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AR Categoría: Pruebas de laboratorio
Transición vítrea localizada con precisión mediante DMA por nanoindentación
Transición vítrea localizada con precisión mediante DMA por nanoindentación
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Imaginemos una situación en la que una muestra a granel se calienta uniformemente a un ritmo constante. Cuando un material a granel se calienta y se acerca a su punto de fusión, empieza a perder rigidez. Si se realizan indentaciones periódicas (ensayos de dureza) con la misma fuerza objetivo, la profundidad de cada indentación debería aumentar constantemente, ya que la muestra se está volviendo más blanda (véase la figura 1). Esto continúa hasta que la muestra empieza a fundirse. En este punto, se observará un gran aumento de la profundidad por indentación. Utilizando este concepto, el cambio de fase en un material puede observarse utilizando oscilaciones dinámicas con una amplitud de fuerza fija y midiendo su desplazamiento, es decir, Análisis Mecánico Dinámico (AMD).
Lea sobre la transición vítrea localizada con precisión.
Medición de la relajación de tensiones mediante nanoindentación
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Prueba de desgaste de la madera con el tribómetro Nanovea
Importancia de comparar el desgaste del acabado de la madera y el COF
La madera se ha utilizado durante miles de años como material de construcción para casas, muebles y suelos. Tiene una combinación de belleza natural y durabilidad, lo que la convierte en un candidato ideal para suelos. A diferencia de las moquetas, los suelos de madera conservan su color durante mucho tiempo y pueden limpiarse y mantenerse fácilmente. Sin embargo, al ser un material natural, la mayoría de los suelos de madera requieren la aplicación de un acabado superficial para proteger la madera de diversos tipos de daños, como rozaduras y desconchones, con el paso del tiempo. En este estudio, se aplicó una capa de Nanovea Tribómetro se utilizó para medir la tasa de desgaste y el coeficiente de fricción (COF) para comprender mejor el rendimiento comparativo de tres acabados de madera.
El comportamiento en servicio de una especie de madera utilizada para suelos suele estar relacionado con su resistencia al desgaste. El cambio en la estructura celular y de fibra individual de las diferentes especies de madera contribuye a sus diferentes comportamientos mecánicos y tribológicos. Las pruebas de servicio reales de la madera como material para suelos son caras, difíciles de duplicar y requieren largos periodos de tiempo de prueba. En consecuencia, resulta valioso desarrollar una prueba de desgaste sencilla que pueda producir resultados fiables, reproducibles y directos.
Objetivo de medición
En este estudio, simulamos y comparamos los comportamientos de desgaste de tres tipos de madera para mostrar la capacidad del tribómetro Nanovea para evaluar las propiedades tribológicas de la madera de forma controlada y monitorizada.
Debate
Descripción de la muestra: Antique Birch Hardwood tiene un acabado de óxido de aluminio de 7 capas, que proporciona protección contra el desgaste diario. Courtship Grey Oak y Santos Mahogany son suelos laminados que varían en acabado superficial y brillo. El Courtship Grey Oak es de color gris pizarra, acabado EIR y poco brillo. Por otro lado, Santos Mahogany es de color burdeos oscuro, preacabado y de alto brillo, lo que permite ocultar más fácilmente los arañazos y defectos de la superficie.
En la Fig. 1 se representa la evolución del COF durante las pruebas de desgaste de las tres muestras de suelos de madera. Las muestras Antique Birch Hardwood, Courtship Grey Oak y Santos Mahogany mostraron un comportamiento diferente del COF.
En el gráfico anterior puede observarse que la madera dura de abedul antiguo fue la única muestra que mostró un COF constante durante toda la prueba. El brusco aumento del COF del Roble Gris Cortejo y su posterior disminución gradual podrían ser indicativos de que la rugosidad de la superficie de la muestra contribuyó en gran medida a su comportamiento COF. A medida que la muestra se desgastaba, la rugosidad de la superficie disminuía y se volvía más homogénea, lo que explica la disminución del COF a medida que la superficie de la muestra se volvía más lisa debido al desgaste mecánico. El COF de la Caoba Santos muestra un aumento gradual y suave del COF al principio de la prueba y luego pasa bruscamente a una tendencia de COF entrecortado. Esto podría indicar que una vez que el revestimiento laminado empezó a desgastarse, la bola de acero (contramaterial) entró en contacto con el sustrato de madera, que se desgastó de forma más rápida y turbulenta, creando el comportamiento más ruidoso del COF hacia el final de la prueba.
