OBJETIVO DE MEDICIÓN

En este estudio, simulamos y comparamos los comportamientos de desgaste de correas con diferentes texturas superficiales para mostrar la capacidad de la NANOVEA Tribómetro T2000 en la simulación del proceso de desgaste de la correa de forma controlada y monitorizada.

NANOVEA

T2000

PROCEDIMIENTOS DE PRUEBA

El coeficiente de fricción, COF, y la resistencia al desgaste de dos correas con diferente rugosidad y textura superficial se evaluaron mediante el NANOVEA Alta carga Tribómetro utilizando un módulo de desgaste alternativo lineal. Se utilizó una bola de acero 440 (10 mm de diámetro) como contramaterial. La rugosidad superficial y la huella de desgaste se examinaron utilizando un Perfilómetro 3D sin contacto. La tasa de desgaste, Kse evaluó mediante la fórmula K=Vl(Fxs)donde V es el volumen desgastado, F es la carga normal y s es la distancia de deslizamiento.

Tenga en cuenta que en este estudio se ha utilizado como ejemplo una bola lisa de acero 440, pero puede aplicarse cualquier material sólido con diferentes formas y acabados superficiales utilizando dispositivos personalizados para simular la situación de aplicación real.

RESULTADOS Y DEBATE

La banda texturizada y la banda lisa tienen una rugosidad superficial Ra de 33,5 y 8,7 um, respectivamente, según los perfiles superficiales analizados tomados con un NANOVEA Perfilador óptico 3D sin contacto. El COF y la tasa de desgaste de las dos correas probadas se midieron a 10 N y 100 N, respectivamente, para comparar el comportamiento de desgaste de las correas a diferentes cargas.

FIGURA 1 muestra la evolución del COF de las correas durante las pruebas de desgaste. Las correas con diferentes texturas muestran comportamientos de desgaste sustancialmente diferentes. Resulta interesante que, tras el periodo de rodaje durante el cual el COF aumenta progresivamente, la correa texturizada alcanza un COF inferior de ~0,5 en las dos pruebas realizadas con cargas de 10 N y 100 N. En comparación, la correa lisa sometida a la carga de 10 N muestra un COF significativamente superior de~ 1,4 cuando el COF se estabiliza y se mantiene por encima de este valor durante el resto de la prueba. La correa lisa sometida a la carga de 100 N se desgastó rápidamente por la bola de acero 440 y formó una gran huella de desgaste. Por lo tanto, la prueba se detuvo a 220 revoluciones.

FIGURA 1: Evolución del COF de las correas a diferentes cargas.

En la FIGURA 2 se comparan las imágenes 3D de las huellas de desgaste después de las pruebas a 100 N. El perfilómetro 3D sin contacto NANOVEA ofrece una herramienta para analizar la morfología detallada de las huellas de desgaste, proporcionando más información sobre la comprensión fundamental del mecanismo de desgaste.

TABLA 1: Resultado del análisis de la pista de desgaste.

FIGURA 2: Vista en 3D de las dos cintas
después de las pruebas a 100 N.

El perfil 3D de la huella de desgaste permite determinar de forma directa y precisa el volumen de la huella de desgaste calculado por el software de análisis avanzado, como se muestra en la TABLA 1. En una prueba de desgaste de 220 revoluciones, la correa lisa presenta una huella de desgaste mucho mayor y más profunda, con un volumen de 75,7 mm3, en comparación con un volumen de desgaste de 14,0 mm3 para la correa texturada tras una prueba de desgaste de 600 revoluciones. La fricción significativamente mayor de la correa lisa contra la bola de acero da lugar a un índice de desgaste 15 veces superior al de la correa texturada.

Una diferencia tan drástica de COF entre la banda texturizada y la banda lisa está posiblemente relacionada con el tamaño del área de contacto entre la banda y la bola de acero, lo que también conduce a su diferente rendimiento frente al desgaste. La FIGURA 3 muestra las huellas de desgaste de las dos correas bajo el microscopio óptico. El examen de las huellas de desgaste concuerda con la observación de la evolución del COF: La correa texturizada, que mantiene un COF bajo de ~0,5, no muestra ningún signo de desgaste después de la prueba de desgaste con una carga de 10 N. La correa lisa muestra una pequeña huella de desgaste a 10 N. Las pruebas de desgaste realizadas a 100 N crean huellas de desgaste sustancialmente mayores tanto en la correa texturizada como en la lisa, y la tasa de desgaste se calculará utilizando perfiles 3D, como se verá en el párrafo siguiente.

