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Category: Linear Tribology

 

Prueba de desgaste del revestimiento de PTFE

ENSAYO DE DESGASTE DEL REVESTIMIENTO DE PTFE

UTILIZANDO TRIBÓMETROS Y COMPROBADORES MECÁNICOS

Preparado por

DUANJIE LI, Doctor

INTRODUCCIÓN

El politetrafluoroetileno (PTFE), conocido comúnmente como teflón, es un polímero con un coeficiente de fricción (COF) excepcionalmente bajo y una excelente resistencia al desgaste, en función de las cargas aplicadas. El PTFE presenta una inercia química superior, un alto punto de fusión de 327°C (620°F) y mantiene una alta resistencia, tenacidad y autolubricación a bajas temperaturas. La excepcional resistencia al desgaste de los revestimientos de PTFE hace que sean muy solicitados en una amplia gama de aplicaciones industriales, como la automoción, la industria aeroespacial, la medicina y, sobre todo, los utensilios de cocina.

IMPORTANCIA DE LA EVALUACIÓN CUANTITATIVA DE LOS REVESTIMIENTOS DE PTFE

La combinación de un coeficiente de fricción (COF) superbajo, una excelente resistencia al desgaste y una excepcional inercia química a altas temperaturas hace del PTFE una opción ideal para los revestimientos antiadherentes de sartenes. Para mejorar aún más sus procesos mecánicos durante la I+D, así como para garantizar un control óptimo sobre la prevención de fallos y las medidas de seguridad en el proceso de control de calidad, es crucial disponer de una técnica fiable para evaluar cuantitativamente los procesos tribomecánicos de los revestimientos de PTFE. El control preciso de la fricción superficial, el desgaste y la adherencia de los revestimientos es esencial para garantizar su rendimiento previsto.

OBJETIVO DE MEDICIÓN

En esta aplicación, se simula el proceso de desgaste de un revestimiento de PTFE para una sartén antiadherente utilizando el Tribómetro NANOVEA en modo lineal alternativo.

NANOVEA T50

Tribómetro compacto de peso libre

SABER MÁS

Además, se utilizó el probador mecánico NANOVEA para realizar una prueba de adherencia por microarañazos con el fin de determinar la carga crítica del fallo de adherencia del revestimiento de PTFE.

NANOVEA PB1000

Comprobador mecánico de gran plataforma

SABER MÁS

PROCEDIMIENTO DE PRUEBA

PRUEBA DE DESGASTE

DESGASTE LINEAL ALTERNATIVO MEDIANTE TRIBÓMETRO

El comportamiento tribológico de la muestra de revestimiento de PTFE, incluyendo el coefficient de fricción (COF) y la resistencia al desgaste, se evaluó utilizando el NANOVEA Tribómetro en modo alternativo lineal. Se utilizó una punta esférica de acero inoxidable 440 con un diámetro de 3 mm (Grado 100) contra el revestimiento. Durante la prueba de desgaste del revestimiento de PTFE se controló continuamente el COF.

 

La tasa de desgaste, K, se calculó mediante la fórmula K=V/(F×s)=A/(F×n), donde V representa el volumen desgastado, F es la carga normal, s es la distancia de deslizamiento, A es el área transversal de la pista de desgaste y n es el número de carreras. Los perfiles de desgaste se evaluaron con el programa NANOVEA Profilómetro ópticoy se examinó la morfología de la huella de desgaste con un microscopio óptico.

PARÁMETROS DE LA PRUEBA DE DESGASTE

CARGAR 30 N
DURACIÓN DE LA PRUEBA 5 minutos
TASA DE DESLIZAMIENTO 80 rpm
AMPLITUD DE VÍA 8 mm
REVOLUCIONES 300
DIÁMETRO DE LA BOLA 3 mm
MATERIAL DE LA BOLA Acero inoxidable 440
LUBRICANTE Ninguno
ATMÓSFERA Aire
TEMPERATURA 230C (RT)
HUMEDAD 43%

PROCEDIMIENTO DE PRUEBA

PRUEBA DE RAYADO

PRUEBA DE ADHERENCIA AL MICROARAÑAZO CON UN COMPROBADOR MECÁNICO

La medición de la adherencia al rayado del PTFE se realizó utilizando el NANOVEA Comprobador mecánico con un palpador de diamante de 1200 Rockwell C (200 μm de radio) en el modo Micro Scratch Tester.