Madera dura de abedul antiguo:
Cortejo Roble Gris:
Santos Caoba
En la Tabla 2 se resumen los resultados de las exploraciones y análisis de las huellas de desgaste en todas las muestras de suelos de madera tras la realización de las pruebas de desgaste. La información detallada y las imágenes de cada muestra pueden verse en las Figuras 2-7. Basándonos en la comparación del índice de desgaste entre las tres muestras, podemos deducir que la Caoba Santos demostró ser menos resistente al desgaste mecánico que las otras dos muestras. La Madera Dura de Abedul Antiguo y el Roble Gris Cortejo tuvieron índices de desgaste muy similares aunque su comportamiento durante las pruebas difirió significativamente. La madera dura de abedul antiguo presentaba una tendencia al desgaste gradual y más uniforme, mientras que el roble gris Court-ship mostraba una huella de desgaste poco profunda y picada debido a la textura y el acabado preexistentes de la superficie.
Conclusión
En este estudio, mostramos la capacidad del tribómetro de Nanovea para evaluar el coeficiente de fricción y la resistencia al desgaste de tres tipos de madera: madera dura de abedul antiguo, roble gris cortejo y caoba de Santos de forma controlada y monitorizada. Las propiedades mecánicas superiores de la madera dura de abedul antiguo se traducen en una mayor resistencia al desgaste. La textura y la homogeneidad de la superficie de la madera desempeñan un papel importante en el comportamiento frente al desgaste. La textura de la superficie del Roble Gris Cortejo, como los huecos o grietas entre las fibras celulares de la madera, pueden convertirse en los puntos débiles donde se inicia y propaga el desgaste.
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Portabilidad y flexibilidad del perfilómetro 3D sin contacto Jr25
Comprender y cuantificar la superficie de una muestra es crucial para muchas aplicaciones, como el control de calidad y la investigación. Para estudiar superficies, a menudo se utilizan perfilómetros para escanear muestras y obtener imágenes de ellas. Un gran problema de los instrumentos de perfilometría convencionales es la incapacidad de adaptarse a muestras no convencionales. Las dificultades para medir muestras no convencionales pueden deberse al tamaño de la muestra, la geometría, la imposibilidad de mover la muestra u otros inconvenientes en la preparación de la muestra. El instrumento portátil de Nanovea Perfilómetros 3D sin contactode la serie JR, es capaz de resolver la mayoría de estos problemas gracias a su capacidad para escanear superficies de muestras desde distintos ángulos y a su portabilidad.
Más información sobre el perfilómetro sin contacto Jr25
Compresión en materiales blandos y flexibles
Importancia de probar materiales blandos y flexibles
Un ejemplo de muestras muy blandas y flexibles son los sistemas microelectromecánicos. Los MEMS se utilizan en productos comerciales cotidianos como impresoras, teléfonos móviles y automóviles [1]. Sus usos también incluyen funciones especiales, como los biosensores [2] y la captación de energía [3]. Para sus aplicaciones, los MEMS deben ser capaces de transitar de forma reversible entre su configuración original y una configuración comprimida repetidamente [4]. Para entender cómo reaccionarán las estructuras a las fuerzas mecánicas, se pueden realizar ensayos de compresión. Los ensayos de compresión pueden utilizarse para probar y ajustar diversas configuraciones de MEMS, así como para comprobar los límites de fuerza superior e inferior de estas muestras.
La Nanovea Comprobador mecánico Nano La capacidad del módulo para recopilar datos con precisión a cargas muy bajas y recorrer más de 1 mm de distancia lo hace ideal para probar las muestras blandas y exibles. Al disponer de sensores de carga y profundidad independientes, los grandes desplazamientos del indentador no afectan a las lecturas del sensor de carga. La capacidad de realizar ensayos de baja carga en un rango de más de 1 mm de recorrido del indentador hace que nuestro sistema sea único en comparación con otros sistemas de nanoindentación. En comparación, una distancia de recorrido razonable para un sistema de indentación a nanoescala suele ser inferior a 250μm.
Objetivo de medición
En este estudio de caso, Nanovea realizó ensayos de compresión en dos muestras flexibles, similares a muelles, singularmente diferentes. Mostramos nuestra capacidad para llevar a cabo la compresión con cargas muy bajas y registrar grandes desplazamientos, al tiempo que obtenemos datos precisos con cargas bajas, y cómo esto puede aplicarse a la industria MEMS. Debido a las políticas de privacidad, en este estudio no se revelarán las muestras ni su origen.
Parámetros de medición
Nota: La velocidad de carga de 1 V/min es proporcional a aproximadamente 100μm de desplazamiento cuando el penetrador está en el aire.