FIGURA 3: Huellas de desgaste al microscopio óptico.

CONCLUSIÓN

En este estudio, mostramos la capacidad del Tribómetro NANOVEA T2000 para evaluar el coeficiente de fricción y la tasa de desgaste de las correas de una manera bien controlada y cuantitativa. La textura de la superficie desempeña un papel crítico en la resistencia a la fricción y al desgaste de las correas durante su funcionamiento en servicio. La correa texturizada presenta un coeficiente de fricción estable de ~0,5 y posee una larga vida útil, lo que se traduce en una reducción del tiempo y los costes de reparación o sustitución de las herramientas. En comparación, la excesiva fricción de la correa lisa contra la bola de acero desgasta rápidamente la correa. Además, la carga sobre la correa es un factor vital de su vida útil. La sobrecarga crea una fricción muy elevada, lo que acelera el desgaste de la correa.

El tribómetro NANOVEA T2000 ofrece pruebas de desgaste y fricción precisas y repetibles utilizando modos rotativos y lineales conformes a ISO y ASTM, con módulos opcionales de desgaste a alta temperatura, lubricación y tribocorrosión disponibles en un sistema preintegrado. NANOVEA es una solución ideal para determinar toda la gama de propiedades tribológicas de revestimientos, películas y sustratos finos o gruesos, blandos o duros.

¿Tiene una aplicación similar?

Rendimiento de abrasión con papel de lija utilizando un tribómetro

RENDIMIENTO DE ABRASIÓN DEL PAPEL DE LAMA

UTILIZANDO UN TRIBÓMETRO

Preparado por

DUANJIE LI, Doctor

INTRODUCCIÓN

El papel de lija está compuesto por partículas abrasivas adheridas a una de las caras de un papel o tela. Para las partículas se pueden utilizar diversos materiales abrasivos, como granate, carburo de silicio, óxido de aluminio y diamante. El papel de lija se utiliza ampliamente en diversos sectores industriales para crear acabados superficiales específicos en madera, metal y paneles de yeso. A menudo se trabaja con él aplicando una gran presión con la mano o con herramientas eléctricas.

IMPORTANCIA DE EVALUAR EL RENDIMIENTO DE LA ABRASIÓN DEL PAPEL DE LIMA

La eficacia del papel de lija suele determinarse por su rendimiento abrasivo en diferentes condiciones. El tamaño del grano, es decir, el tamaño de las partículas abrasivas incrustadas en el papel de lija, determina la tasa de desgaste y el tamaño de los rayones del material que se lija. Los papeles de lija con números de grano más altos tienen partículas más pequeñas, lo que da como resultado velocidades de lijado más bajas y acabados superficiales más finos. Los papeles de lija con el mismo número de grano pero fabricados con materiales diferentes pueden tener comportamientos distintos en condiciones secas o húmedas. Se necesitan evaluaciones tribológicas fiables para garantizar que el papel de lija fabricado posea el comportamiento abrasivo deseado. Estas evaluaciones permiten a los usuarios comparar cuantitativamente los comportamientos de desgaste de diferentes tipos de papeles de lija de forma controlada y supervisada, con el fin de seleccionar el mejor candidato para la aplicación deseada.

OBJETIVO DE MEDICIÓN

En este estudio, mostramos la capacidad del tribómetro neumático de alta carga NANOVEA T2000 para evaluar cuantitativamente el rendimiento de abrasión de varias muestras de papel de lija en condiciones secas y húmedas.

NANOVEA T2000 Alta carga
Tribómetro neumático

PROCEDIMIENTOS DE PRUEBA

El coeficiente de fricción (COF) y el rendimiento de abrasión de dos tipos de papeles de lija se evaluaron con el tribómetro NANOVEA T100. Se utilizó una bola de acero inoxidable 440 como material de contrapartida. Las marcas de desgaste de la bola se examinaron después de cada prueba de desgaste utilizando el NANOVEA. Perfilador óptico 3D sin contacto para garantizar mediciones precisas de la pérdida de volumen.