 

Para garantizar la reproducibilidad de los resultados, se realizaron tres pruebas en condiciones idénticas.

PARÁMETROS DE LA PRUEBA DE RAYADO

TIPO DE CARGA Progresiva
CARGA INICIAL 0,01 mN
CARGA FINAL 20 mN
TASA DE CARGA 40 mN/min
LONGITUD DEL RASPADO 3 mm
velocidad de rayado, dx/dt 6,0 mm/min
GEOMETRÍA DEL PENETRADOR 120o Rockwell C
MATERIAL INDENTADOR (punta) Diamante
RADIO DE LA PUNTA DEL PENETRADOR 200 μm

RESULTADOS Y DEBATE

DESGASTE LINEAL ALTERNATIVO MEDIANTE TRIBÓMETRO

El COF registrado in situ se muestra en la FIGURA 1. La muestra de ensayo mostró un COF de ~0,18 durante las 130 primeras revoluciones, debido a la baja pegajosidad del PTFE. Sin embargo, se produjo un aumento repentino del COF a ~1 una vez que el revestimiento se rompió, dejando al descubierto el sustrato subyacente. Tras las pruebas de movimiento alternativo lineal, se midió el perfil de desgaste con el NANOVEA Profilómetro óptico sin contactocomo se muestra en la FIGURA 2. A partir de los datos obtenidos, la tasa de desgaste correspondiente se calculó en ~2,78 × 10-3 mm3/Nm, mientras que la profundidad de la huella de desgaste se determinó en 44,94 µm.

Configuración de la prueba de desgaste del revestimiento de PTFE en el tribómetro NANOVEA T50.

FIGURA 1: Evolución del COF durante el ensayo de desgaste del revestimiento de PTFE.

FIGURA 2: Profile de extracción de la pista de desgaste PTFE.

PTFE Antes de la ruptura

COF máximo 0.217
Mín COF 0.125
COF medio 0.177

PTFE Después de la ruptura

COF máximo 0.217
Mín COF 0.125
COF medio 0.177

TABLA 1: COF antes y después de la rotura durante la prueba de desgaste.

RESULTADOS Y DEBATE

PRUEBA DE ADHERENCIA AL MICROARAÑAZO CON UN COMPROBADOR MECÁNICO

La adherencia del revestimiento de PTFE al sustrato se mide mediante ensayos de rayado con un estilete de diamante de 200 µm. La micrografía se muestra en la FIGURA 3 y FIGURA 4, la evolución del COF, y la profundidad de penetración en la FIGURA 5. Los resultados de la prueba de rayado del revestimiento de PTFE se resumen en la TABLA 4. A medida que aumentaba la carga sobre el estilete de diamante, éste penetraba progresivamente en el revestimiento, lo que provocaba un aumento del COF. Cuando se alcanzó una carga de ~8,5 N, se produjo la ruptura del revestimiento y la exposición del sustrato a alta presión, lo que dio lugar a un COF elevado de ~0,3. El bajo St Dev mostrado en la TABLA 2 demuestra la repetibilidad del ensayo de rayado del revestimiento de PTFE realizado con el Probador Mecánico NANOVEA.

FIGURA 3: Micrografía del rayado completo sobre PTFE (10X).

FIGURA 4: Micrografía del rayado completo sobre PTFE (10X).

FIGURA 5: Gráfico de fricción que muestra la línea del punto crítico de fallo para el PTFE.

