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AR Categoría: Notas de aplicación
Medición de la relajación de tensiones mediante nanoindentación
INTRODUCCIÓN
Los materiales viscoelásticos se caracterizan por tener propiedades tanto viscosas como elásticas. Estos materiales están sujetos a una disminución de la tensión dependiente del tiempo (relajación de la tensión) bajo una deformación constante, lo que conduce a una pérdida significativa de la fuerza de contacto inicial. La relajación de la tensión depende del tipo de material, la textura, la temperatura, la tensión inicial y el tiempo. Comprender la relajación de la tensión es fundamental para seleccionar los materiales óptimos que tengan la resistencia y la flexibilidad (relajación) necesarias para aplicaciones específicas.
Importancia de la medición de la relajación de tensiones
Según la norma ASTM E328i, “Métodos de prueba estándar para la relajación de tensiones en materiales y estructuras”, inicialmente se aplica una fuerza externa sobre un material o estructura con un penetrador hasta que alcanza una fuerza máxima predeterminada. Una vez alcanzada la fuerza máxima, la posición del penetrador se mantiene constante a esta profundidad. A continuación, se mide el cambio en la fuerza externa necesaria para mantener la posición del penetrador en función del tiempo. La dificultad de los ensayos de relajación de tensiones radica en mantener constante la profundidad. El ensayador mecánico Nanovea nanoindentación El módulo mide con precisión la relajación de la tensión aplicando un control de bucle cerrado (retroalimentación) de la profundidad con un actuador piezoeléctrico. El actuador reacciona en tiempo real para mantener la profundidad constante, mientras que el cambio en la carga se mide y registra mediante un sensor de carga de alta sensibilidad. Esta prueba se puede realizar en prácticamente todo tipo de materiales sin necesidad de requisitos estrictos en cuanto a las dimensiones de la muestra. Además, se pueden realizar múltiples pruebas en una sola muestra plana para garantizar la repetibilidad de la prueba.
OBJETIVO DE MEDICIÓN
En esta aplicación, el módulo de nanoindentación del Nanovea Mechanical Tester mide el comportamiento de relajación de la tensión de una muestra de acrílico y cobre. Demostramos que el Nanovea Comprobador mecánico Es una herramienta ideal para evaluar el comportamiento viscoelástico dependiente del tiempo de los materiales poliméricos y metálicos.
CONDICIONES DE ENSAYO
La relajación de la tensión de una muestra de acrílico y otra de cobre se midió con el módulo de nanoindentación del Nanovea Mechanical Tester. Se aplicaron diferentes velocidades de carga de indentación, que oscilaron entre 1 y 10 µm/min. La relajación se midió a una profundidad fija una vez que se alcanzó la carga máxima objetivo. Se implementó un periodo de mantenimiento de 100 segundos a una profundidad fija y se registró el cambio en la carga a medida que transcurría el tiempo de mantenimiento. Todas las pruebas se realizaron en condiciones ambientales (temperatura ambiente de 23 °C) y los parámetros de la prueba de indentación se resumen en la Tabla 1.
RESULTADOS Y DISCUSIÓN
Figura 2 muestra la evolución del desplazamiento y la carga en función del tiempo durante la medición de la relajación de la tensión de una muestra acrílica y una velocidad de carga de indentación de 3 µm/min como ejemplo. La totalidad de esta prueba se puede dividir en tres etapas: carga, relajación y descarga. Durante la etapa de carga, la profundidad aumentó linealmente a medida que la carga aumentaba progresivamente. La etapa de relajación se inició una vez que se alcanzó la carga máxima. Durante esta etapa, se mantuvo una profundidad constante durante 100 segundos utilizando la función de control de profundidad de bucle cerrado del instrumento y se observó que la carga disminuyó con el tiempo. La prueba completa concluyó con una etapa de descarga para retirar el indentador de la muestra acrílica.