Tenga en cuenta que se eligió una bola de acero inoxidable 440 como material de contrapartida para realizar un estudio comparativo, pero se podría sustituir por cualquier material sólido para simular una condición de aplicación diferente.

RESULTADOS DE LAS PRUEBAS Y DISCUSIÓN

La FIGURA 1 muestra una comparación del COF del papel de lija 1 y 2 en condiciones ambientales secas y húmedas. El papel de lija 1, en condiciones secas, muestra un COF de 0,4 al inicio de la prueba, que disminuye progresivamente y se estabiliza en 0,3. En condiciones húmedas, esta muestra presenta un COF medio más bajo, de 0,27. Por el contrario, los resultados del COF de la muestra 2 muestran un COF seco de 0,27 y un COF húmedo de ~ 0,37.

Tenga en cuenta que la oscilación en los datos de todos los gráficos COF se debió a las vibraciones generadas por el movimiento deslizante de la bola contra las superficies rugosas del papel de lija.

FIGURA 1: Evolución del COF durante las pruebas de desgaste.

La FIGURA 2 resume los resultados del análisis de las marcas de desgaste. Las marcas de desgaste se midieron utilizando un microscopio óptico y un perfilómetro óptico sin contacto NANOVEA 3D. Las FIGURAS 3 y 4 comparan las marcas de desgaste de las bolas SS440 desgastadas tras las pruebas de desgaste en el papel de lija 1 y 2 (en condiciones húmedas y secas). Como se muestra en la FIGURA 4, el perfilómetro óptico NANOVEA captura con precisión la topografía de la superficie de las cuatro bolas y sus respectivas marcas de desgaste, que luego se procesaron con el software de análisis avanzado NANOVEA Mountains para calcular la pérdida de volumen y la tasa de desgaste. En la imagen microscópica y del perfil de la bola se puede observar que la bola utilizada para la prueba con lija 1 (seca) presentaba una marca de desgaste aplanada más grande en comparación con las demás, con una pérdida de volumen de 0,313. mm³. Por el contrario, la pérdida de volumen del papel de lija 1 (húmedo) fue de 0,131. mm³. Para el papel de lija 2 (seco), la pérdida de volumen fue de 0,163. mm³ y para el papel de lija 2 (húmedo), la pérdida de volumen aumentó a 0,237. mm³.

Además, es interesante observar que el COF desempeñó un papel importante en el rendimiento de abrasión de las lijas. La lija 1 presentó un COF más alto en condiciones secas, lo que dio lugar a una mayor tasa de abrasión para la bola SS440 utilizada en la prueba. En comparación, el mayor COF del papel de lija 2 en condiciones húmedas dio lugar a una mayor tasa de abrasión. Las marcas de desgaste de los papeles de lija después de las mediciones se muestran en la FIGURA 5.

Tanto el papel de lija 1 como el 2 afirman funcionar tanto en entornos secos como húmedos. Sin embargo, mostraron un rendimiento de abrasión significativamente diferente en condiciones secas y húmedas. NANOVEA tribómetros proporcionan capacidades de evaluación del desgaste cuantificables, fiables y bien controladas que garantizan evaluaciones reproducibles del desgaste. Además, la capacidad de medición del COF in situ permite a los usuarios correlacionar las diferentes etapas de un 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 del papel de lija.

FIGURA 2: Desgaste del volumen de las bolas y COF promedio en diferentes condiciones.

FIGURA 3: Lleva las cicatrices de las pelotas después de las pruebas.

FIGURA 4: Morfología 3D de las marcas de desgaste en las bolas.

FIGURA 5: Desgaste de las bandas de rodadura en los papeles de lija en diferentes condiciones.

