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AR Categoría: Notas de aplicación
Micropartículas: resistencia a la compresión y microindentación
MICROPARTÍCULAS
RESISTENCIA A LA COMPRESIÓN Y MICROINDENTACIÓN
MEDIANTE PRUEBAS CON SALES
Autor:
Jorge Ramírez
Revisado por:
Jocelyn Esparza
INTRODUCCIÓN
La resistencia a la compresión se ha vuelto fundamental para la medición del control de calidad en el desarrollo y la mejora de las micropartículas y microcaracterísticas (pilares y esferas) nuevas y existentes que se ven hoy en día. Las micropartículas tienen diversas formas y tamaños, y pueden desarrollarse a partir de cerámica, vidrio, polímeros y metales. Entre sus usos se incluyen la administración de medicamentos, la mejora del sabor de los alimentos y las formulaciones de concreto, entre muchos otros. El control de las propiedades mecánicas de las micropartículas o microcaracterísticas es fundamental para su éxito y requiere la capacidad de caracterizar cuantitativamente su integridad mecánica.
IMPORTANCIA DE LA PROFUNDIDAD FRENTE A LA RESISTENCIA A LA COMPRESIÓN DE LA CARGA
Los instrumentos de medición de compresión estándar no son capaces de soportar cargas bajas y no proporcionan una medición adecuada. datos de profundidad para micropartículas. Mediante el uso de Nano o Microindentación, la resistencia a la compresión de nanopartículas o micropartículas (blandas o duras) se puede medir con exactitud y precisión.
OBJETIVO DE MEDICIÓN
En esta nota de aplicación medimos la resistencia a la compresión de la sal con el Probador mecánico NANOVEA en modo de microindentación.
NANOVEA
CB500
CONDICIONES DE ENSAYO
fuerza máxima
30 N
tasa de carga
60 N/min
tasa de descarga
60 N/min
tipo de penetrador
Punzón plano
Acero | 1 mm de diámetro
Curvas de carga frente a profundidad
Resultados y discusión
Altura, fuerza de rotura y resistencia de la partícula 1 y la partícula 2.
Se determinó que la falla de las partículas era el punto en el que la pendiente inicial de la curva de fuerza frente a profundidad comenzaba a disminuir notablemente. Este comportamiento muestra que el material ha alcanzado un punto de rendimiento y ya no es capaz de resistir las fuerzas de compresión que se le aplican. Una vez superado el punto de rendimiento, la profundidad de la hendidura comienza a aumentar exponencialmente durante el periodo de carga. Estos comportamientos pueden observarse en Curvas de carga frente a profundidad para ambas muestras.
CONCLUSIÓN
En conclusión, hemos mostrado cómo el NANOVEA Comprobador mecánico en modo de microindentación es una herramienta excelente para realizar ensayos de resistencia a la compresión de micropartículas. Aunque las partículas sometidas a ensayo están fabricadas con el mismo material, se sospecha que los diferentes puntos de fallo medidos en este estudio se debieron probablemente a microfisuras preexistentes en las partículas y a los diferentes tamaños de las mismas. Cabe señalar que, en el caso de los materiales frágiles, existen sensores de emisión acústica que permiten medir el inicio de la propagación de las fisuras durante un ensayo.
El NANOVEA Comprobador mecánico ofrece resoluciones de desplazamiento de profundidad hasta el nivel subnanométrico,
lo que lo convierte en una herramienta ideal para el estudio de micropartículas o características muy frágiles. Para materiales blandos y frágiles
Con nuestro módulo de nanoindentación se pueden realizar cargas de hasta 0,1 mN.
Rodamientos de Bolas: Estudio de Resistencia al Desgaste por Fuerzas Elevadas
INTRODUCCIÓN
Un rodamiento de bolas utiliza bolas para reducir la fricción rotacional y soportar cargas radiales y axiales. Las bolas que ruedan entre las pistas del rodamiento producen un coeficiente de fricción (COF) mucho menor en comparación con dos superficies planas que se deslizan una contra otra. Los rodamientos de bolas suelen estar expuestos a elevados niveles de tensión de contacto, desgaste y condiciones ambientales extremas, como altas temperaturas. Por lo tanto, la resistencia al desgaste de las bolas bajo cargas elevadas y condiciones ambientales extremas es fundamental para prolongar la vida útil del rodamiento de bolas y reducir el coste y el tiempo de las reparaciones y sustituciones.
Los rodamientos de bolas se encuentran en casi todas las aplicaciones que implican piezas móviles. Se utilizan habitualmente en industrias de transporte como la aeroespacial y la automovilística, así como en la industria del juguete, que fabrica artículos como fidget spinner y monopatines.
EVALUACIÓN DEL DESGASTE DE LOS RODAMIENTOS DE BOLAS CON CARGAS ELEVADAS
Los rodamientos de bolas pueden fabricarse con una amplia lista de materiales. Los materiales más utilizados oscilan entre metales como el acero inoxidable y el acero al cromo o cerámicas como el carburo de wolframio (WC) y el nitruro de silicio (Si3n4). Para garantizar que los rodamientos de bolas fabricados poseen la resistencia al desgaste ideal para las condiciones de una aplicación determinada, es necesario realizar evaluaciones tribológicas fiables bajo cargas elevadas. Los ensayos tribológicos ayudan a cuantificar y contrastar los comportamientos de desgaste de diferentes rodamientos de bolas de forma controlada y monitorizada para seleccionar el mejor candidato para la aplicación prevista.
OBJETIVO DE MEDICIÓN
En este estudio, mostramos una Nanovea Tribómetro como herramienta ideal para comparar la resistencia al desgaste de distintos rodamientos de bolas sometidos a cargas elevadas.
Figura 1: Montaje de la prueba de rodamientos.
PROCEDIMIENTO DE PRUEBA
El coeficiente de fricción, COF, y la resistencia al desgaste de los rodamientos de bolas fabricados con diferentes materiales se evaluaron mediante un tribómetro Nanovea. Como contramaterial se utilizó papel de lija de grano P100. Las cicatrices de desgaste de los rodamientos de bolas se examinaron utilizando un Nanovea Perfilador 3D sin contacto una vez concluidas las pruebas de desgaste. Los parámetros de las pruebas se resumen en la Tabla 1. La tasa de desgaste, Kse evaluó mediante la fórmula K=V/(F×s)donde V es el volumen desgastado, F es la carga normal y s es la distancia de deslizamiento. Las cicatrices de desgaste de las bolas se evaluaron mediante un Nanovea Perfilador 3D sin contacto para garantizar una medición precisa del volumen de desgaste.
