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AR Category: Profilometry Testing
Tribología de polímeros
Introducción
Los polímeros se han utilizado ampliamente en una gran variedad de aplicaciones y se han convertido en una parte indispensable de la vida cotidiana. Polímeros naturales como el ámbar, la seda y el caucho natural han desempeñado un papel esencial en la historia de la humanidad. El proceso de fabricación de polímeros sintéticos puede optimizarse para conseguir propiedades físicas únicas, como tenacidad, viscoelasticidad, autolubricación y muchas otras.
Importancia del desgaste y la fricción de los polímeros
Los polímeros se utilizan habitualmente en aplicaciones tribológicas, como neumáticos, rodamientos y cintas transportadoras.
Se producen diferentes mecanismos de desgaste en función de las propiedades mecánicas del polímero, las condiciones de contacto y las propiedades de los residuos o de la película de transferencia formada durante el proceso de desgaste. Para garantizar que los polímeros poseen suficiente resistencia al desgaste en las condiciones de servicio, es necesaria una evaluación tribológica fiable y cuantificable. La evaluación tribológica nos permite comparar cuantitativamente los comportamientos de desgaste de diferentes polímeros de forma controlada y monitorizada para seleccionar el material candidato para la aplicación objetivo.
El tribómetro Nanovea ofrece pruebas repetibles de desgaste y fricción mediante modos rotativos y lineales conformes a las normas ISO y ASTM, con módulos opcionales de desgaste y lubricación a alta temperatura disponibles en un sistema preintegrado. Esta gama inigualable permite a los usuarios simular los diferentes entornos de trabajo de los polímeros, incluyendo tensión concentrada, desgaste y alta temperatura, etc.
OBJETIVO DE MEDICIÓN
En este estudio, demostramos que el Nanovea Tribómetro es una herramienta ideal para comparar la resistencia a la fricción y al desgaste de diferentes polímeros de forma cuantitativa y bien controlada.
PROCEDIMIENTO DE PRUEBA
El coeficiente de fricción (COF) y la resistencia al desgaste de diferentes polímeros comunes se evaluaron mediante el tribómetro Nanovea. Se utilizó una bola de Al2O3 como contramaterial (perno, muestra estática). Las huellas de desgaste en los polímeros (muestras dinámicas giratorias) se midieron utilizando un perfilómetro 3D sin contacto y microscopio óptico una vez concluidas las pruebas. Cabe señalar que, opcionalmente, se puede utilizar un sensor endoscópico sin contacto para medir la profundidad a la que el pasador penetra en la muestra dinámica durante una prueba de desgaste. Los parámetros de la prueba se resumen en la Tabla 1. La tasa de desgaste, K, se evaluó mediante la fórmula K=Vl(Fxs), donde V es el volumen desgastado, F es la carga normal y s es la distancia de deslizamiento.
Tenga en cuenta que en este estudio se utilizaron bolas de Al2O3 como contramaterial. Puede sustituirse por cualquier material sólido para simular mejor el comportamiento de dos muestras en condiciones de aplicación reales.
RESULTADOS Y DEBATE
La velocidad de desgaste es un factor vital para determinar la vida útil de los materiales, mientras que la fricción desempeña un papel crítico durante las aplicaciones tribológicas. La figura 2 compara la evolución del COF de diferentes polímeros frente a la bola de Al2O3 durante las pruebas de desgaste. El COF funciona como indicador de cuándo se producen los fallos y el proceso de desgaste entra en una nueva etapa. Entre los polímeros ensayados, el HDPE mantiene el COF constante más bajo de ~0,15 durante todo el ensayo de desgaste. La suavidad del COF implica que se forma un tribo-contacto estable.
En las figuras 3 y 4 se comparan las huellas de desgaste de las muestras de polímero tras la prueba medida con el microscopio óptico. El perfilómetro 3D sin contacto in situ determina con precisión el volumen de desgaste de las muestras de polímero, lo que permite calcular con exactitud índices de desgaste de 0,0029, 0,0020 y 0,0032m3/N m, respectivamente. En comparación, la muestra de CPVC muestra el mayor índice de desgaste de 0,1121m3/N m. En la huella de desgaste del CPVC se observan profundas cicatrices de desgaste paralelas.