CONCLUSIÓN

En este estudio se evaluó el rendimiento de abrasión de dos tipos de lijas con el mismo número de grano en condiciones secas y húmedas. Las condiciones de uso de la lija desempeñan un papel fundamental en la eficacia del rendimiento del trabajo. La lija 1 presentó un comportamiento de abrasión significativamente mejor en condiciones secas, mientras que la lija 2 obtuvo mejores resultados en condiciones húmedas. La fricción durante el proceso de lijado es un factor importante a tener en cuenta a la hora de evaluar el rendimiento de abrasión. El perfilómetro óptico NANOVEA mide con precisión la morfología 3D de cualquier superficie, como las marcas de desgaste en una bola, lo que garantiza una evaluación fiable del rendimiento de abrasión del papel de lija en este estudio. El tribómetro NANOVEA mide el coeficiente de fricción in situ durante una prueba de desgaste, lo que proporciona información sobre las diferentes etapas de un proceso de desgaste. También ofrece pruebas de desgaste y fricción repetibles utilizando modos rotativos y lineales que cumplen con las normas ISO y ASTM, con módulos opcionales de desgaste a alta temperatura y lubricación disponibles en un sistema preintegrado. Esta gama inigualable permite a los usuarios simular diferentes entornos de trabajo severos de los rodamientos de bolas, incluyendo altas tensiones, desgaste y altas temperaturas, etc. También proporciona una herramienta ideal para evaluar cuantitativamente los comportamientos tribológicos de materiales superiores resistentes al desgaste bajo cargas elevadas.

¿Tiene una aplicación similar?

Pruebas de desgaste del pistón

PRUEBAS DE DESGASTE DE PISTONESUTILIZANDO EL TRIBÓMETRO NANOVEA

Preparado por

FRANK LIU

¿Qué es la prueba de desgaste de pistones?

Las pruebas de desgaste de pistones evalúan la fricción, la lubricación y la durabilidad de los materiales entre las faldas de pistón y las camisas de cilindro en condiciones controladas de laboratorio. Utilizando un tribómetroLos ingenieros pueden reproducir el movimiento alternativo real y medir con precisión el coeficiente de fricción, la tasa de desgaste y la topografía de la superficie en 3D. Estos resultados proporcionan información clave sobre el comportamiento tribológico de los revestimientos, lubricantes y aleaciones utilizados en los pistones de los motores, ayudando a optimizar el rendimiento, la eficiencia del combustible y la fiabilidad a largo plazo.

Esquema del sistema de cilindros de potencia e interfaces falda del pistón-lubricante-guarnición del cilindro.

💡 ¿Desea cuantificar la tasa de desgaste y la fricción de sus propias muestras? Solicite una prueba tribológica personalizada adaptada a su aplicación.

Por qué son importantes las pruebas de desgaste del pistón en el desarrollo de motores

El aceite de motor es un lubricante bien diseñado para su aplicación. Además del aceite base, se añaden aditivos como detergentes, dispersantes, mejoradores de la viscosidad (VI), agentes antidesgaste/antifricción e inhibidores de la corrosión para mejorar su rendimiento. Estos aditivos afectan al comportamiento del aceite en diferentes condiciones de funcionamiento. El comportamiento del aceite afecta a las interfaces P-L-C y determina si se produce un desgaste significativo por contacto metal-metal o si se produce lubricación hidrodinámica (muy poco desgaste).

Es difícil comprender las interfaces P-L-C sin aislar la zona de las variables externas. Resulta más práctico simular el suceso con condiciones representativas de su aplicación en la vida real. El sitio NANOVEA Tribometer es ideal para ello. Equipado con múltiples sensores de fuerza, sensor de profundidad, un módulo de lubricante gota a gota y una etapa lineal alternativa, el NANOVEA T2000 es capaz de imitar de cerca los acontecimientos que se producen en el interior de un bloque motor y obtener datos valiosos para comprender mejor las interfaces P-L-C.

Módulo de líquido en el tribómetro NANOVEA T2000

El módulo gota a gota es crucial para este estudio. Dado que los pistones pueden moverse a gran velocidad (más de 3.000 rpm), es difícil crear una fina película de lubricante sumergiendo la muestra. Para solucionar este problema, el módulo gota a gota es capaz de aplicar una cantidad constante de lubricante sobre la superficie de la falda del pistón.

La aplicación de lubricante fresco también elimina la preocupación de que los contaminantes de desgaste desalojados influyan en las propiedades del lubricante.