Rasca Punto de fallo [N] Fuerza de rozamiento [N] COF
1 0.335 0.124 0.285
2 0.337 0.207 0.310
3 0.380 0.229 0.295
Media 8.52 2.47 0.297
St dev 0.17 0.16 0.012

TABLA 2: Resumen de la carga crítica, la fuerza de fricción y el COF durante la prueba de rayado.

CONCLUSIÓN

En este estudio, realizamos una simulación del proceso de desgaste de un revestimiento de PTFE para sartenes antiadherentes utilizando el tribómetro NANOVEA T50 en modo lineal alternativo. El recubrimiento de PTFE exhibió un bajo COF de ~0,18 el recubrimiento experimentó una ruptura alrededor de las 130 revoluciones. La evaluación cuantitativa de la adhesión del revestimiento de PTFE al sustrato metálico se realizó utilizando el comprobador mecánico NANOVEA, que determinó que la carga crítica del fallo de adhesión del revestimiento era de ~8,5 N en esta prueba.

 

Los tribómetros NANOVEA ofrecen capacidades de ensayo de desgaste y fricción precisas y repetibles mediante modos rotativos y lineales conformes a las normas ISO y ASTM. Ofrecen módulos opcionales para desgaste a alta temperatura, lubricación y tribocorrosión, todo integrado en un único sistema. Esta versatilidad permite a los usuarios simular entornos de aplicación reales con mayor precisión y comprender mejor los mecanismos de desgaste y las propiedades tribológicas de distintos materiales.

 

Los comprobadores mecánicos NANOVEA cuentan con módulos Nano, Micro y Macro, cada uno de los cuales incluye modos de ensayo de indentación, rayado y desgaste conformes con las normas ISO y ASTM, proporcionando la gama más amplia y fácil de usar de capacidades de ensayo disponibles en un solo sistema.

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Desgaste y fricción de la correa de polímero con un tribómetro

CINTURONES DE POLÍMERO

DESGASTE Y FRICCIÓN CON UN TRIBÓMETRO

Preparado por

DUANJIE LI, Doctor

INTRODUCCIÓN

La transmisión por correa transmite potencia y sigue el movimiento relativo entre dos o más ejes giratorios. Al ser una solución sencilla y económica con un mantenimiento mínimo, las transmisiones por correa se utilizan ampliamente en diversas aplicaciones, como sierras de disco, aserraderos, trilladoras, sopladores de silo y cintas transportadoras. Las transmisiones por correa pueden proteger la maquinaria de sobrecargas, así como amortiguar y aislar las vibraciones.

IMPORTANCIA DE LA EVALUACIÓN DEL DESGASTE DE LAS TRANSMISIONES POR CORREA

La fricción y el desgaste son inevitables en las correas de una máquina accionada por correa. Una fricción suficiente garantiza una transmisión eficaz de la potencia sin deslizamientos, pero una fricción excesiva puede desgastar rápidamente la correa. Durante el funcionamiento de la transmisión por correa se producen diferentes tipos de desgaste, como la fatiga, la abrasión y la fricción. Con el fin de prolongar la vida útil de la correa y reducir los costes y el tiempo de reparación y sustitución de la correa, es conveniente evaluar de forma fiable el desgaste de las correas para mejorar su vida útil, la eficacia de la producción y el rendimiento de la aplicación. La medición precisa del coeficiente de fricción y del índice de desgaste de la correa facilita la I+D y el control de calidad de la producción de correas.

Tribómetro neumático de alta carga

OBJETIVO DE MEDICIÓN

En este estudio, simulamos y comparamos los comportamientos de desgaste de correas con diferentes texturas superficiales para mostrar la capacidad de la NANOVEA Tribómetro T2000 en la simulación del proceso de desgaste de la correa de forma controlada y monitorizada.