La función automatizada de posicionamiento radial motorizado permite al tribómetro disminuir el radio de la pista de desgaste durante la duración de una prueba. Este modo de ensayo se denomina ensayo en espiral y garantiza que el rodamiento de bolas se deslice siempre sobre una nueva superficie del papel de lija (figura 2). Mejora significativamente la repetibilidad de la prueba de resistencia al desgaste de la bola. El avanzado codificador de 20 bits para el control interno de la velocidad y el codificador de 16 bits para el control externo de la posición proporcionan información precisa en tiempo real sobre la velocidad y la posición, lo que permite un ajuste continuo de la velocidad de rotación para lograr una velocidad de deslizamiento lineal constante en el contacto.
Tenga en cuenta que el papel de lija de grano P100 se utilizó para simplificar el comportamiento de desgaste entre varios materiales de bolas en este estudio y puede sustituirse por cualquier otra superficie de material. Se puede sustituir por cualquier material sólido para simular el comportamiento de una amplia gama de acoplamientos de materiales en condiciones de aplicación reales, como en líquido o lubricante.
Figura 2: Ilustración de las pasadas en espiral del rodamiento de bolas sobre el papel de lija.
Tabla 1: Parámetros de ensayo de las mediciones de desgaste.
RESULTADOS Y DEBATE
La tasa de desgaste es un factor vital para determinar la vida útil del rodamiento de bolas, mientras que un COF bajo es deseable para mejorar el rendimiento y la eficiencia del rodamiento. La figura 3 compara la evolución del COF de diferentes rodamientos de bolas frente al papel de lija durante las pruebas. La bola de acero al Cr muestra un aumento del COF de ~0,4 durante la prueba de desgaste, en comparación con ~0,32 y ~0,28 para los rodamientos de bolas SS440 y Al2O3. Por otro lado, la bola de WC muestra un COF constante de ~0,2 durante toda la prueba de desgaste. Se puede observar una variación del COF a lo largo de cada prueba, que se atribuye a las vibraciones causadas por el movimiento de deslizamiento de los cojinetes de bolas contra la superficie rugosa del papel de lija.
Figura 3: Evolución del COF durante las pruebas de desgaste.
En la Figura 4 y la Figura 5 se comparan las cicatrices de desgaste de los rodamientos de bolas tras su medición con un microscopio óptico y con el perfilador óptico sin contacto Nanovea, respectivamente, y en la Tabla 2 se resumen los resultados del análisis de la huella de desgaste. El perfilómetro 3D Nanovea determina con precisión el volumen de desgaste de los rodamientos de bolas, lo que permite calcular y comparar las tasas de desgaste de diferentes rodamientos de bolas. Se puede observar que las bolas de acero al Cr y SS440 presentan cicatrices de desgaste aplanadas mucho más grandes en comparación con las bolas de cerámica, es decir, Al2O3 y WC después de las pruebas de desgaste. Las bolas de acero al Cr y SS440 tienen índices de desgaste comparables de 3,7×10-3 y 3,2×10-3 m3/N m, respectivamente. En comparación, la bola de Al2O3 muestra una mayor resistencia al desgaste, con una tasa de desgaste de 7,2×10-4 m3/N m. La bola de WC apenas presenta rasguños menores en la zona poco profunda de la pista de desgaste, lo que da como resultado una tasa de desgaste significativamente reducida de 3,3×10-6 mm3/N m.
Figura 4: Cicatrices de desgaste de los rodamientos de bolas tras las pruebas.
Figura 5: Morfología 3D de las cicatrices de desgaste en los rodamientos de bolas.
Tabla 2: Análisis de las cicatrices de desgaste de los rodamientos de bolas.
La figura 6 muestra imágenes microscópicas de las huellas de desgaste producidas en el papel de lija por los cuatro rodamientos de bolas. Es evidente que la bola de WC produjo la huella de desgaste más severa (eliminando casi todas las partículas de arena en su camino) y posee la mejor resistencia al desgaste. En comparación, las bolas de acero al Cr y SS440 dejaron una gran cantidad de restos metálicos en la huella de desgaste del papel de lija.
Estas observaciones demuestran aún más la importancia de las ventajas de una prueba en espiral. Garantiza que el rodamiento de bolas se deslice siempre sobre una nueva superficie del papel de lija, lo que mejora significativamente la repetibilidad de una prueba de resistencia al desgaste.
Figura 6: Huellas de desgaste en el papel de lija contra diferentes rodamientos de bolas.
CONCLUSIÓN
La resistencia al desgaste de los rodamientos de bolas sometidos a alta presión desempeña un papel vital en su rendimiento de servicio. Los rodamientos de bolas cerámicas poseen una resistencia al desgaste significativamente mayor en condiciones de alta tensión y reducen el tiempo y el coste debidos a la reparación o sustitución de los rodamientos. En este estudio, el rodamiento de bolas de WC presenta una resistencia al desgaste sustancialmente mayor en comparación con los rodamientos de acero, lo que lo convierte en un candidato ideal para aplicaciones de rodamientos en las que se produce un desgaste severo.
El tribómetro Nanovea está diseñado con capacidad de alto par para cargas de hasta 2.000 N y motor preciso y controlado para velocidades de rotación de 0,01 a 15.000 rpm. 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 diferentes entornos de trabajo severos de los rodamientos de bolas, incluyendo alta tensión, desgaste y alta temperatura, etc. También actúa como una herramienta ideal para evaluar cuantitativamente los comportamientos tribológicos de materiales superiores resistentes al desgaste bajo cargas elevadas.
Un perfilador 3D sin contacto Nanovea proporciona mediciones precisas del volumen de desgaste y actúa como una herramienta para analizar la morfología detallada de las huellas de desgaste, proporcionando información adicional en la comprensión fundamental de los mecanismos de desgaste.
Preparado por
Duanjie Li, PhD, Jonathan Thomas y Pierre Leroux
Herramientas dentales: análisis dimensional y de rugosidad superficial
INTRODUCCIÓN
Contar con dimensiones precisas y una rugosidad superficial óptima es fundamental para la funcionalidad de los tornillos dentales. Muchas dimensiones de los tornillos dentales requieren una alta precisión, como radios, ángulos, distancias y alturas de paso. Comprender la rugosidad superficial local también es muy importante para cualquier herramienta o pieza médica que se inserte en el cuerpo humano, a fin de minimizar la fricción por deslizamiento.
PERFILOMETRÍA SIN CONTACTO PARA EL ESTUDIO DIMENSIONAL
Nanovea Perfiladores 3D sin contacto Utiliza una tecnología basada en luz cromática para medir cualquier superficie de material: transparente, opaca, especular, difusa, pulida o rugosa. A diferencia de la técnica de sonda táctil, la técnica sin contacto puede medir en áreas estrechas y no añade ningún error intrínseco debido a la deformación causada por la presión de la punta sobre un material plástico más blando. La tecnología basada en luz cromática también ofrece una precisión lateral y de altura superior en comparación con la tecnología de variación de enfoque. Los perfiladores Nanovea pueden escanear grandes superficies directamente sin necesidad de unirlas y perfilar la longitud de una pieza en pocos segundos. Se pueden medir características superficiales de rango nano a macro y ángulos superficiales elevados gracias a la capacidad del perfilador para medir superficies sin algoritmos complejos que manipulen los resultados.
