Notas de aplicación sobre tribología, humedad y gases - NANOVEA: perfilómetros, tribómetros, nanoindentadores y medidores de rayaduras avanzados para pruebas de materiales.

Prueba de desgaste por humedad del recubrimiento de vidrio mediante tribómetro

nanovea — Thu, 13 May 2021 19:40:10 +0000

Prueba de desgaste por humedad del recubrimiento de vidrio mediante tribómetro

Más información

HUMEDAD DEL RECUBRIMIENTO DE VIDRIO

PRUEBA DE DESGASTE MEDIANTE TRIBÓMETRO

Preparado por

DUANJIE LI, Doctorado

INTRODUCCIÓN

El recubrimiento autolimpiante para vidrio crea una superficie fácil de limpiar que evita la acumulación de mugre, suciedad y manchas. Su función autolimpiante reduce significativamente la frecuencia, el tiempo, la energía y los costos de limpieza, lo que lo convierte en una opción atractiva para una variedad de aplicaciones residenciales y comerciales, como fachadas de vidrio, espejos, vidrios de ducha, ventanas y parabrisas.

IMPORTANCIA DE LA RESISTENCIA AL DESGASTE DEL RECUBRIMIENTO DE VIDRIO AUTOLIMPIABLE

Una de las principales aplicaciones del recubrimiento autolimpiante es la superficie exterior de las fachadas acristaladas de los rascacielos. La superficie del vidrio suele verse afectada por partículas a gran velocidad arrastradas por fuertes vientos. Las condiciones meteorológicas también influyen considerablemente en la vida útil del recubrimiento del vidrio. El tratamiento superficial del vidrio y la aplicación de un nuevo recubrimiento cuando el antiguo falla pueden resultar muy difíciles y costosos. Por lo tanto, la resistencia al desgaste del recubrimiento del vidrio bajo
Las diferentes condiciones climáticas son fundamentales.

Para simular las condiciones ambientales reales del recubrimiento autolimpiante en diferentes condiciones climáticas, es necesario realizar una evaluación repetible del desgaste en condiciones de humedad controladas y supervisadas. Esto permite a los usuarios comparar adecuadamente la resistencia al desgaste de los recubrimientos autolimpiantes expuestos a diferentes niveles de humedad y seleccionar el mejor candidato para la aplicación deseada.

OBJETIVO DE MEDICIÓN

En este estudio, demostramos que el NANOVEA El tribómetro T100, equipado con un controlador de humedad, es una herramienta ideal para investigar la resistencia al desgaste de los recubrimientos de vidrio autolimpiables en diferentes condiciones de humedad.

NANOVEA

T100

PROCEDIMIENTOS DE PRUEBA

Los portaobjetos de microscopio de vidrio sodocálcico se recubrieron con recubrimientos de vidrio autolimpiables con dos fórmulas de tratamiento diferentes. Estos dos recubrimientos se identifican como Recubrimiento 1 y Recubrimiento 2. También se probó un portaobjetos de vidrio sin recubrimiento para comparar.

NANOVEA Tribómetro Se utilizó un módulo de control de humedad para evaluar el comportamiento tribológico, por ejemplo, el coeficiente de fricción (COF) y la resistencia al desgaste de los recubrimientos de vidrio autolimpiables. Se aplicó una punta de bola de WC (6 mm de diámetro) contra las muestras sometidas a prueba. El COF se registró in situ. El controlador de humedad conectado a la cámara tribológica controló con precisión el valor de humedad relativa (RH) en el rango de ±1 %. La morfología de la pista de desgaste se examinó con un microscopio óptico después de las pruebas de desgaste.

CARGA MÁXIMA 40 mN

RESULTADOS Y DISCUSIÓN

Se realizaron pruebas de desgaste con pasador sobre disco en diferentes condiciones de humedad sobre el vidrio recubierto y sin recubrir.
muestras. El COF se registró in situ durante las pruebas de desgaste, tal y como se muestra en FIGURA 1 y el COF promedio se resume en FIGURA 2. FIGURA 4 compara las huellas de desgaste tras las pruebas de desgaste.

Como se muestra en FIGURA 1, el vidrio sin recubrimiento presenta un alto coeficiente de fricción (COF) de ~0,45 una vez que comienza el movimiento de deslizamiento en el 30% RH, y aumenta progresivamente hasta ~0,6 al final de la prueba de desgaste de 300 revoluciones. En comparación, el
Las muestras de vidrio recubiertas Recubrimiento 1 y Recubrimiento 2 muestran un COF bajo, inferior a 0,2, al inicio de la prueba. El COF
El recubrimiento 2 se estabiliza en ~0,25 durante el resto de la prueba, mientras que el recubrimiento 1 muestra un fuerte aumento del COF en
~250 revoluciones y el COF alcanza un valor de ~0,5. Cuando las pruebas de desgaste se llevan a cabo en el 60% RH, el
El vidrio sin recubrimiento sigue mostrando un COF más alto, de ~0,45, a lo largo de toda la prueba de desgaste. Los recubrimientos 1 y 2 presentan valores de COF de 0,27 y 0,22, respectivamente. En el 90% RH, el vidrio sin recubrimiento posee un COF alto, de ~0,5, al final de la prueba de desgaste. Los recubrimientos 1 y 2 muestran un COF comparable de ~0,1 al inicio de la prueba de desgaste. El recubrimiento 1 mantiene un COF relativamente estable de ~0,15. Sin embargo, el recubrimiento 2 falla a las ~100 revoluciones, seguido de un aumento significativo del COF hasta ~0,5 hacia el final de la prueba de desgaste.