NANOVEA

T2000

SABER MÁS

PROCEDIMIENTOS DE PRUEBA

El coeficiente de fricción, COF, y la resistencia al desgaste de dos correas con diferente rugosidad y textura superficial se evaluaron mediante el NANOVEA Alta carga Tribómetro utilizando un módulo de desgaste alternativo lineal. Como contramaterial se utilizó una bola de acero 440 (10 mm de diámetro). La rugosidad superficial y la huella de desgaste se examinaron utilizando un Perfilómetro 3D sin contacto. La tasa de desgaste, Kse 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 ha utilizado como ejemplo una bola lisa de acero 440, pero puede aplicarse cualquier material sólido con diferentes formas y acabados superficiales utilizando fijaciones personalizadas para simular la situación de aplicación real.

RESULTADOS Y DEBATE

La banda texturizada y la banda lisa tienen una rugosidad superficial Ra de 33,5 y 8,7 um, respectivamente, según los perfiles superficiales analizados tomados con un NANOVEA Perfilador óptico 3D sin contacto. El COF y la tasa de desgaste de las dos correas probadas se midieron a 10 N y 100 N, respectivamente, para comparar el comportamiento de desgaste de las correas a diferentes cargas.

FIGURA 1 muestra la evolución del COF de las correas durante las pruebas de desgaste. Las correas con diferentes texturas muestran comportamientos de desgaste sustancialmente diferentes. Resulta interesante que, tras el periodo de rodaje durante el cual el COF aumenta progresivamente, la correa texturizada alcanza un COF inferior de ~0,5 en las dos pruebas realizadas con cargas de 10 N y 100 N. En comparación, la correa lisa sometida a la carga de 10 N muestra un COF significativamente superior de~ 1,4 cuando el COF se estabiliza y se mantiene por encima de este valor durante el resto de la prueba. La correa lisa sometida a la carga de 100 N se desgastó rápidamente por la bola de acero 440 y formó una gran huella de desgaste. Por lo tanto, la prueba se detuvo a 220 revoluciones.

FIGURA 1: Evolución del COF de las correas a diferentes cargas.

En la FIGURA 2 se comparan las imágenes 3D de las huellas de desgaste después de las pruebas a 100 N. El perfilómetro 3D sin contacto NANOVEA ofrece una herramienta para analizar la morfología detallada de las huellas de desgaste, proporcionando más información sobre la comprensión fundamental del mecanismo de desgaste.

TABLA 1: Resultado del análisis de la pista de desgaste.

FIGURA 2:  Vista en 3D de las dos cintas
después de las pruebas a 100 N.

El perfil 3D de la huella de desgaste permite determinar de forma directa y precisa el volumen de la huella de desgaste calculado por el software de análisis avanzado, como se muestra en la TABLA 1. En una prueba de desgaste de 220 revoluciones, la correa lisa presenta una huella de desgaste mucho mayor y más profunda, con un volumen de 75,7 mm3, en comparación con un volumen de desgaste de 14,0 mm3 para la correa texturada tras una prueba de desgaste de 600 revoluciones. La fricción significativamente mayor de la correa lisa contra la bola de acero da lugar a un índice de desgaste 15 veces superior al de la correa texturada.

 

Una diferencia tan drástica de COF entre la banda texturizada y la banda lisa está posiblemente relacionada con el tamaño del área de contacto entre la banda y la bola de acero, lo que también conduce a su diferente rendimiento frente al desgaste. La FIGURA 3 muestra las huellas de desgaste de las dos correas bajo el microscopio óptico. El examen de las huellas de desgaste concuerda con la observación de la evolución del COF: La correa texturizada, que mantiene un COF bajo de ~0,5, no muestra ningún signo de desgaste después de la prueba de desgaste con una carga de 10 N. La correa lisa muestra una pequeña huella de desgaste a 10 N. Las pruebas de desgaste realizadas a 100 N crean huellas de desgaste sustancialmente mayores tanto en la correa texturizada como en la lisa, y la tasa de desgaste se calculará utilizando perfiles 3D, como se verá en el párrafo siguiente.