OBJETIVO DE MEDICIÓN
En esta aplicación, se utilizó el perfilómetro óptico Nanovea ST400 para medir un tornillo dental a lo largo de las características planas y roscadas en una sola medición. Se calculó la rugosidad de la superficie a partir del área plana y se determinaron varias dimensiones de las características roscadas.
Muestra de tornillo dental analizada por NANOVEA Perfilador óptico.
Muestra de tornillo dental analizada.
RESULTADOS
Superficie 3D
La vista en 3D y la vista en falso color del tornillo dental muestran una zona plana con roscas a ambos lados. Proporciona a los usuarios una herramienta sencilla para observar directamente la morfología del tornillo desde diferentes ángulos. La zona plana se extrajo del escaneo completo para medir la rugosidad de su superficie.
Análisis de superficies 2D
También se pueden extraer perfiles de línea de la superficie para mostrar una vista transversal del tornillo. Se utilizaron los estudios de análisis de contorno y altura de paso para medir las dimensiones precisas en una ubicación determinada del tornillo.
CONCLUSIÓN
En esta aplicación, mostramos la capacidad del perfilómetro 3D sin contacto Nanovea para calcular con precisión la rugosidad local de la superficie y medir características dimensionales de gran tamaño en un solo escaneo.
Los datos muestran una rugosidad superficial local de 0,9637 μm. Se determinó que el radio del tornillo entre roscas era de 1,729 mm, y que las roscas tenían una altura media de 0,413 mm. Se determinó que el ángulo medio entre las roscas era de 61,3°.
Los datos que se muestran aquí representan solo una parte de los cálculos disponibles en el software de análisis.
Preparado por
Duanjie Li, PhD., Jonathan Thomas y Pierre Leroux
Cerámica: mapeo rápido por nanoindentación para la detección de granos
INTRODUCCIÓN
Nanoindentación se ha convertido en una técnica ampliamente utilizada para medir el comportamiento mecánico de los materiales a pequeña escala.i ii. Las curvas de carga-desplazamiento de alta resolución obtenidas mediante una medición de nanoindentación pueden proporcionar una variedad de propiedades físico-mecánicas, entre las que se incluyen la dureza, el módulo de Young, la fluencia, la resistencia a la fractura y muchas otras.
Importancia del mapeo rápido de sangría
Un obstáculo importante para una mayor popularización de la técnica de nanoindentación es el tiempo que requiere. El mapeo de las propiedades mecánicas mediante el procedimiento convencional de nanoindentación puede llevar fácilmente horas, lo que dificulta la aplicación de la técnica en industrias de producción en masa, como la de semiconductores, aeroespacial, MEMS, productos de consumo como baldosas cerámicas y muchas otras.
El mapeo rápido puede resultar esencial en la industria de fabricación de baldosas cerámicas. Los mapas de dureza y módulo de Young en una sola baldosa cerámica pueden presentar una distribución de datos que indica el grado de homogeneidad de la superficie. Las zonas más blandas de una baldosa pueden delinearse en este mapa y mostrar las ubicaciones más propensas a sufrir daños por los impactos físicos que se producen a diario en una vivienda. Los mapeos se pueden realizar en diferentes tipos de baldosas para estudios comparativos y en un lote de baldosas similares para medir la consistencia de las baldosas en los procesos de control de calidad. La combinación de configuraciones de medición puede ser amplia, precisa y eficiente con el método de mapeo rápido.
OBJETIVO DE MEDICIÓN
En este estudio, el Nanovea Comprobador mecánico, en modo FastMap, se utiliza para mapear las propiedades mecánicas de una baldosa a alta velocidad. Mostramos la capacidad del Nanovea Mechanical Tester para realizar dos mapeos rápidos de nanoindentación con alta precisión y reproducibilidad.
Condiciones de prueba
Se utilizó el probador mecánico Nanovea para realizar una serie de nanoindentaciones con el modo FastMap en una baldosa utilizando un indentador Berkovich. A continuación se resumen los parámetros de prueba para las dos matrices de indentación creadas.
Tabla 1: Resumen de los parámetros de prueba.
RESULTADOS Y DEBATE
Figura 1: Vista en 2D y 3D del mapa de dureza con indentación 625.
Figura 2: Micrografía de una matriz con 625 indentaciones que muestra el grano.
Se realizó una matriz de 625 indentaciones en un 0,20 mm.2 área con un grano visible. Este grano (Figura 2) tenía una dureza media inferior a la de la superficie general de la baldosa. El software Nanovea Mechanical permite al usuario ver el mapa de distribución de la dureza en modo 2D y 3D, tal y como se muestra en la Figura 1. Gracias al control de posición de alta precisión de la plataforma de muestras, el software permite a los usuarios seleccionar áreas como estas para realizar un mapeo detallado de las propiedades mecánicas.
Figura 3: Vista en 2D y 3D del mapa de dureza con 1600 indentaciones.
Figura 4: Micrografía de la matriz con 1600 indentaciones.
También se creó una matriz de 1600 indentaciones en la misma baldosa para medir la homogeneidad de la superficie. Una vez más, el usuario tiene la posibilidad de ver la distribución de la dureza en modo 3D o 2D (Figura 3), así como la imagen microscópica de la superficie indentada. Basándose en la distribución de la dureza presentada, se puede concluir que el material es poroso debido a la dispersión uniforme de los puntos de datos de alta y baja dureza.
En comparación con los procedimientos convencionales de nanoindentación, el modo FastMap utilizado en este estudio requiere mucho menos tiempo y es más rentable. Permite realizar un mapeo cuantitativo rápido de las propiedades mecánicas, incluyendo la dureza y el módulo de Young, y ofrece una solución para la detección de granos y la consistencia de los materiales, lo cual es fundamental para el control de calidad de una gran variedad de materiales en la producción en masa.
CONCLUSIÓN
En este estudio, mostramos la capacidad del Nanovea Mechanical Tester para realizar mapas de nanoindentación rápidos y precisos utilizando el modo FastMap. Los mapas de propiedades mecánicas de la baldosa cerámica utilizan el control de posición (con una precisión de 0,2 µm) de las etapas y la sensibilidad del módulo de fuerza para detectar los granos de la superficie y medir la homogeneidad de una superficie a alta velocidad.