CONCLUSIÓN
La resistencia al desgaste de los polímeros desempeña un papel vital en su rendimiento de servicio. En este estudio, demostramos que el tribómetro Nanovea evalúa el coeficiente de fricción y la tasa de desgaste de diferentes polímeros en un...
de forma cuantitativa y bien controlada. El HDPE muestra el COF más bajo de ~0,15 entre los polímeros ensayados. Las muestras de HDPE, Nylon 66 y Polipropileno poseen bajos índices de desgaste de 0,0029, 0,0020 y 0,0032 m3/N m, respectivamente. La combinación de baja fricción y gran resistencia al desgaste hace del HDPE un buen candidato para aplicaciones tribológicas de polímeros.
El perfilómetro 3D in situ y sin contacto permite medir con precisión el volumen de desgaste y ofrece una herramienta para analizar la morfología detallada de las huellas de desgaste, lo que permite comprender mejor los mecanismos fundamentales del desgaste.
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Acabado superficial de paneles alveolares con perfilometría 3D
INTRODUCCIÓN
La rugosidad, la porosidad y la textura de la superficie de los paneles alveolares son factores críticos que hay que cuantificar para el diseño final del panel. Estas cualidades de la superficie pueden correlacionarse directamente con la estética y las características funcionales de la superficie del panel. Un mejor conocimiento de la textura y la porosidad de la superficie puede ayudar a optimizar el procesamiento y la fabricabilidad de la superficie del panel. Se necesita una medición cuantitativa, precisa y fiable de la superficie del panel alveolar para controlar los parámetros de superficie para los requisitos de aplicación y pintura. Los sensores sin contacto Nanovea 3D utilizan una tecnología confocal cromática única capaz de medir con precisión las superficies de estos paneles.
OBJETIVO DE MEDICIÓN
En este estudio, se utilizó la plataforma Nanovea HS2000 equipada con un sensor de línea de alta velocidad para medir y comparar dos paneles de nido de abeja con diferentes acabados superficiales. Mostramos la plataforma Nanovea perfilómetro sin contactopara proporcionar mediciones de perfilado 3D rápidas y precisas y un análisis exhaustivo en profundidad del acabado de la superficie.
RESULTADOS Y DEBATE
Se midió la superficie de dos muestras de paneles alveolares con distintos acabados superficiales, a saber, la Muestra 1 y la Muestra 2. El falso color y la vista en 3D de las superficies de las Muestras 1 y 2 se muestran en la Figura 3 y la Figura 4, respectivamente. Los valores de rugosidad y planitud se calcularon mediante un software de análisis avanzado y se comparan en la Tabla 1. La Muestra 2 exhibe una superficie más porosa en comparación con la Muestra 1. Como resultado, la Muestra 2 posee una mayor rugosidad Sa de 14,7 µm, en comparación con un valor Sa de 4,27 µm para la Muestra 1.
Los perfiles 2D de las superficies de los paneles alveolares se compararon en la figura 5, lo que permite a los usuarios tener una comparación visual del cambio de altura en diferentes lugares de la superficie de la muestra. Podemos observar que la Muestra 1 tiene una variación de altura de ~25 µm entre la ubicación del pico más alto y el valle más bajo. Por otro lado, la Muestra 2 muestra varios poros profundos a lo largo del perfil 2D. El software de análisis avanzado tiene la capacidad de localizar y medir automáticamente la profundidad de seis poros relativamente profundos como se muestra en la tabla de la Figura 4.b Muestra 2. El poro más profundo de los seis posee una profundidad máxima de casi 90 µm (Paso 4).
Para investigar más a fondo el tamaño y la distribución de los poros de la Muestra 2, se realizó una evaluación de la porosidad, que se discute en la sección siguiente. En la Figura 5 se muestra la vista en corte y en la Tabla 2 se resumen los resultados. Podemos observar que los poros, marcados en color azul en la Figura 5, tienen una distribución relativamente homogénea en la superficie de la muestra. El área proyectada de los poros constituye 18,9% de toda la superficie de la muestra. El volumen por mm² del total de poros es de ~0,06 mm³. Los poros tienen una profundidad media de 42,2 µm, y la profundidad máxima es de 108,1 µm.
CONCLUSIÓN
En esta aplicación, hemos demostrado que la plataforma Nanovea HS2000 equipada con un sensor de línea de alta velocidad es una herramienta ideal para analizar y comparar el acabado superficial de muestras de paneles alveolares de forma rápida y precisa. Los escaneados de perfilometría de alta resolución, junto con un software de análisis avanzado, permiten una evaluación exhaustiva y cuantitativa del acabado superficial de las muestras de paneles alveolares.