FIGURA 3:  Huellas de desgaste al microscopio óptico.

CONCLUSIÓN

En este estudio, mostramos la capacidad del Tribómetro NANOVEA T2000 para evaluar el coeficiente de fricción y la tasa de desgaste de las correas de una manera bien controlada y cuantitativa. La textura de la superficie desempeña un papel crítico en la resistencia a la fricción y al desgaste de las correas durante su funcionamiento en servicio. La correa texturizada presenta un coeficiente de fricción estable de ~0,5 y posee una larga vida útil, lo que se traduce en una reducción del tiempo y los costes de reparación o sustitución de las herramientas. En comparación, la excesiva fricción de la correa lisa contra la bola de acero desgasta rápidamente la correa. Además, la carga sobre la correa es un factor vital de su vida útil. La sobrecarga crea una fricción muy elevada, lo que acelera el desgaste de la correa.

El tribómetro NANOVEA T2000 ofrece pruebas de desgaste y fricción precisas y repetibles utilizando modos rotativos y lineales conformes a ISO y ASTM, con módulos opcionales de desgaste a alta temperatura, lubricación y tribocorrosión disponibles en un sistema preintegrado. NANOVEA es una solución ideal para determinar toda la gama de propiedades tribológicas de revestimientos, películas y sustratos finos o gruesos, blandos o duros.

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Pruebas de desgaste del pistón

Pruebas de desgaste del pistón

Using a Tribometer

Preparado por

FRANK LIU

INTRODUCCIÓN

Friction loss accounts for approximately 10% of total energy in fuel for a diesel engine[1]. 40-55% of the friction loss comes from the power cylinder system. The loss of energy from friction can be diminished with better understanding of the tribological interactions occurring in the power cylinder system.

A significant portion of the friction loss in the power cylinder system stems from the contact between the piston skirt and the cylinder liner. The interaction between the piston skirt, lubricant, and cylinder interfaces is quite complex due to the constant changes in force, temperature, and speed in a real life engine. Optimizing each factor is key to obtaining optimal engine performance. This study will focus on replicating the mechanisms causing friction forces and wear at the piston skirt-lubricant-cylinder liner (P-L-C) interfaces.

 Schematic of power cylinders system and piston skirt-lubricant-cylinder liner interfaces.

[1] Bai, Dongfang. Modeling piston skirt lubrication in internal combustion engines. Diss. MIT, 2012

IMPORTANCE OF TESTING PISTONS WITH TRIBOMETERS

Motor oil is a lubricant that is well-designed for its application. In addition to the base oil, additives such as detergents, dispersants, viscosity improver (VI), anti-wear/anti-friction agents, and corrosion inhibitors are added to improve its performance. These additives affect how the oil behaves under different operating conditions. The behavior of oil affects the P-L-C interfaces and determines if significant wear from metal-metal contact or if hydrodynamic lubrication (very little wear) is occurring.

It is difficult to understand the P-L-C interfaces without isolating the area from external variables. It is more practical to simulate the event with conditions that are representative of its real-life application. The NANOVEA Tribómetro is ideal for this. Equipped with multiple force sensors, depth sensor, a drop-by-drop lubricant module, and linear reciprocating stage, the NANOVEA T2000 is able to closely mimic events occurring within an engine block and obtain valuable data to better understand the P-L-C interfaces.

Liquid Module on the NANOVEA T2000 Tribometer

The drop-by-drop module is crucial for this study. Since pistons can move at a very fast rate (above 3000 rpm), it is difficult to create a thin film of lubricant by submerging the sample. To remedy this issue, the drop-by-drop module is able to consistently apply a constant amount of lubricant onto the piston skirt surface.

Application of fresh lubricant also removes concern of dislodged wear contaminants influencing the lubricant’s properties.

Tribómetro neumático de alta carga

NANOVEA T2000

High Load Tribometer

OBJETIVO DE MEDICIÓN

The piston skirt-lubricant-cylinder liner interfaces will be studied in this report. The interfaces will be replicated by conducting a linear reciprocating wear test with drop-by-drop lubricant module.