Se realizaron pruebas de indentación adicionales utilizando las mismas velocidades de carga del indentador, pero excluyendo el periodo de relajación (fluencia). A partir de estas pruebas se obtuvieron gráficos de carga frente a desplazamiento, que se combinaron en los gráficos de la figura 3 para las muestras de acrílico y cobre. A medida que la velocidad de carga del penetrador disminuyó de 10 a 1 µm/min, la curva de carga-desplazamiento se desplazó progresivamente hacia profundidades de penetración más altas tanto para el acrílico como para el cobre. Este aumento de la deformación en función del tiempo se debe al efecto de fluencia viscoelástica de los materiales. Una velocidad de carga más baja permite que un material viscoelástico tenga más tiempo para reaccionar a la tensión externa a la que se ve sometido y deformarse en consecuencia.
La evolución de la carga a una deformación constante utilizando diferentes velocidades de carga de indentación se representa en la figura 4 para ambos materiales probados. La carga disminuyó a un ritmo mayor en las primeras etapas de la fase de relajación (período de mantenimiento de 100 segundos) de las pruebas y se ralentizó una vez que el tiempo de mantenimiento alcanzó los ~50 segundos. Los materiales viscoelásticos, como los polímeros y los metales, presentan una mayor tasa de pérdida de carga cuando se someten a velocidades de carga de indentación más altas. La tasa de pérdida de carga durante la relajación aumentó de 51,5 a 103,2 mN para el acrílico, y de 15,0 a 27,4 mN para el cobre, respectivamente, a medida que la velocidad de carga de indentación aumentaba de 1 a 10 µm/min, como se resume en Figura 5.
Como se menciona en la norma ASTM E328ii, el principal problema que se presenta en los ensayos de relajación de tensiones es la incapacidad del instrumento para mantener una deformación/profundidad constante. El ensayador mecánico Nanovea proporciona mediciones de relajación de tensión excelentes y precisas gracias a su capacidad para aplicar un control de bucle cerrado de retroalimentación de la profundidad entre el actuador piezoeléctrico de acción rápida y el sensor de profundidad del condensador independiente. Durante la fase de relajación, el actuador piezoeléctrico ajusta el indentador para mantener su restricción de profundidad constante en tiempo real, mientras que el cambio en la carga se mide y registra mediante un sensor de carga independiente de alta precisión.
CONCLUSIÓN
Se midió la relajación de la tensión de una muestra de acrílico y otra de cobre utilizando el módulo de nanoindentación del probador mecánico Nanovea a diferentes velocidades de carga. Se alcanza una mayor profundidad máxima cuando las indentaciones se realizan a velocidades de carga más bajas debido al efecto de fluencia del material durante la carga. Tanto la muestra de acrílico como la de cobre muestran un comportamiento de relajación de la tensión cuando se mantiene constante la posición del indentador a una carga máxima objetivo. Se observaron cambios mayores en la pérdida de carga durante la etapa de relajación en las pruebas con velocidades de carga de indentación más altas.
La prueba de relajación de tensiones realizada por el Nanovea Mechanical Tester demuestra la capacidad del instrumento para cuantificar y medir de forma fiable el comportamiento viscoelástico dependiente del tiempo de los materiales poliméricos y metálicos. Cuenta con unos módulos Nano y Micro multifunción sin igual en una única plataforma. Los módulos de control de humedad y temperatura se pueden combinar con estos instrumentos para realizar pruebas ambientales aplicables a una amplia gama de industrias. Tanto el módulo Nano como el Micro incluyen modos de prueba de rayado, dureza y desgaste, lo que proporciona la gama más amplia y fácil de usar de capacidades de prueba mecánica disponible en un solo sistema.
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Comprensión de los fallos en los recubrimientos mediante pruebas de rayado
Introducción:
La ingeniería de superficies de los materiales desempeña un papel importante en diversas aplicaciones funcionales, que van desde la apariencia decorativa hasta la protección de los sustratos contra el desgaste, la corrosión y otras formas de agresión. Un factor importante y determinante que influye en la calidad y la vida útil de los recubrimientos es su fuerza cohesiva y adhesiva.