Los datos mostrados aquí representan sólo una pequeña parte de los cálculos disponibles en el software de análisis. Los perfilómetros Nanovea miden prácticamente cualquier superficie para una amplia gama de aplicaciones en los sectores de semiconductores, microelectrónica, solar, fibra óptica, automoción, aeroespacial, metalurgia, mecanizado, revestimientos, farmacéutico, biomédico, medioambiental y muchos otros.
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Comprensión de los fallos del revestimiento mediante ensayos de rayado
Introducción:
La ingeniería de superficies de los materiales desempeña un papel importante en diversas aplicaciones funcionales, que van desde el aspecto decorativo hasta la protección de los sustratos contra el desgaste, la corrosión y otras formas de ataque. Un factor importante y primordial que determina la calidad y la vida útil de los revestimientos es su fuerza cohesiva y adhesiva.
Escaneado de alta velocidad con perfilometría sin contacto
Introducción:
Las mediciones de superficies 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 escaneados de superficies tanto en 3D como en 2D para medir características de escala nanométrica a macroescala en cualquier superficie, lo que proporciona una amplia gama de posibilidades de uso.
Rugosidad superficial y características de una célula solar
Importancia de las pruebas de paneles solares
Maximizar la absorción de energía de una célula solar es clave para la supervivencia de esta tecnología como recurso renovable. Las múltiples capas de revestimiento y protección del vidrio permiten la absorción, transmisión y reflexión de la luz necesarias para el funcionamiento de las células fotovoltaicas. Dado que la mayoría de las células solares de consumo funcionan con una eficiencia de 15-18%, optimizar su producción de energía es una batalla constante.
Los estudios han demostrado que la rugosidad de la superficie desempeña un papel fundamental en la reflectancia de la luz. La capa inicial de vidrio debe ser lo más lisa posible para atenuar la reflectancia de la luz, pero las capas posteriores no siguen esta pauta. Es necesario un cierto grado de rugosidad en la interfaz de cada capa con otra para aumentar la posibilidad de dispersión de la luz dentro de sus respectivas zonas de agotamiento y aumentar la absorción de la luz dentro de la célula1. La optimización de la rugosidad de la superficie en estas regiones permite que la célula solar funcione de la mejor manera posible y, con el sensor de alta velocidad Nanovea HS2000, la medición de la rugosidad de la superficie puede realizarse de forma rápida y precisa.
Objetivo de medición
En este estudio mostraremos las capacidades del Nanovea Perfilómetro HS2000 con sensor de alta velocidad midiendo la rugosidad de la superficie y las características geométricas de una célula fotovoltaica. Para esta demostración se medirá una célula solar monocristalina sin protección de vidrio, pero la metodología puede utilizarse para otras diversas aplicaciones.
Procedimiento de ensayo y procedimientos
Para medir la superficie de la célula solar se utilizaron los siguientes parámetros de ensayo.
Resultados y debate
A continuación se muestra la vista 2D en falso color de la célula solar y una extracción del área de la superficie con sus respectivos parámetros de altura. Se aplicó un filtro gaussiano a ambas superficies y se utilizó un índice más agresivo para aplanar el área extraída. Esto excluye la forma (u ondulación) mayor que el índice de corte, dejando atrás las características que representan la rugosidad de la célula solar.
Se tomó un perfil perpendicular a la orientación de las líneas de rejilla para medir sus características geométricas, que se muestra a continuación. La anchura de la rejilla, la altura del escalón y el paso pueden medirse en cualquier punto específico de la célula solar.
Conclusión
En este estudio pudimos demostrar la capacidad del sensor de línea Nanovea HS2000 para medir la rugosidad y las características de la superficie de una célula fotovoltaica monocristalina. Con la capacidad de automatizar mediciones precisas de múltiples muestras y establecer límites de aprobado y suspenso, el sensor de línea Nanovea HS2000 es una opción perfecta para las inspecciones de control de calidad.
Referencia
1 Scholtz, Lubomir. Ladanyi, Libor. Mullerova, Jarmila. "Influence of Surface Roughness on Optical Characteristics of Multilayer Solar Cells " Advances in Electrical and Electronic Engineering, vol. 12, nº 6, 2014, pp. 631-638.
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Comparación del desgaste por abrasión en la tela vaquera
Introducción
La forma y la función de un tejido vienen determinadas por su calidad y durabilidad. El uso diario de los tejidos provoca el desgaste del material, por ejemplo, el amontonamiento, 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.