La baja fricción del recubrimiento de vidrio autolimpiante se debe a su baja energía superficial. Crea una estática muy alta.
ángulo de contacto con el agua y ángulo de rodadura bajo. Esto provoca la formación de pequeñas gotas de agua en la superficie del recubrimiento en el 90% RH, como se muestra bajo el microscopio en FIGURA 3. También da lugar a una disminución del COF medio de ~0,23 a ~0,15 para el recubrimiento 2 a medida que el valor de humedad relativa aumenta de 30% a 90%.

FIGURA 1: Coeficiente de fricción durante las pruebas de clavija sobre disco en diferentes condiciones de humedad relativa.

FIGURA 2: COF promedio durante las pruebas de pin-on-disk en diferentes condiciones de humedad relativa.

FIGURA 3: Formación de pequeñas gotas de agua en la superficie del vidrio recubierto.

FIGURA 4 compara las marcas de desgaste en la superficie del vidrio tras las pruebas de desgaste en diferentes condiciones de humedad. El recubrimiento 1 muestra signos de desgaste leve tras las pruebas de desgaste en condiciones de humedad relativa de 30% y 60%. Presenta una marca de desgaste considerable tras la prueba en condiciones de humedad relativa de 90%, lo que concuerda con el aumento significativo del COF durante la prueba de desgaste. El recubrimiento 2 casi no muestra signos de desgaste tras las pruebas de desgaste tanto en ambiente seco como húmedo, y también presenta un COF bajo y constante durante las pruebas de desgaste en diferentes condiciones de humedad. La combinación de buenas propiedades tribológicas y baja energía superficial hace que el recubrimiento 2 sea un buen candidato para aplicaciones de recubrimiento de vidrio autolimpiante en entornos difíciles. En comparación, el vidrio sin recubrimiento muestra mayores marcas de desgaste y un COF más alto en diferentes condiciones de humedad, lo que demuestra la necesidad de la técnica de recubrimiento autolimpiante.

FIGURA 4: Marcas de desgaste tras las pruebas de pin-on-disk en diferentes condiciones de humedad relativa (aumento de 200x).

CONCLUSIÓN

NANOVEA El tribómetro T100 es una herramienta superior para la evaluación y el control de calidad de los recubrimientos de vidrio autolimpiables en diferentes condiciones de humedad. La capacidad de medición in situ del COF permite a los usuarios correlacionar las diferentes etapas del proceso de desgaste con la evolución del COF, lo cual es fundamental para mejorar la comprensión básica del mecanismo de desgaste y las características tribológicas de los recubrimientos de vidrio. Basándonos en el análisis tribológico exhaustivo de los recubrimientos de vidrio autolimpiables probados en diferentes condiciones de humedad, demostramos que el recubrimiento 2 posee un COF bajo constante y una resistencia al desgaste superior tanto en entornos secos como húmedos, lo que lo convierte en un mejor candidato para aplicaciones de recubrimiento de vidrio autolimpiable expuestas a diferentes condiciones climáticas.

NANOVEA Los tribómetros ofrecen pruebas de desgaste y fricción precisas y repetibles utilizando modos rotativos y lineales que cumplen con las normas ISO y ASTM, con módulos opcionales de desgaste a alta temperatura, lubricación y tribocorrosión disponibles en un sistema preintegrado. Se encuentra disponible un perfilador 3D sin contacto opcional para alta
Imágenes 3D de alta resolución de la huella de desgaste, además de otras mediciones superficiales, como la rugosidad.

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Efecto de la humedad en la tribología del revestimiento de DLC

nanovea — Tue, 11 Feb 2020 14:38:38 +0000

Importancia de la evaluación del desgaste del DLC en condiciones de humedad

Los recubrimientos de carbono tipo diamante (DLC) poseen propiedades tribológicas mejoradas, concretamente una excelente resistencia al desgaste y un coeficiente de fricción (COF) muy bajo. Los recubrimientos de DLC imprimen características de diamante cuando se depositan sobre distintos materiales. Las propiedades tribo-mecánicas favorables hacen que los recubrimientos de DLC sean preferibles en diversas aplicaciones industriales, como piezas aeroespaciales, hojas de afeitar, herramientas de corte de metal, cojinetes, motores de motocicletas e implantes médicos.

Los revestimientos de DLC presentan un COF muy bajo (inferior a 0,1) frente a bolas de acero en condiciones de alto vacío y en seco.¹². Sin embargo, los recubrimientos de DLC son sensibles a los cambios de las condiciones ambientales, en particular a la humedad relativa (HR)³. Los entornos con alta humedad y concentración de oxígeno pueden provocar un aumento significativo del COF⁴. La evaluación fiable del desgaste en condiciones de humedad controlada simula las condiciones ambientales realistas de los revestimientos de DLC para aplicaciones tribológicas. Los usuarios seleccionan los mejores revestimientos de DLC para las aplicaciones deseadas mediante una comparación adecuada.
de los comportamientos de desgaste del DLC expuesto a diferentes humedades.