Escaneo de alta velocidad con perfilometría sin contacto
Introducción:
Las mediciones de superficie rápidas y fáciles de configurar ahorran tiempo y esfuerzo, y son esenciales para el control de calidad, la investigación y el desarrollo, y las instalaciones de producción. El Nanovea Perfilómetro sin contacto Es capaz de realizar escaneos de superficies tanto en 3D como en 2D para medir características a escala nano y macro en cualquier superficie, lo que le confiere una amplia gama de usos.
Medición continua de la curva de Stribeck utilizando un tribómetro de disco con pasador
Introducción:
Cuando se aplica lubricación para reducir el desgaste y la fricción de las superficies en movimiento, el contacto de lubricación en la interfaz puede cambiar de varios regímenes, como la lubricación límite, mixta e hidrodinámica. El espesor de la película de fluido desempeña un papel importante en este proceso, determinado principalmente por la viscosidad del fluido, la carga aplicada en la interfaz y la velocidad relativa entre las dos superficies. La forma en que los regímenes de lubricación reaccionan a la fricción se muestra en lo que se denomina curva de Stribeck [1-4].
En este estudio demostramos por primera vez la capacidad de medir una curva de Stribeck continua. Utilizando el Nanovea Tribómetro Control de velocidad avanzado sin escalonamientos, de 15 000 a 0,01 rpm. En 10 minutos, el software proporciona directamente una curva de Stribeck completa. La sencilla configuración inicial solo requiere que los usuarios seleccionen el modo de rampa exponencial e introduzcan las velocidades inicial y final, en lugar de tener que realizar múltiples pruebas o programar un procedimiento por pasos a diferentes velocidades que requiere la unión de datos para las mediciones convencionales de la curva de Stribeck. Este avance proporciona datos precisos a lo largo de la evaluación del régimen de lubricación y reduce sustancialmente el tiempo y el costo. La prueba muestra un gran potencial para ser utilizada en diferentes aplicaciones de ingeniería industrial.
Rugosidad superficial y características de una célula solar
Importancia de las pruebas de los paneles solares
Maximizar la absorción de energía de una célula solar es clave para la supervivencia de la tecnología como recurso renovable. Las múltiples capas de recubrimiento y protección de vidrio permiten la absorción, transmisión y reflexión de la luz necesaria para que las células fotovoltaicas funcionen. Dado que la mayoría de las células solares de consumo operan con una eficiencia de 15-18%, optimizar su producción de energía es una batalla constante.
Los estudios han demostrado que la rugosidad de la superficie desempeña un papel fundamental en la reflectancia de la luz. La capa inicial de vidrio debe ser lo más lisa posible para mitigar la reflectancia de la luz, pero las capas posteriores no siguen esta pauta. Es necesario un cierto grado de rugosidad en cada interfaz de recubrimiento para aumentar la posibilidad de dispersión de la luz dentro de sus respectivas zonas de agotamiento y aumentar la absorción de luz dentro de la célula. La optimización de la rugosidad de la superficie en estas regiones permite que la célula solar funcione al máximo de su capacidad y, con el sensor de alta velocidad Nanovea HS2000, la medición de la rugosidad de la superficie se puede realizar de forma rápida y precisa.
Objetivo de medición
En este estudio mostraremos las capacidades de Nanovea. Perfilómetro HS2000 con sensor de alta velocidad mediante la medición de la rugosidad superficial y las características geométricas de una célula fotovoltaica. Para esta demostración se medirá una célula solar monocristalina sin protección de vidrio, pero la metodología puede utilizarse para otras aplicaciones.
Procedimiento de ensayo y procedimientos
Se utilizaron los siguientes parámetros de prueba para medir la superficie de la célula solar.
Resultados y debate
A continuación se muestra la vista en falso color 2D de la célula solar y una extracción del área de la superficie con sus respectivos parámetros de altura. Se aplicó un filtro gaussiano a ambas superficies y se utilizó un índice más agresivo para aplanar el área extraída. Esto excluye las formas (o ondulaciones) mayores que el índice de corte, dejando atrás las características que representan la rugosidad de la célula solar.