The lubricant will be applied at room temperature and heated conditions to compare cold start and optimal operation conditions. The COF and wear rate will be observed to better understand how the interfaces behaves in real-life applications.

PARÁMETROS DE PRUEBA

for tribology testing on pistons

CARGAR ………………………. 100 N

DURACIÓN DE LA PRUEBA ………………………. 30 min

VELOCIDAD ………………………. 2000 rpm

AMPLITUD ………………………. 10 mm

TOTAL DISTANCE ………………………. 1200 m

SKIRT COATING ………………………. Moly-graphite

PIN MATERIAL ………………………. Aluminum Alloy 5052

PIN DIAMETER ………………………. 10 mm

LUBRICANTE ………………………. Motor Oil (10W-30)

APPROX. FLOW RATE ………………………. 60 mL/min

TEMPERATURA ………………………. Room temp & 90°C

LINEAR RECIPROCATING TEST RESULTS

In this experiment, A5052 was used as the counter material. While engine blocks are usually made of cast aluminum such as A356, A5052 have mechanical properties similar to A356 for this simulative testing [2].

Under the testing conditions, significant wear was
observed on the piston skirt at room temperature
compared to at 90°C. The deep scratches seen on the samples suggest that contact between the static material and the piston skirt occurs frequently throughout the test. The high viscosity at room temperature may be restricting the oil from completely filling gaps at the interfaces and creating metal-metal contact. At higher temperature, the oil thins and is able to flow between the pin and the piston. As a result, significantly less wear is observed at higher temperature. FIGURE 5 shows one side of the wear scar wore significantly less than the other side. This is most likely due to the location of the oil output. The lubricant film thickness was thicker on one side than the other, causing uneven wearing.

 

 

[2] “5052 Aluminum vs 356.0 Aluminum.” MakeItFrom.com, makeitfrom.com/compare/5052-O-Aluminum/A356.0-SG70B-A13560-Cast-Aluminum

The COF of linear reciprocating tribology tests can be split into a high and low pass. High pass refers to the sample moving in the forward, or positive, direction and low pass refers to the sample moving in the reverse, or negative, direction. The average COF for the RT oil was observed to be under 0.1 for both directions. The average COF between passes were 0.072 and 0.080. The average COF of the 90°C oil was found to be different between passes. Average COF values of 0.167 and 0.09 were observed. The difference in COF gives additional proof that the oil was only able to properly wet one side of the pin. High COF was obtained when a thick film was formed between the pin and the piston skirt due to hydrodynamic lubrication occurring. Lower COF is observed in the other direction when mixed lubrication is occurring. For more information on hydrodynamic lubrication and mixed lubrication, please visit our application note on Stribeck Curves.

Cuadro 1: Results from lubricated wear test on pistons.

FIGURA 1: COF graphs for room temperature oil wear test A raw profile B high pass C low pass.

FIGURA 2: COF graphs for 90°C wear oil test A raw profile B high pass C low pass.

FIGURA 3: Optical image of wear scar from RT motor oil wear test.

FIGURA 4: Volume of a hole analysis of wear scar from RT motor oil wear test.

FIGURA 5: Profilometry scan of wear scar from RT motor oil wear test.

FIGURA 6: Optical image of wear scar from 90°C motor oil wear test

FIGURA 7: Volume of a hole analysis of wear scar from 90°C motor oil wear test.

FIGURA 8: Profilometry scan of wear scar from 90°C motor oil wear test.

CONCLUSIÓN

Lubricated linear reciprocating wear testing was conducted on a piston to simulate events occurring in a
real-life operational engine. The piston skirt-lubricant-cylinder liner interfaces is crucial to the operations of an engine. The lubricant thickness at the interface is responsible for energy loss due to friction or wear between the piston skirt and cylinder liner. To optimize the engine, the film thickness must be as thin as possible without allowing the piston skirt and cylinder liner to touch. The challenge, however, is how changes in temperature, speed, and force will affect the P-L-C interfaces.