Los parámetros de prueba utilizados en este estudio se determinaron en función del tamaño de la matriz y del material de la muestra. Se pueden elegir diversos parámetros de prueba para optimizar el tiempo total del ciclo de indentación a 3 segundos por indentación (o 30 segundos por cada 10 indentaciones).
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 de pruebas más amplia y fácil de usar disponible en un solo sistema. La inigualable gama de Nanovea es la solución ideal para determinar todas las propiedades mecánicas de recubrimientos, películas y sustratos finos o gruesos, blandos o duros, incluyendo la dureza, el módulo de Young, la resistencia a la fractura, la adhesión, la resistencia al desgaste y muchas otras.
Además, hay disponibles un perfilómetro 3D sin contacto y un módulo AFM opcionales para obtener imágenes 3D de alta resolución de hendiduras, rayones y marcas de desgaste, además de otras mediciones superficiales, como la rugosidad.
Autor: Duanjie Li, PhD Revisado por Pierre Leroux y Jocelyn Esparza
Mejora los procedimientos mineros con microindentación
INVESTIGACIÓN SOBRE MICROINDENTACIÓN Y CONTROL DE CALIDAD
La mecánica de rocas es el estudio del comportamiento mecánico de las masas rocosas y se aplica en las industrias minera, de perforación, de producción de yacimientos y de construcción civil. La instrumentación avanzada con medición precisa de las propiedades mecánicas permite mejorar las piezas y los procedimientos dentro de estas industrias. Los procedimientos de control de calidad exitosos se garantizan mediante la comprensión de la mecánica de rocas a escala micro.
Microindentación es una herramienta fundamental utilizada en estudios relacionados con la mecánica de rocas. Estas técnicas mejoran las técnicas de excavación al proporcionar una mayor comprensión de las propiedades de las masas rocosas. La microindentación se utiliza para mejorar los cabezales de perforación, lo que mejora los procedimientos mineros. La microindentación se ha utilizado para estudiar la formación de tiza y polvo a partir de minerales. Los estudios de microindentación pueden incluir dureza, módulo de Young, fluencia, tensión-deformación, resistencia a la fractura y compresión con un solo instrumento.
OBJETIVO DE MEDICIÓN
En esta aplicación, Nanovea probador mecánico mide la dureza Vickers (Hv), el módulo de Young y la resistencia a la fractura de una muestra de roca mineral. La roca está compuesta por biotita, feldespato y cuarzo, que forman el compuesto estándar del granito. Cada uno se prueba por separado.
RESULTADOS Y DISCUSIÓN
Esta sección incluye una tabla resumen que compara los principales resultados numéricos de las diferentes muestras, seguida de la lista completa de resultados, incluyendo cada indentación realizada, acompañada de micrografías de la indentación, cuando están disponibles. Estos resultados completos presentan los valores medidos de dureza y módulo de Young como la profundidad de penetración (Δd) con sus promedios y desviaciones estándar. Debe tenerse en cuenta que pueden producirse grandes variaciones en los resultados en caso de que la rugosidad de la superficie se encuentre en el mismo rango de tamaño que la indentación.
Tabla resumen de los principales resultados numéricos para la dureza y la resistencia a la fractura.
CONCLUSIÓN
El medidor mecánico Nanovea demuestra reproducibilidad y resultados precisos de indentación en la superficie dura de la roca mineral. La dureza y el módulo de Young de cada material que forma el granito se midieron directamente a partir de curvas de profundidad frente a carga. La superficie rugosa implicaba realizar pruebas con cargas más altas, lo que podría haber causado microfisuras. Las microfisuras explicarían algunas de las variaciones observadas en las mediciones. Las fisuras no eran perceptibles mediante la observación con microscopio estándar debido a la superficie rugosa de la muestra. Por lo tanto, no es posible calcular los valores tradicionales de resistencia a la fractura, que requieren mediciones de la longitud de las grietas. En su lugar, utilizamos el sistema para detectar el inicio de grietas a través de las dislocaciones en las curvas de profundidad frente a carga mientras se aumentaban las cargas.
Las cargas umbral de fractura se registraron en las cargas en las que se produjeron fallos. A diferencia de las pruebas tradicionales de resistencia a la fractura, que simplemente miden la longitud de la grieta, se obtiene una carga en la que comienza la fractura umbral. Además, el entorno controlado y supervisado de cerca permite medir la dureza para utilizarla como valor cuantitativo para comparar una variedad de muestras.
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Inspección de rugosidad en línea
Detección instantánea de errores con perfiladores en línea
La rugosidad y la textura de la superficie son fundamentales para el uso final de un producto. Una inspección en línea rápida, cuantificable y confiable de la superficie del producto garantiza la detección inmediata de los productos defectuosos, lo que permite determinar el trabajo.
condiciones de la línea de producción. No solo mejora la productividad y la eficiencia, sino que también reduce las tasas de defectos,
reelaboración y desperdicio.
IMPORTANCIA DEL PERFILADOR SIN CONTACTO PARA LA INSPECCIÓN DE RUGOSIDAD EN LÍNEA
Los defectos superficiales se derivan del procesamiento de los materiales y la fabricación de los productos. La inspección de la calidad de la superficie en línea garantiza el control de calidad más estricto de los productos finales. Nanovea Perfilómetros 3D sin contacto Utiliza tecnología confocal cromática con una capacidad única para determinar la rugosidad de una muestra sin contacto. Se pueden instalar múltiples sensores de perfilado para supervisar la rugosidad y la textura de diferentes áreas del producto al mismo tiempo. El umbral de rugosidad calculado en tiempo real por el software de análisis sirve como una herramienta rápida y confiable de aprobación/rechazo.
OBJETIVO DE MEDICIÓN
En este estudio, se utiliza el sistema transportador de inspección de rugosidad Nanovea, equipado con un sensor puntual, para inspeccionar la rugosidad superficial de las muestras de acrílico y papel de lija. Mostramos la capacidad del perfilómetro sin contacto Nanovea para proporcionar una inspección de rugosidad rápida y confiable en línea en una línea de producción en tiempo real.
RESULTADOS Y DISCUSIÓN
El sistema de perfilómetro transportador puede funcionar en dos modos: modo de activación y modo continuo. Como se ilustra en la figura 2, la rugosidad superficial de las muestras se mide cuando pasan por debajo de los cabezales del perfilómetro óptico en el modo de activación. En comparación, el modo continuo proporciona una medición ininterrumpida de la rugosidad superficial de muestras continuas, como láminas metálicas y tejidos. Se pueden instalar varios sensores de perfilómetro óptico para supervisar y registrar la rugosidad de diferentes áreas de la muestra.