Resultados y debate
La respuesta de la muestra a las fuerzas mecánicas puede observarse en las curvas de carga frente a profundidad. La muestra A solo muestra una deformación elástica lineal con los parámetros de ensayo indicados anteriormente. La figura 2 es un gran ejemplo de la estabilidad que se puede lograr para una curva de carga vs profundidad a 75μN. Debido a la estabilidad de los sensores de carga y profundidad, sería fácil percibir cualquier respuesta mecánica significativa de la muestra.
La muestra B muestra una respuesta mecánica diferente a la de la muestra A. A partir de 750μm de profundidad, empieza a aparecer un comportamiento similar a la fractura en el gráfico. Esto se observa con las fuertes caídas de carga a 850 y 975μm de profundidad. A pesar de viajar a una alta velocidad de carga durante más de 1mm en un rango de 8mN, nuestros sensores de carga y profundidad altamente sensibles permiten al usuario obtener las elegantes curvas de carga vs profundidad que se muestran a continuación.
La rigidez se calculó a partir de la parte de descarga de las curvas de carga frente a profundidad. La rigidez refleja cuánta fuerza es necesaria para deformar la muestra. Para calcular la rigidez, se utilizó una pseudo relación de Poisson de 0,3, ya que no se conoce la relación real del material. En este caso, la muestra B resultó ser más rígida que la muestra A.
Conclusión
Dos muestras flexibles diferentes se sometieron a ensayos de compresión con el nanomódulo del Nanovea Mechanical Tester. Las pruebas se realizaron con cargas muy bajas (1mm). Los ensayos de compresión a escala nanométrica con el Nano Módulo han demostrado la capacidad del módulo para ensayar muestras muy blandas y flexibles. Pruebas adicionales para este estudio podrían abordar cómo la carga cíclica repetida afecta al aspecto de recuperación elástica de las muestras similares a muelles a través de la opción de carga múltiple del Nanovea Mechanical Tester.
Si desea más información sobre este método de ensayo, no dude en ponerse en contacto con nosotros en info@nanovea.com. Si desea más notas de aplicación, consulte nuestra amplia biblioteca digital de notas de aplicación.
Referencias
[1] "Introducción y áreas de aplicación de los MEMS". EEHerald, 1 mar. 2017, www.eeherald.com/section/design-guide/mems_application_introduction.html.
[2] Louizos, Louizos-Alexandros; Athanasopoulos, Panagiotis G.; Varty, Kevin (2012). "Sistemas microelectromecánicos y nanotecnología. A Platform for the Next Stent Technological Era". Vasc Endovascular Surg.46 (8): 605–609. doi:10.1177/1538574412462637. PMID 23047818.
[3] Hajati, Arman; Sang-Gook Kim (2011). "Ultra-wide bandwidth piezoelectric energy harvesting". AppliedPhysics Letters. 99 (8): 083105. doi:10.1063/1.3629551.
[4] Fu, Haoran, et al. "Mesoestructuras 3D morfables y dispositivos microelectrónicos por bucklingmechanics multistable". Nature materials 17.3 (2018): 268.
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Evaluating Brake Pads with Tribology
Importance of Evaluating Break Pad Performance
Brake pads are composites., a material made up of multiple ingredients, that must be able to satisfy a large number of safety requirements. Ideal brake pads have high coefficient of friction (COF), low wear rate, minimal noise, and remain reliable under varying environments. To ensure the quality of brake pads are able to satisfy their requirements, tribology testing can be used to identify critical specifications.
The importance of the reliability of brake pads is placed very high; the safety of passengers should never be neglected. Therefore, it is key to replicate operating conditions and identify possible points of failure.
With the Nanovea Tribómetro, a constant load is applied between a pin, ball, or flat and a constantly moving counter material. The friction between the two material is collected with a stiff load cell, allowing the collection of material properties at different loads and speeds and tested in high temperature, corrosive, or liquid environments.
Objetivo de medición
In this study, the coefficient of friction of the brake pads were studied under a continuously increasing temperature environment from room temperature to 700°C. The environmental temperature was raised in-situ until noticeable failure of the brake pad was observed. A thermocouple was attached to the backside of the pin to measure the temperature near the sliding interface.
Procedimiento de ensayo y procedimientos
Resultados y debate
This study focuses mainly on the temperature at which brake pads start to fail. The COF obtained do not represent real-life values; the pin material is not the same as brake rotors. It should also be noted that the temperature data collected is the temperature of the pin and not the sliding interface temperature
At the start of the test (room temperature), the COF between the SS440C pin and brake pad gave a consistent value of approximately 0.2. As the temperature increased, the COF steadily increased and peaked at a value of 0.26 near 350°C. Past 390°C, the COF quickly starts decreasing. The COF began to increase back to 0.2 at 450°C but starts decreasing to a value of 0.05 shortly after.