Objetivo de medición

Este estudio muestra la tecnología Nanovea Tribómetro equipado con un controlador de humedad es la herramienta ideal para investigar el comportamiento de desgaste de los recubrimientos de DLC a distintas humedades relativas.

Procedimiento de ensayo

La resistencia a la fricción y al desgaste de los recubrimientos de DLC se evaluó con el tribómetro Nanovea. Los parámetros de ensayo se resumen en la Tabla 1. Un controlador de humedad acoplado a la tribocámara controló con precisión la humedad relativa (HR) con una exactitud de ±1%. Las huellas de desgaste en los recubrimientos de DLC y las cicatrices de desgaste en las bolas de SiN se examinaron con un microscopio óptico después de las pruebas.

Nota: Se puede aplicar cualquier material de bola sólida para simular el rendimiento de acoplamiento de diferentes materiales en condiciones ambientales como en lubricante o alta temperatura.

Resultados y debate

Los recubrimientos de DLC son excelentes para aplicaciones tribológicas debido a su baja fricción y a su mayor resistencia al desgaste. La fricción del recubrimiento de DLC presenta un comportamiento dependiente de la humedad, como se muestra en la figura 2. El recubrimiento de DLC muestra un COF muy bajo de ~0,05 durante todo el ensayo de desgaste en condiciones relativamente secas (10% HR). El recubrimiento de DLC muestra un COF constante de ~0,1 durante la prueba a medida que la HR aumenta hasta 30%. La fase inicial de rodaje del COF se observa en las primeras 2000 revoluciones cuando la HR aumenta por encima de 50%. El revestimiento de DLC muestra un COF máximo de ~0,20, ~0,26 y ~0,33 en HR de 50, 70 y 90%, respectivamente. Tras el periodo de rodaje, el COF del revestimiento de DLC se mantiene constante en ~0,11, 0,13 y 0,20 con HR de 50, 70 y 90%, respectivamente.

La figura 3 compara las cicatrices de desgaste de las bolas de SiN y la figura 4 compara las huellas de desgaste del recubrimiento de DLC tras las pruebas de desgaste. El diámetro de la cicatriz de desgaste era menor cuando el recubrimiento de DLC se exponía a un entorno con baja humedad. La capa de DLC transferida se acumula en la superficie de la bola de SiN durante el proceso de deslizamiento repetitivo en la superficie de contacto. En esta fase, el recubrimiento de DLC se desliza contra su propia capa de transferencia, que actúa como un lubricante eficaz para facilitar el movimiento relativo y frenar la pérdida de masa adicional causada por la deformación por cizallamiento. Se observa una película de transferencia en la cicatriz de desgaste de la bola de SiN en entornos de baja HR (por ejemplo, 10% y 30%), lo que da lugar a un proceso de desgaste desacelerado de la bola. Este proceso de desgaste se refleja en la morfología de la pista de desgaste del recubrimiento de DLC, como se muestra en la figura 4. El recubrimiento de DLC muestra una pista de desgaste más pequeña en ambientes secos, debido a la formación de una película de transferencia de DLC estable en la interfaz de contacto que reduce significativamente la fricción y la tasa de desgaste.

Conclusión

La humedad desempeña un papel fundamental en el rendimiento tribológico de los recubrimientos de DLC. El recubrimiento de DLC posee una resistencia al desgaste significativamente mejorada y una baja fricción superior en condiciones secas debido a la formación de una capa grafítica estable transferida a la contraparte deslizante (una bola de SiN en este estudio). El recubrimiento de DLC se desliza contra su propia capa de transferencia, que actúa como un lubricante eficaz para facilitar el movimiento relativo y frenar la pérdida de masa adicional causada por la deformación por cizallamiento. No se observa una película en la bola de SiN con el aumento de la humedad relativa, lo que conduce a un aumento de la tasa de desgaste en la bola de SiN y el recubrimiento de DLC.

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 humedad disponibles en un sistema preintegrado. Permite a los usuarios simular el entorno de trabajo a diferentes humedades, proporcionando a los usuarios una herramienta ideal para evaluar cuantitativamente los comportamientos tribológicos de los materiales en diferentes condiciones de trabajo.

Más información sobre el tribómetro Nanovea y el servicio de laboratorio

1 C. Donnet, Surf. Coat. Technol. 100-101 (1998) 180.

2 K. Miyoshi, B. Pohlchuck, K.W. Street, J.S. Zabinski, J.H. Sanders, A.A. Voevodin, R.L.C. Wu, Wear 225-229 (1999) 65.- K. Miyoshi.

3 R. Gilmore, R. Hauert, Surf. Coat. Technol. 133-134 (2000) 437.

4 R. Memming, H.J. Tolle, P.E. Wierenga, Thin Solid Coatings 143 (1986) 31

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