Durante la medición de inspección de rugosidad en tiempo real, las alertas de aprobado y fallido se muestran en las ventanas del software, tal y como se muestra en la Figura 4 y la Figura 5. Cuando el valor de rugosidad se encuentra dentro de los umbrales establecidos, la rugosidad medida se resalta en color verde. Sin embargo, el resaltado se vuelve rojo cuando la rugosidad superficial medida está fuera del rango de los valores umbral establecidos. Esto proporciona una herramienta para que el usuario determine la calidad del acabado superficial de un producto.
En las siguientes secciones, se utilizan dos tipos de muestras, por ejemplo, acrílico y lija, para demostrar los modos de activación y continuo del sistema de inspección.
Modo de activación: Inspección superficial de la muestra acrílica
Una serie de muestras de acrílico se alinean en la cinta transportadora y se desplazan bajo el cabezal del perfilador óptico, tal y como se muestra en la figura 1. La vista en falso color de la figura 6 muestra el cambio en la altura de la superficie. Algunas de las muestras de acrílico con acabado espejo se lijaron para crear una textura superficial rugosa, tal y como se muestra en la figura 6b.
A medida que las muestras de acrílico se desplazan a una velocidad constante bajo el cabezal del perfilómetro óptico, se mide el perfil de la superficie, tal y como se muestra en las figuras 7 y 8. Al mismo tiempo, se calcula el valor de rugosidad del perfil medido y se compara con los valores umbral. Cuando el valor de rugosidad supera el umbral establecido, se activa una alerta roja de fallo, lo que permite a los usuarios detectar y localizar inmediatamente el producto defectuoso en la línea de producción.
Modo continuo: inspección de la superficie de la muestra de papel de lija.
Mapa de altura de superficie, mapa de distribución de rugosidad y mapa de umbral de rugosidad de aprobado/reprobado de la superficie de la muestra de papel de lija, tal y como se muestra en la figura 9. La muestra de papel de lija tiene un par de picos más altos en la parte usada, tal y como se muestra en el mapa de altura de superficie. Los diferentes colores de la paleta de la figura 9C representan el valor de rugosidad de la superficie local. El mapa de rugosidad muestra una rugosidad homogénea en la zona intacta de la muestra de papel de lija, mientras que la zona usada se resalta en color azul oscuro, lo que indica el valor de rugosidad reducido en esta región. Se puede establecer un umbral de rugosidad de aprobado/reprobado para localizar dichas regiones, como se muestra en la figura 9D.
A medida que el papel de lija pasa continuamente por debajo del sensor del perfilador en línea, se calcula y registra el valor de rugosidad local en tiempo real, tal y como se muestra en la figura 10. Las alertas de aprobado/reprobado se muestran en la pantalla del software en función de los valores umbral de rugosidad establecidos, lo que lo convierte en una herramienta rápida y confiable para el control de calidad. La calidad de la superficie del producto en la línea de producción se inspecciona in situ para detectar a tiempo las áreas defectuosas.
CONCLUSIÓN
En esta aplicación, hemos demostrado que el perfilómetro de cinta transportadora Nanovea, equipado con un sensor perfilador óptico sin contacto, funciona como una herramienta de control de calidad en línea fiable, eficaz y eficiente.
El sistema de inspección se puede instalar en la línea de producción para supervisar la calidad de la superficie de los productos in situ. El umbral de rugosidad funciona como un criterio fiable para determinar la calidad de la superficie de los productos, lo que permite a los usuarios detectar a tiempo los productos defectuosos. Se ofrecen dos modos de inspección, el modo de activación y el modo continuo, para satisfacer los requisitos de inspección de diferentes tipos de productos.
Los datos que se muestran aquí representan solo una parte de los cálculos disponibles en el software de análisis. Los perfilómetros Nanovea miden prácticamente cualquier superficie en campos como el de los semiconductores, la microelectrónica, la energía solar, la fibra óptica, la automoción, la industria aeroespacial, la metalurgia, el mecanizado, los recubrimientos, la industria farmacéutica, la biomedicina, el medio ambiente y muchos otros.
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Prueba de desgaste Block-On-Ring
IMPORTANCIA DE LA EVALUACIÓN DEL DESGASTE DEL BLOQUE SOBRE EL ANILLO
El desgaste por deslizamiento es la pérdida progresiva de material que se produce cuando dos materiales se deslizan uno contra otro en la zona de contacto bajo carga. Se produce inevitablemente en una amplia variedad de industrias en las que se utilizan máquinas y motores, como la automotriz, la aeroespacial, la del petróleo y el gas, entre muchas otras. Este movimiento de deslizamiento provoca un grave desgaste mecánico y una transferencia de material en la superficie, lo que puede reducir la eficiencia de la producción, el rendimiento de la máquina o incluso dañar la máquina.
El desgaste por deslizamiento suele implicar mecanismos de desgaste complejos que tienen lugar en la superficie de contacto, como el desgaste por adhesión, la abrasión de dos cuerpos, la abrasión de tres cuerpos y el desgaste por fatiga. El comportamiento de desgaste de los materiales se ve influido significativamente por el entorno de trabajo, como la carga normal, la velocidad, la corrosión y la lubricación. Un versátil tribómetro que puedan simular las diferentes condiciones de trabajo reales serán ideales para evaluar el desgaste.
La prueba Block-on-Ring (ASTM G77) es una técnica ampliamente utilizada que evalúa el comportamiento de desgaste por deslizamiento de los materiales en diferentes condiciones simuladas, lo que permite clasificar de forma fiable los pares de materiales para aplicaciones tribológicas específicas.
La prueba Block-on-Ring (ASTM G77) es una técnica ampliamente utilizada que evalúa el comportamiento de desgaste por deslizamiento de los materiales en diferentes condiciones simuladas, lo que permite clasificar de forma fiable los pares de materiales para aplicaciones tribológicas específicas.
OBJETIVO DE MEDICIÓN
En esta aplicación, el probador mecánico Nanovea mide el YS y el UTS de muestras de aleación metálica de acero inoxidable SS304 y aluminio Al6061. Las muestras se eligieron por sus valores YS y UTS comúnmente reconocidos, lo que demuestra la fiabilidad de los métodos de indentación de Nanovea.
El comportamiento de desgaste por deslizamiento de un bloque H-30 sobre un anillo S-10 se evaluó con el tribómetro de Nanovea utilizando el módulo Block-on-Ring. El bloque H-30 está fabricado con acero para herramientas 01 con una dureza de 30 HRC, mientras que el anillo S-10 es de acero tipo 4620 con una dureza superficial de 58 a 63 HRC y un diámetro de ~34,98 mm. Las pruebas Block-on-Ring se realizaron en entornos secos y lubricados para investigar el efecto sobre el comportamiento de desgaste. Las pruebas de lubricación se realizaron con aceite mineral pesado USP. La huella de desgaste se examinó utilizando el Perfilómetro 3D sin contacto. Los parámetros de la prueba se resumen en la Tabla 1. La tasa de desgaste (K) se evaluó utilizando la fórmula K=V/(F×s), donde V es el volumen desgastado, F es la carga normal y s es la distancia de deslizamiento.