Se tomó un perfil perpendicular a la orientación de las líneas de la rejilla para medir sus características geométricas, como se muestra a continuación. El ancho, la altura y el paso de las líneas de la rejilla se pueden medir para cualquier ubicación específica de la célula solar.
Conclusión
En este estudio, pudimos demostrar la capacidad del sensor lineal Nanovea HS2000 para medir la rugosidad y las características de la superficie de una célula fotovoltaica monocristalina. Con la capacidad de automatizar mediciones precisas de múltiples muestras y establecer límites de aprobación o rechazo, el sensor lineal Nanovea HS2000 es la opción perfecta para las inspecciones de control de calidad.
Referencia
1 Scholtz, Lubomir. Ladanyi, Libor. Mullerova, Jarmila. “Influencia de la rugosidad de la superficie en las características ópticas de las células solares multicapa“. Advances in Electrical and Electronic Engineering, vol. 12, n.º 6, 2014, pp. 631-638.
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Comparación de gotas lubricantes para los ojos utilizando el tribómetro Nanovea T50
Importancia de probar las soluciones oftálmicas
Las soluciones oftálmicas se utilizan para aliviar los síntomas causados por diversos problemas oculares. Por ejemplo, pueden utilizarse para tratar irritaciones oculares leves (como sequedad y enrojecimiento), retrasar la aparición del glaucoma o tratar infecciones. Las soluciones oftálmicas de venta libre se utilizan principalmente para tratar la sequedad. Su eficacia para lubricar el ojo puede compararse y medirse con una prueba de coeficiente de fricción.
La sequedad ocular puede deberse a una amplia variedad de factores, como la fatiga visual por el uso del ordenador o la exposición a condiciones climáticas extremas al aire libre. Unas buenas gotas lubricantes para los ojos ayudan a mantener y complementar la humedad de la superficie externa de los ojos. Esto alivia las molestias, el ardor, la irritación y el enrojecimiento asociados a la sequedad ocular. Mediante la medición del coeficiente de fricción (COF) de una solución oftálmica, se puede determinar su eficacia lubricante y compararla con otras soluciones.
Objetivo de medición
En este estudio, se midió el coeficiente de fricción (COF) de tres soluciones lubricantes diferentes para gotas oftálmicas utilizando la configuración de pin sobre disco en el tribómetro Nanovea T50.
Procedimiento de ensayo y procedimientos
Se aplicó un pasador esférico de alúmina de 6 mm de diámetro a un portaobjetos de vidrio, utilizando cada solución oftálmica como lubricante entre las dos superficies. Los parámetros de prueba utilizados en todos los experimentos se resumen en la tabla 1 a continuación.
Resultados y debate
Los valores máximos, mínimos y medios del coeficiente de fricción para las tres soluciones oftálmicas diferentes probadas se recogen en la tabla 2 a continuación. Los gráficos del COF frente a las revoluciones para cada solución oftálmica se muestran en las figuras 2-4. El COF durante cada prueba se mantuvo relativamente constante durante la mayor parte de la duración total de la prueba. La muestra A tuvo el COF medio más bajo, lo que indica que tenía las mejores propiedades lubricantes.
Conclusión
En este estudio mostramos la capacidad del tribómetro Nanovea T50 para medir el coeficiente de fricción de tres soluciones oftálmicas. A partir de estos valores, demostramos que la muestra A tenía un coeficiente de fricción más bajo y, por lo tanto, presentaba una mejor lubricación en comparación con las otras dos muestras.
Nanovea Tribómetros ofrece pruebas de desgaste y fricción precisas y repetibles utilizando módulos rotativos y lineales que cumplen con las normas ISO y ASTM. También proporciona módulos opcionales de desgaste a alta temperatura, lubricación y tribocorrosión disponibles en un sistema preintegrado. Esta versatilidad permite a los usuarios simular mejor el entorno de aplicación real y mejorar la comprensión fundamental del mecanismo de desgaste y las características tribológicas de diversos materiales.