The temperature at which the brake pads consistently failed is identified at temperatures above 500°C. Past this temperature, the COF was no longer able to retain the starting COF of 0.2.
Conclusión
The brake pads have shown consistent failure at a temperature past 500°C. Its COF of 0.2 slowly rises to a value of 0.26 before dropping down to 0.05 at the end of the test (580°C). The difference between 0.05 and 0.2 is a factor of 4. This means that the normal force at 580°C must be four times greater than at room temperature to achieve the same stopping force!
While not included in this study, the Nanovea Tribometer is also able to conduct testing to observe another important property of brake pads: wear rate. By utilizing our 3D non-contact profilometers, the volume of the wear track can be obtained to calculate how quickly samples wear. Wear testing can be conducted with the Nanovea Tribometer under different test conditions and environments to best simulate operating conditions.
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Análisis de calidad de metales mecanizados por descarga eléctrica
Electrical discharge machining, or EDM, is a manufacturing process that removes material via electrical
discharges [1]. This machining process is generally used with conductive metals that would be difficult
to machine with conventional methods.
As with all machining processes, precision and accuracy must be high in order to meet acceptable
tolerance levels. In this application note, the quality of the machined metals will be assessed with a
Nanovea Perfilómetro 3D sin contacto.
Viscoelastic Analysis of Rubber
Viscoelastic Analysis of Rubber
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Tires are subjected to cyclical high deformations when vehicles are running on the road. When exposed to harsh road conditions, the service lifetime of the tires is jeopardized by many factors, such as the wear of the thread, the heat generated by friction, rubber aging, and others.
As a result, tires usually have composite layer structures made of carbon-filled rubber, nylon cords, and steel wires, etc. In particular, the composition of rubber at different areas of the tire systems is optimized to provide different functional properties, including but not limited to wear resistant thread, cushion rubber layer, and hard rubber base layer.
A reliable and repeatable test of the viscoelastic behavior of rubber is critical in quality control and R&D of new tires, as well as evaluation of the life span of old tires. Dynamic Mechanical Analysis(DMA) during Nanoindentación is a technique of characterizing the viscoelasticity. When controlled oscillatory stress is applied, the resulting strain is measured, allowing users to determine the complex modulus of the tested materials.
A Better Look at Paper
Paper has played a large role in information distribution since its invention in the 2nd century [1]. Paper consists of intertwined fibers, typically obtained from trees, that have been dried into thin sheets. As a medium for information storage, paper has allowed the spread of ideas, art, and history over long distances and through passing time.
Today, paper is commonly used for currency, books, toiletries, packaging, and more. Paper is processed in different ways to obtain properties to match their application. For example, the visually appealing, glossy paper from a magazine is different compared to rough, cold-pressed watercolor paper. The method in which paper is produced will affect the surface properties of the paper. This influences how ink (or other medium) will settle onto and appear on the paper. To inspect how different paper processes affect surface properties, Nanovea inspected the roughness and texture of various types of paper by conducting a large area scan with our Perfilómetro 3D sin contacto.
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A BETTER Look at Polycarbonate Lens
A BETTER Look at Polycarbonate Lens
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Polycarbonate lenses are commonly used in many optical applications. Their high impact resistance, low weight, and cheap cost of high-volume production makes them more practical than traditional glass in various applications [1].
Some of these applications require safety (e.g. safety eyewear), complexity (e.g. Fresnel lens) or durability (e.g. traffic light lens) criteria that are difficult to meet without the use of plastics. Its ability to cheaply meet many requirements while maintaining sufficient optical qualities makes plastic lenses stand out in its field. Polycarbonate lenses also have limitations. The main concern for consumers is the ease at which they can be scratched. To compensate for this, extra processes can be carried out to apply an anti-scratch coating.
Nanovea takes a look into some important properties of plastic lens by utilizing our three metrology instruments: Perfilómetro, Tribómetro, and Comprobador mecánico.
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Pruebas de rayado en películas finas multicapa
Los recubrimientos se utilizan ampliamente en múltiples industrias para preservar las capas subyacentes, crear dispositivos electrónicos o mejorar las propiedades superficiales de los materiales. Debido a sus numerosos usos, los revestimientos se estudian a fondo, pero sus propiedades mecánicas pueden ser difíciles de comprender. Los revestimientos pueden fallar en el rango micro/nanométrico debido a la interacción superficie-atmósfera, los fallos de cohesión y la mala adherencia entre el sustrato y la superficie. Un método consistente para comprobar los fallos de los revestimientos es el ensayo de rayado. Aplicando una carga cada vez mayor, se pueden comparar cuantitativamente los fallos cohesivos (por ejemplo, grietas) y adhesivos (por ejemplo, delaminación) de los revestimientos.