RESULTADOS Y DISCUSIÓN
La figura 2 compara el coeficiente de fricción (COF) de las pruebas Block-on-Ring en entornos secos y lubricados. El bloque presenta una fricción significativamente mayor en un entorno seco que en uno lubricado. COF
fluctúa durante el periodo de rodaje en las primeras 50 revoluciones y alcanza un COF constante de ~0,8 durante el resto de la prueba de desgaste de 200 revoluciones. En comparación, la prueba Block-on-Ring realizada con lubricación con aceite mineral pesado USP muestra un COF bajo y constante de 0,09 a lo largo de la prueba de desgaste de 500 000 revoluciones. El lubricante reduce significativamente el COF entre las superficies en aproximadamente 90 veces.
Las figuras 3 y 4 muestran las imágenes ópticas y los perfiles transversales en 2D de las marcas de desgaste en los bloques tras las pruebas de desgaste en seco y lubricado. Los volúmenes de las marcas de desgaste y las tasas de desgaste se enumeran en la tabla 2. El bloque de acero tras la prueba de desgaste en seco a una velocidad de rotación inferior de 72 rpm durante 200 revoluciones presenta un gran volumen de marcas de desgaste de 9,45 mm˙. En comparación, la prueba de desgaste realizada a una velocidad superior de 197 rpm durante 500 000 revoluciones en el lubricante de aceite mineral crea un volumen de huellas de desgaste sustancialmente menor, de 0,03 mm˙.
Las imágenes de la figura 3 muestran que durante las pruebas en condiciones secas se produce un desgaste severo en comparación con el desgaste leve de la prueba de desgaste lubricada. El calor elevado y las intensas vibraciones generadas durante la prueba de desgaste en seco favorecen la oxidación de los residuos metálicos, lo que da lugar a una abrasión severa entre tres cuerpos. En la prueba lubricada, el aceite mineral reduce la fricción y enfría la superficie de contacto, además de transportar los residuos abrasivos creados durante el desgaste. Esto conduce a una reducción significativa de la tasa de desgaste en un factor de ~8×10ˆ. Una diferencia tan sustancial en la resistencia al desgaste en diferentes entornos demuestra la importancia de una simulación adecuada del desgaste por deslizamiento en condiciones de servicio realistas.
El comportamiento frente al desgaste puede cambiar drásticamente cuando se introducen pequeños cambios en las condiciones de prueba. La versatilidad del tribómetro de Nanovea permite medir el desgaste en condiciones de alta temperatura, lubricación y tribocorrosión. El control preciso de la velocidad y la posición mediante un motor avanzado permite realizar pruebas de desgaste a velocidades que oscilan entre 0,001 y 5000 rpm, lo que lo convierte en una herramienta ideal para que los laboratorios de investigación y pruebas investiguen el desgaste en diferentes condiciones tribológicas.
El estado de la superficie de las muestras se examinó con el perfilómetro óptico sin contacto de Nanovea. La figura 5 muestra la morfología de la superficie de los anillos tras las pruebas de desgaste. Se ha eliminado la forma cilíndrica para presentar mejor la morfología y la rugosidad de la superficie creadas por el proceso de desgaste por deslizamiento. Se produjo un aumento significativo de la rugosidad de la superficie debido al proceso de abrasión de tres cuerpos durante la prueba de desgaste en seco de 200 revoluciones. El bloque y el anillo después de la prueba de desgaste en seco presentan una rugosidad Ra de 14,1 y 18,1 µm, respectivamente, en comparación con los 5,7 y 9,1 µm de la prueba de desgaste lubricado a largo plazo de 500 000 revoluciones a una velocidad más alta. Esta prueba demuestra la importancia de una lubricación adecuada del contacto entre el anillo del pistón y el cilindro. Un desgaste severo daña rápidamente la superficie de contacto sin lubricación y conduce a un deterioro irreversible de la calidad del servicio e incluso a la rotura del motor.
CONCLUSIÓN
En este estudio mostramos cómo se utiliza el tribómetro de Nanovea para evaluar el comportamiento de desgaste por deslizamiento de un par de metales de acero utilizando el módulo Block-on-Ring, siguiendo la norma ASTM G77. El lubricante desempeña un papel fundamental en las propiedades de desgaste del par de materiales. El aceite mineral reduce la tasa de desgaste del bloque H-30 en un factor de ~8×10ˆ y el COF en ~90 veces. La versatilidad del tribómetro de Nanovea lo convierte en una herramienta ideal para medir el comportamiento de desgaste en diversas condiciones de lubricación, alta temperatura y tribocorrosión.
El tribómetro de 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 tribológicas de recubrimientos, películas y sustratos delgados o gruesos, blandos o duros.
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Análisis de materiales compuestos mediante perfilometría 3D
Importancia de la perfilometría sin contacto para materiales compuestos
Es fundamental minimizar los defectos para que los materiales compuestos sean lo más resistentes posible en aplicaciones de refuerzo. Al tratarse de un material anisotrópico, es fundamental que la dirección del tejido sea uniforme para mantener una alta previsibilidad del rendimiento. Los materiales compuestos tienen una de las relaciones resistencia/peso más altas, lo que los hace más resistentes que el acero en algunos casos. Es importante limitar la superficie expuesta de los compuestos para minimizar la vulnerabilidad química y los efectos de la expansión térmica. La inspección de la superficie mediante perfilometría es fundamental para el control de calidad de la producción de compuestos, a fin de garantizar un rendimiento sólido durante un largo periodo de servicio.
Nanovea Perfilómetro 3D sin contacto es diferente a otras técnicas de medición de superficies, como las sondas táctiles o la interferometría. Nuestros perfilómetros utilizan cromatismo axial para medir casi cualquier superficie y su estructura abierta permite analizar muestras de cualquier tamaño sin necesidad de preparación previa. Durante la medición del perfil de la superficie se obtienen mediciones desde nano hasta macro sin ninguna influencia de la reflectividad o absorción de la muestra. Nuestros perfilómetros miden fácilmente cualquier material: transparente, opaco, especular, difusivo, pulido y rugoso, con la capacidad avanzada de medir ángulos de superficie elevados sin manipulación de software. La técnica del perfilómetro sin contacto ofrece la capacidad ideal y fácil de usar para maximizar los estudios de la superficie de los materiales compuestos, junto con las ventajas de la capacidad combinada de 2D y 3D.