Cómo simulan los tribómetros
Desgaste real de la camisa del pistón

En este informe se estudiarán las interfaces falda del pistón-lubricante- camisa del cilindro. Las interfaces se reproducirán mediante la realización de un movimiento alternativo lineal. prueba de desgaste con módulo de lubricante gota a gota.

El lubricante se aplicará a temperatura ambiente y en condiciones de calentamiento para comparar el arranque en frío y las condiciones óptimas de funcionamiento. Se observará el COF y la tasa de desgaste para comprender mejor cómo se comportan las interfaces en aplicaciones reales.

NANOVEA T2000
Tribómetro de alta carga

Parámetros y configuración de la prueba de desgaste del pistón

CARGAR ............................ 100 N

DURACIÓN DE LA PRUEBA ............................ 30 minutos

VELOCIDAD ............................ 2000 rpm

AMPLITUD ............................ 10 mm

DISTANCIA TOTAL ............................ 1200 m

REVESTIMIENTO DE LA FALDA ............................ Moly-grafito

PIN MATERIAL ............................ Aleación de aluminio 5052

DIÁMETRO DEL PIN ............................ 10 mm

LUBRICANTE ............................ Aceite de motor (10W-30)

CAUDAL APROX. CAUDAL ............................ 60 mL/min

TEMPERATURA ............................ Temperatura ambiente y 90°C

Relevancia real de
Pruebas de desgaste del pistón

Las pruebas de desgaste de pistones basadas en tribómetros proporcionan una visión crítica de cómo las elecciones de materiales y las estrategias de lubricación afectan a la fiabilidad real del motor. En lugar de depender de costosas pruebas en motores completos, los laboratorios pueden evaluar revestimientos, aceites y superficies de aleación en condiciones realistas de carga mecánica y temperatura. NANOVEA Perfilometría 3D y los módulos de tribología permiten cartografiar con precisión la profundidad de desgaste y la estabilidad de la fricción, lo que ayuda a los equipos de I+D a optimizar el rendimiento y reducir los ciclos de desarrollo.

Resultados y análisis de las pruebas de desgaste del pistón

En este experimento, se utilizó A5052 como contramaterial. Aunque los bloques de motor suelen estar hechos de aluminio fundido, como el A356, el A5052 tiene propiedades mecánicas similares al A356 para este ensayo de simulación [1].

En las condiciones de ensayo, se observó un desgaste significativo en la falda del pistón a temperatura ambiente en comparación con 90°C. Los profundos arañazos observados en las muestras sugieren que el contacto entre el material estático y la falda del pistón se produce con frecuencia a lo largo de la prueba. La alta viscosidad a temperatura ambiente puede impedir que el aceite llene completamente los huecos en las interfaces y cree contacto metal-metal. A mayor temperatura, el aceite se diluye y puede fluir entre el bulón y el pistón. Como resultado, se observa un desgaste significativamente menor a mayor temperatura. La FIGURA 5 muestra que un lado de la cicatriz de desgaste se desgasta mucho menos que el otro. Esto se debe probablemente a la ubicación de la salida de aceite. El espesor de la película lubricante era mayor en un lado que en el otro, lo que provocó un desgaste desigual.

[1] "Aluminio 5052 frente a aluminio 356.0". MakeItFrom.com, makeitfrom.com/compare/5052-O-Aluminum/A356.0-SG70B-A13560-Cast-Aluminum

El COF de los ensayos tribológicos alternativos lineales puede dividirse en paso alto y paso bajo. El paso alto se refiere a la muestra que se mueve en la dirección de avance, o positiva, y el paso bajo se refiere a la muestra que se mueve en la dirección de retroceso, o negativa. Se observó que el COF medio del aceite RT era inferior a 0,1 en ambas direcciones. El COF medio entre pasadas fue de 0,072 y 0,080. Se observó que el COF medio del aceite a 90°C era diferente entre pasadas. Se observaron valores medios de COF de 0,167 y 0,09. La diferencia en el COF es una prueba adicional de que el aceite sólo fue capaz de humedecer correctamente un lado del pasador. Se obtuvo un COF elevado cuando se formó una película gruesa entre el bulón y la falda del pistón debido a que se produjo una lubricación hidrodinámica. Se observa un COF más bajo en la otra dirección cuando se produce una lubricación mixta. Para obtener más información sobre la lubricación hidrodinámica y la lubricación mixta, visite nuestra nota de aplicación en Curvas Stribeck.