Haga clic para leer la nota de aplicación completa.
¿Desgaste Rotativo o Lineal y COF? (Un estudio exhaustivo con el tribómetro Nanovea)
El desgaste es el proceso de eliminación y deformación 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 a alta velocidad de una concha de ostra
Las muestras grandes con geometrías complejas pueden resultar difíciles de trabajar debido a la preparación de la muestra, el tamaño, los ángulos agudos y la curvatura. En este estudio se escaneará una concha de ostra para demostrar la capacidad del sensor lineal Nanovea HS2000 para escanear una muestra biológica de gran tamaño y geometría compleja. Aunque en este estudio se utilizó una muestra biológica, los mismos conceptos pueden aplicarse a otras muestras.
Inspección del acabado superficial de los suelos de madera
Importancia de perfilar los acabados de la madera
En diversas industrias, la finalidad de un acabado para madera es proteger la superficie de madera de diversos tipos de daños, como químicos, mecánicos o biológicos, y/o proporcionar una estética visual específica. Tanto para los fabricantes como para los compradores, la cuantificación de las características superficiales de los acabados de la madera puede ser vital para el control de calidad o la optimización de los procesos de acabado de la madera. En esta aplicación, exploraremos las diversas características superficiales que pueden cuantificarse utilizando un perfilómetro 3D sin contacto Nanovea.
Cuantificar la cantidad de rugosidad y textura que existe en una superficie de madera puede ser esencial conocerla para asegurarse de que puede cumplir los requisitos de su aplicación. Perfeccionar el proceso de acabado o comprobar la calidad de las superficies de madera basándose en un método de inspección de superficies cuantificable, repetible y fiable permitiría a los fabricantes crear tratamientos de superficie controlados y a los compradores la posibilidad de inspeccionar y seleccionar materiales de madera que satisfagan sus necesidades.
Objetivo de medición
En este estudio, el sistema de alta velocidad Nanovea HS2000 perfilómetro equipado con un sensor de línea de perfilado sin contacto se utilizó para medir y comparar el acabado superficial de tres muestras de suelos: Antique Birch Hardwood, Courtship Grey Oak y Santos Mahogany. Mostramos la capacidad del perfilómetro sin contacto Nanovea para ofrecer velocidad y precisión en la medición de tres tipos de superficies y un análisis exhaustivo en profundidad de los escaneados.
Procedimiento de ensayo y procedimientos
Resultados y debate
Descripción de la muestra: Los suelos Courtship Grey Oak y Santos Mahogany son suelos laminados. Courtship Grey Oak es una muestra gris pizarra texturada de bajo brillo con un acabado EIR. Santos Mahogany es una muestra de color burdeos oscuro de alto brillo con preacabado. Antique Birch Hardwood tiene un acabado de óxido de aluminio de 7 capas, que proporciona protección contra el desgaste diario.
Madera dura de abedul antigua
Cortejo Roble gris
Santos Caoba
Debate
Existe una clara distinción entre el valor Sa de todas las muestras. La más suave fue la madera dura de abedul antiguo con un Sa de 1,716 µm, seguida de la caoba de Santos con un Sa de 2,388 µm, y aumentando significativamente para el roble gris de cortejo con un Sa de 11,17 µm. Los valores P y los valores R también son valores de rugosidad comunes que pueden utilizarse para evaluar la rugosidad de perfiles específicos a lo largo de la superficie. El roble gris cortejo posee una textura gruesa llena de rasgos similares a grietas a lo largo de la dirección celular y de fibra de la madera. Se realizaron análisis adicionales en la muestra de roble gris cortejo debido a la textura de su superficie. En la muestra de Courtship Grey Oak, se utilizaron rodajas para separar y calcular la profundidad y el volumen de las grietas de la superficie uniforme más plana.
Conclusión
En esta aplicación, hemos mostrado cómo puede utilizarse el perfilómetro de alta velocidad Nanovea HS2000 para inspeccionar el acabado superficial de muestras de madera de forma eficaz y eficiente. Las mediciones del acabado superficial pueden resultar importantes tanto para los fabricantes como para los consumidores de suelos de madera noble a la hora de comprender cómo pueden mejorar un proceso de fabricación o elegir el producto adecuado que mejor se adapte a una aplicación específica.
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Prueba de desgaste de la madera con el tribómetro Nanovea
Importancia de comparar el desgaste del acabado de la madera y el COF
La madera se ha utilizado durante miles de años como material de construcción para 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.