Objetivo de medición
El perfilómetro Nanovea HS2000L utilizado en esta aplicación midió la superficie de dos tejidos de compuestos de fibra de carbono. La rugosidad de la superficie, la longitud del tejido, la isotropía, el análisis fractal y otros parámetros superficiales se utilizan para caracterizar los compuestos. El área medida se seleccionó al azar y se consideró lo suficientemente grande como para poder comparar los valores de las propiedades utilizando el potente software de análisis de superficies de Nanovea.
Resultados y debate
Análisis de superficies
Los parámetros de altura determinan el grado de rugosidad de las piezas compuestas con una baja relación fibra/matriz. Nuestros resultados comparan diferentes tipos de tejido y telas para determinar el acabado superficial tras el procesamiento. El acabado superficial es fundamental en aplicaciones en las que interviene la aerodinámica.
Isotropía
La isotropía muestra la direccionalidad del tejido para determinar los valores esperados de las propiedades. Nuestro estudio muestra cómo el compuesto bidireccional es ~60% isotrópico, tal y como se esperaba. Por su parte, el compuesto unidireccional es ~13% isotrópico debido a la fuerte dirección de la trayectoria de la fibra única.
Análisis del tejido
El tamaño del tejido determina la consistencia del empaquetamiento y el ancho de las fibras utilizadas en el compuesto. Nuestro estudio muestra la facilidad con la que podemos medir el tamaño del tejido con una precisión de micras para garantizar la calidad de las piezas.
Análisis de textura
El análisis de la textura de la longitud de onda dominante sugiere que el tamaño de las hebras de ambos compuestos es de 4,27 micras de grosor. El análisis de la dimensión fractal de la superficie de la fibra determina la suavidad para averiguar la facilidad con la que las fibras se fijarán en una matriz. La dimensión fractal de la fibra unidireccional es mayor que la de la fibra bidireccional, lo que puede afectar al procesamiento de los compuestos.
Conclusión
En esta aplicación, hemos demostrado que el perfilómetro sin contacto Nanovea HS2000L caracteriza con precisión la superficie fibrosa de los materiales compuestos. Hemos distinguido las diferencias entre los tipos de tejido de la fibra de carbono con parámetros de altura, isotropía, análisis de textura y mediciones de distancia, entre otras muchas cosas.
Las mediciones superficiales de nuestro perfilómetro mitigan de forma precisa y rápida los daños en los compuestos, lo que reduce los defectos en las piezas y maximiza la capacidad de los materiales compuestos. La velocidad del perfilómetro 3D de Nanovea oscila entre <1 mm/s y 500 mm/s, lo que lo hace adecuado tanto para aplicaciones de investigación como para las necesidades de inspección a alta velocidad. El perfilómetro Nanovea es la solución.
para cualquier necesidad de medición compuesta.
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Evaluación de la dureza del tejido biológico mediante nanoindentación
Importancia de la nanoindentación de tejidos biológicos
Las pruebas mecánicas tradicionales (dureza, adhesión, compresión, perforación, límite elástico, etc.) requieren una mayor precisión y fiabilidad en los entornos actuales de control de calidad, con una amplia gama de materiales avanzados, desde tejidos hasta materiales frágiles. Los instrumentos mecánicos tradicionales no proporcionan el control de carga sensible y la resolución necesarios para los materiales avanzados. Los retos asociados a los biomateriales requieren el desarrollo de ensayos mecánicos capaces de controlar con precisión la carga en materiales extremadamente blandos. Estos materiales requieren cargas de ensayo muy bajas, inferiores a un mN, con un amplio rango de profundidad para garantizar una medición adecuada de las propiedades. Además, se pueden realizar muchos tipos diferentes de ensayos mecánicos en un solo sistema, lo que permite una mayor funcionalidad. Esto proporciona una serie de mediciones importantes sobre los biomateriales, como la dureza, el módulo de elasticidad, el módulo de pérdida y almacenamiento, y la fluencia, además de la resistencia al rayado y los puntos de fallo del límite elástico.
Objetivo de medición
En esta aplicación, se utiliza el comprobador mecánico de Nanovea en modo de nanoindentación para estudiar la dureza y el módulo de elasticidad de tres áreas distintas de un sustituto biomaterial en las regiones grasas, magras y oscuras del jamón serrano.
La nanoindentación se basa en las normas de indentación instrumentada ASTM E2546 e ISO 14577. Utiliza métodos establecidos en los que se introduce una punta de indentación de geometría conocida en un punto específico del material de ensayo con una carga normal creciente controlada. Cuando se alcanza una profundidad máxima preestablecida, la carga normal se reduce hasta que se produce una relajación completa. La carga se aplica mediante un actuador piezoeléctrico y se mide en un bucle controlado con una célula de carga de alta sensibilidad. Durante los experimentos, la posición del indentador con respecto a la superficie de la muestra se supervisa con un sensor capacitivo de alta precisión. Las curvas de carga y desplazamiento resultantes proporcionan datos específicos sobre la naturaleza mecánica del material sometido a ensayo. Los modelos establecidos calculan los valores cuantitativos de dureza y módulo con los datos medidos. La nanoindentación es adecuada para mediciones de baja carga y profundidad de penetración a escala nanométrica.
Resultados y debate
Las siguientes tablas presentan los valores medidos de dureza y módulo de Young con promedios y desviaciones estándar. Una rugosidad superficial elevada puede provocar grandes variaciones en los resultados debido al pequeño tamaño de la indentación.
La zona grasa tenía aproximadamente la mitad de la dureza de las zonas cárnicas. El tratamiento de la carne hizo que la zona cárnica más oscura fuera más dura que la zona cárnica clara. El módulo de elasticidad y la dureza están directamente relacionados con la textura en boca y la masticabilidad de las zonas grasas y cárnicas. La zona grasa y la zona cárnica clara siguen presentando una deformación continua a un ritmo mayor que la carne oscura después de 60 segundos.
Resultados detallados: grasa
Resultados detallados: carne magra
Resultados detallados: carne oscura
Conclusión
En esta aplicación, Nanovea's probador mecánico En modo de nanoindentación, determinó de manera confiable las propiedades mecánicas de las áreas de grasa y carne, superando la alta rugosidad de la superficie de la muestra. Esto demostró la amplia e inigualable capacidad del medidor mecánico de Nanovea. El sistema proporciona simultáneamente mediciones precisas de las propiedades mecánicas de materiales extremadamente duros y tejidos biológicos blandos.