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Automatización de múltiples rayaduras en muestras similares utilizando el probador mecánico PB1000
Introducción :
Los recubrimientos se utilizan ampliamente en diversas industrias debido a sus propiedades funcionales. La dureza, la resistencia a la erosión, la baja fricción y la alta resistencia al desgaste de un recubrimiento son solo algunas de las muchas propiedades que hacen que los recubrimientos sean importantes. Un método comúnmente utilizado para cuantificar estas propiedades es la prueba de rayado, que permite una medición repetible de las propiedades adhesivas y/o cohesivas de un recubrimiento. Al comparar las cargas críticas en las que se produce el fallo, se pueden evaluar las propiedades intrínsecas de un recubrimiento.
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Comparación del desgaste por abrasión en la tela vaquera
Introducción
La forma y la función de un tejido vienen determinadas por su calidad y durabilidad. El uso diario de los tejidos provoca el desgaste del material, por ejemplo, el amontonamiento, la pelusa y la decoloración. Un tejido de calidad inferior utilizado para prendas de vestir puede provocar a menudo la insatisfacción del consumidor y dañar la marca.
Intentar cuantificar las propiedades mecánicas de los tejidos puede plantear muchos retos. La estructura del hilo e incluso la fábrica en la que se produjo pueden dar lugar a una escasa reproducibilidad de los resultados de las pruebas. Esto dificulta la comparación de los resultados de las pruebas de distintos laboratorios. Medir las prestaciones de desgaste de los tejidos es fundamental para los fabricantes, distribuidores y minoristas de la cadena de producción textil. Una medición de la resistencia al desgaste bien controlada y reproducible es crucial para garantizar un control de calidad fiable del tejido.
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¿Desgaste Rotativo o Lineal y COF? (Un estudio exhaustivo con el tribómetro Nanovea)
El desgaste es el proceso de eliminación y deformación de material en una superficie como resultado de la acción mecánica de la superficie opuesta. En él influyen diversos factores, como el deslizamiento unidireccional, la rodadura, la velocidad, la temperatura y muchos otros. El estudio del desgaste, la tribología, abarca muchas disciplinas, desde la física y la química hasta la ingeniería mecánica y la ciencia de los materiales. La compleja naturaleza del desgaste requiere estudios aislados sobre mecanismos o procesos de desgaste específicos, como el desgaste adhesivo, el desgaste abrasivo, la fatiga superficial, el desgaste por rozamiento y el desgaste erosivo. Sin embargo, el "desgaste industrial" suele implicar múltiples mecanismos de desgaste que se producen en sinergia.
Los ensayos de desgaste lineal alternativo y rotativo (clavija sobre disco) son dos configuraciones ampliamente utilizadas de conformidad con ASTM para medir los comportamientos de desgaste por deslizamiento de los materiales. Dado que el valor de la tasa de desgaste de cualquier método de ensayo de desgaste se utiliza a menudo para predecir la clasificación relativa de las combinaciones de materiales, es extremadamente importante confirmar la repetibilidad de la tasa de desgaste medida utilizando diferentes configuraciones de ensayo. Esto permite a los usuarios considerar cuidadosamente el valor de la tasa de desgaste reportado en la literatura, lo cual es crítico para entender las características tribológicas de los materiales.
Caracterización nanomecánica de las constantes elásticas
La capacidad de los resortes para almacenar energía mecánica tiene una larga historia de uso. Desde arcos para cazar hasta cerraduras para puertas, la tecnología de los resortes existe desde hace muchos siglos. Hoy en día dependemos de los resortes, ya sea en colchones, bolígrafos o suspensiones de automóviles, ya que desempeñan un papel fundamental en nuestra vida cotidiana. Con una variedad tan amplia de usos y diseños, es necesario poder cuantificar sus propiedades mecánicas.