Cuadro 1: Resultados de la prueba de desgaste de pistones lubricados.

FIGURA 1: Gráficos COF para la prueba de desgaste del aceite a temperatura ambiente A perfil bruto B paso alto C paso bajo.

FIGURA 2: Gráficos COF para la prueba de aceite de desgaste a 90°C A perfil bruto B paso alto C paso bajo.

FIGURA 3: Imagen óptica de la cicatriz de desgaste de la prueba de desgaste del aceite de motor RT.

FIGURA 4: Volumen de un análisis del agujero de la cicatriz de desgaste de la prueba de desgaste del aceite de motor RT.

FIGURA 5: Escaneado perfilométrico de la cicatriz de desgaste de la prueba de desgaste del aceite de motor RT.

FIGURA 6: Imagen óptica de la cicatriz de desgaste de la prueba de desgaste de aceite de motor a 90°C

FIGURA 7: Volumen de un análisis de agujero de la cicatriz de desgaste de la prueba de desgaste de aceite de motor a 90°C.

FIGURA 8: Escaneado perfilométrico de la cicatriz de desgaste de la prueba de desgaste de aceite de motor a 90°C.

Conclusiones: Evaluación del desgaste del motor con tribómetros NANOVEA

Se realizaron pruebas de desgaste alternativo lineal lubricado en un pistón para simular lo que ocurre en un motor operativo real. La interfaz entre la falda del pistón, el lubricante y la camisa del cilindro es crucial para el funcionamiento de un motor. El espesor del lubricante en la interfaz es responsable de la pérdida de energía debida a la fricción o al desgaste entre la falda del pistón y la camisa del cilindro. Para optimizar el motor, el espesor de la película debe ser lo más fino posible sin permitir que la falda del pistón y la camisa del cilindro se toquen. El reto, sin embargo, es cómo afectarán los cambios de temperatura, velocidad y fuerza a las interfaces P-L-C.

Con su amplio rango de carga (hasta 2000 N) y velocidad (hasta 15000 rpm), el tribómetro NANOVEA T2000 es capaz de simular diferentes condiciones posibles en un motor. Los posibles estudios futuros sobre este tema incluyen cómo se comportarán las interfaces P-L-C bajo diferentes cargas constantes, cargas oscilantes, temperatura del lubricante, velocidad y método de aplicación del lubricante. Estos parámetros pueden ajustarse fácilmente con el tribómetro NANOVEA T2000 para obtener una comprensión completa de los mecanismos de las interfaces falda del pistón-lubricante-guarnición del cilindro.

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Prueba de desgaste por humedad del recubrimiento de vidrio mediante tribómetro

Más información

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

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.

¿Tiene una aplicación similar?

Medición del desgaste in situ a alta temperatura

MEDICIÓN DEL DESGASTE IN SITU A ALTA TEMPERATURA

USO DEL TRIBÓMETRO

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

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.

FIGURA 1. Coeficiente de fricción durante pruebas de clavija sobre disco 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.

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.

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Productos

Perfilómetros

PS50 (Compacto avanzado)

JR25 (Compacto portátil)

ST400 (Estándar modular)

AFMPRO (Fuerza Atómica)

ST500 (Modular de gran superficie)

JR100 (Alta velocidad portátil)

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Comprobadores mecánicos

CB500 (Compacto avanzado)

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Tribómetros

T50 (Modular estándar)

T200 (neumática compacta)

T2000 (neumática de alta carga)

CR-8R (Espesor del revestimiento de cráter de bola)

Sistemas de vacío

Soluciones de ensayo

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Pruebas mecánicas

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Indentación | Esfuerzo frente a deformación

Indentación | Fluencia y relajación

Indentación | Pérdida y almacenamiento

Indentación | Resistencia a la fractura

Indentación | Límite elástico y fatiga

Alta temperatura

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Rasguño | Fallo adhesivo

Rasguño | Fallo de cohesión

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Rasguño | Desgaste Multipase

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Líquido

Pruebas de tribología

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Líquido

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