La célula de carga en control de bucle cerrado con la mesa piezoeléctrica garantiza una medición precisa de materiales gelatinosos duros o blandos de 1 a 5 kPa. Con el mismo sistema, es posible someter a prueba biomateriales con cargas más elevadas, de hasta 400 N. La carga multiciclo se puede utilizar para pruebas de fatiga y se puede obtener información sobre la resistencia al rendimiento en cada zona utilizando una punta de diamante cilíndrica plana. Además, con el análisis mecánico dinámico (DMA), se pueden evaluar con gran precisión las propiedades viscoelásticas de pérdida y los módulos de almacenamiento utilizando el control de carga de bucle cerrado. También se pueden realizar pruebas a diferentes temperaturas y bajo líquidos en el mismo sistema.
El probador mecánico de Nanovea sigue siendo la herramienta más adecuada para aplicaciones biológicas y de polímeros blandos/geles.
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Evaluación del desgaste y el rayado del alambre de cobre tratado superficialmente
Importancia de la evaluación del desgaste y el rayado del alambre de cobre
El cobre tiene una larga historia de uso en el cableado eléctrico desde la invención del electroimán y el telégrafo. Los hilos de cobre se utilizan en una amplia gama de equipos electrónicos, como paneles, contadores, ordenadores, máquinas comerciales y electrodomésticos, gracias a su resistencia a la corrosión, soldabilidad y rendimiento a temperaturas elevadas de hasta 150°C. Aproximadamente la mitad del cobre extraído se destina a la fabricación de alambres y cables eléctricos.
La calidad de la superficie de los alambres de cobre es fundamental para el rendimiento y la vida útil de las aplicaciones. Los microdefectos en los alambres pueden provocar un desgaste excesivo, el inicio y la propagación de grietas, una disminución de la conductividad y una soldabilidad inadecuada. Un tratamiento adecuado de la superficie de los alambres de cobre elimina los defectos superficiales generados durante el trefilado, mejorando la resistencia a la corrosión, los arañazos y el desgaste. Muchas aplicaciones aeroespaciales con alambres de cobre requieren un comportamiento controlado para evitar fallos inesperados del equipo. Se necesitan mediciones cuantificables y fiables para evaluar adecuadamente la resistencia al desgaste y al rayado de la superficie del alambre de cobre.
Objetivo de medición
En esta aplicación simulamos un proceso de desgaste controlado de diferentes tratamientos superficiales de alambre de cobre. Prueba del rasguño mide la carga necesaria para provocar un fallo en la capa superficial tratada. Este estudio muestra la capacidad de Nanovea Tribómetro y Comprobador mecánico como herramientas ideales para la evaluación y el control de calidad de los cables eléctricos.
Procedimiento de ensayo y procedimientos
El coeficiente de fricción (COF) y la resistencia al desgaste de dos tratamientos superficiales diferentes en alambres de cobre (Alambre A y Alambre B) se evaluaron mediante el tribómetro Nanovea utilizando un módulo de desgaste alternativo lineal. Una bola de Al₂O₃ (6 mm de diámetro) es el contramaterial utilizado en esta aplicación. La pista de desgaste se examinó utilizando el tribómetro de Nanovea Perfilómetro 3D sin contacto. Los parámetros de la prueba se resumen en la Tabla 1.
En este estudio se utilizó como ejemplo una bola lisa de Al₂O₃ como contramaterial. Puede aplicarse cualquier material sólido con diferente forma y acabado superficial utilizando una fijación personalizada para simular la situación de aplicación real.
El comprobador mecánico de Nanovea equipado con un palpador de diamante Rockwell C (100 μm de radio) realizó ensayos de rayado de carga progresiva en los hilos recubiertos utilizando el modo de micro rayado. Los parámetros del ensayo de rayado y la geometría de la punta se muestran en la Tabla 2.
Resultados y debate
Desgaste del hilo de cobre:
La figura 2 muestra la evolución del COF de los hilos de cobre durante las pruebas de desgaste. El alambre A muestra un COF estable de ~0,4 durante todo el ensayo de desgaste, mientras que el alambre B exhibe un COF de ~0,35 en las primeras 100 revoluciones y aumenta progresivamente hasta ~0,4.
La figura 3 compara las huellas de desgaste de los hilos de cobre tras las pruebas. El perfilómetro 3D sin contacto de Nanovea ofreció un análisis superior de la morfología detallada de las huellas de desgaste. Permite determinar de forma directa y precisa el volumen de la huella de desgaste proporcionando una comprensión fundamental del mecanismo de desgaste. La superficie del alambre B presenta daños significativos en la huella de desgaste tras una prueba de desgaste de 600 revoluciones. La vista en 3D del perfilómetro muestra la capa tratada de la superficie del alambre B completamente eliminada, lo que aceleró sustancialmente el proceso de desgaste. Esto dejó una huella de desgaste aplanada en el alambre B, donde el sustrato de cobre está expuesto. Esto puede acortar significativamente la vida útil de los equipos eléctricos en los que se utiliza el cable B. En comparación, el alambre A presenta un desgaste relativamente leve, que se manifiesta por una huella de desgaste poco profunda en la superficie. La capa tratada superficialmente en el alambre A no se eliminó como la capa del alambre B en las mismas condiciones.
Resistencia al rayado de la superficie del hilo de cobre:
La figura 4 muestra las huellas de arañazos en los cables después de la prueba. La capa protectora del cable A muestra una resistencia al rayado muy buena. Se deslamina a una carga de ~12,6 N. En comparación, la capa protectora del alambre B falló a una carga de ~1,0 N. Una diferencia tan significativa en la resistencia al rayado de estos alambres contribuye a su rendimiento frente al desgaste, donde el alambre A posee una resistencia al desgaste sustancialmente mayor. La evolución de la fuerza normal, el COF y la profundidad durante las pruebas de rayado mostradas en la Fig. 5 proporciona más información sobre el fallo del revestimiento durante las pruebas.
Conclusión
En este estudio controlado mostramos el tribómetro de Nanovea, que realiza una evaluación cuantitativa de la resistencia al desgaste de los alambres de cobre tratados superficialmente, y el comprobador mecánico de Nanovea, que proporciona una evaluación fiable de la resistencia al rayado de los alambres de cobre. El tratamiento superficial del alambre desempeña un papel fundamental en las propiedades tribo-mecánicas durante su vida útil. El tratamiento adecuado de la superficie del alambre A mejoró significativamente la resistencia al desgaste y a los arañazos, lo que es fundamental para el rendimiento y la vida útil de los cables eléctricos en entornos difíciles.
El tribómetro de Nanovea ofrece pruebas de desgaste y fricción precisas y repetibles mediante modos rotativos y lineales conformes con las normas ISO y ASTM, con módulos opcionales de desgaste a alta temperatura, lubricación y tribo-corrosión disponibles en un sistema preintegrado. La incomparable gama de Nanovea es una solución ideal para determinar toda la gama de propiedades tribológicas de revestimientos, películas y sustratos finos o gruesos, blandos o duros.