With its wide range of loading (up to 2000 N) and speed (up to 15000 rpm), the NANOVEA T2000 tribometer is able to simulate different conditions possible in an engine. Possible future studies on this topic include how the P-L-C interfaces will behave under different constant load, oscillated load, lubricant temperature, speed, and lubricant application method. These parameters can be easily adjusted with the NANOVEA T2000 tribometer to give a complete understanding on the mechanisms of the piston skirt-lubricant-cylinder liner interfaces.

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Ensayos de desgaste por rozamiento Tribología

Evaluación del desgaste por rozamiento

EVALUACIÓN DEL DESGASTE POR ROZAMIENTO

Evaluación del desgaste por rozamiento en la aviación

Autor:

Doctor Duanjie Li

Revisado por

Jocelyn Esparza

Evaluación del desgaste por rozamiento en minería y metalurgia

INTRODUCCIÓN

El rozamiento es "un proceso especial de desgaste que se produce en la zona de contacto entre dos materiales sometidos a carga y sometidos a un movimiento relativo mínimo por vibración u otra fuerza". Cuando las máquinas están en funcionamiento, se producen inevitablemente vibraciones en las uniones atornilladas o con pasadores, entre componentes que no están destinados a moverse y en acoplamientos y cojinetes oscilantes. La amplitud de este movimiento de deslizamiento relativo suele ser del orden de micrómetros a milímetros. Este movimiento repetitivo de baja amplitud provoca un grave desgaste mecánico localizado y transferencia de material en la superficie, lo que puede reducir la eficacia de la producción, el rendimiento de la máquina o incluso dañarla.

Importancia de lo cuantitativo
Evaluación del desgaste por rozamiento

El desgaste por frotamiento a menudo implica varios mecanismos de desgaste complejos que tienen lugar en la superficie de contacto, incluida la abrasión de dos cuerpos, la adhesión y/o el desgaste por fatiga por frotamiento. Con el fin de comprender el mecanismo de desgaste por frotamiento y seleccionar el mejor material para la protección contra el desgaste por frotamiento, es necesaria una evaluación fiable y cuantitativa del desgaste por frotamiento. El comportamiento del desgaste por frotamiento se ve influido significativamente por el entorno de trabajo, como la amplitud de desplazamiento, la carga normal, la corrosión, la temperatura, la humedad y la lubricación. Un método versátil tribómetro que puedan simular las diferentes condiciones de trabajo realistas serán ideales para la evaluación del desgaste por rozamiento.

Steven R. Lampman, Manual ASM: Volumen 19: Fatiga y fractura
http://www.machinerylubrication.com/Read/693/fretting-wear

OBJETIVO DE MEDICIÓN

En este estudio, evaluamos los comportamientos de desgaste por rozamiento de una muestra de acero inoxidable SS304 a diferentes velocidades de oscilación y temperaturas para mostrar la capacidad de NANOVEA T50 Tribómetro en la simulación del proceso de desgaste por frotamiento del metal de forma bien controlada y supervisada.

NANOVEA

T50

CONDICIONES DE ENSAYO

La resistencia al desgaste por frotamiento de una muestra de acero inoxidable SS304 se evaluó mediante NANOVEA Tribómetro utilizando un módulo de desgaste alternativo lineal. Se utilizó una bola de WC (6 mm de diámetro) como contramaterial. La pista de desgaste se examinó utilizando un NANOVEA Perfilómetro 3D sin contacto. 

La prueba de rozamiento se realizó a temperatura ambiente (TA) y a 200 °C para estudiar el efecto de la alta temperatura en la resistencia al desgaste por frotamiento de la muestra SS304. Una placa calefactora situada en la platina de la muestra calentó la muestra durante el ensayo de desgaste por fricción a 200 °C. 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.

Tenga en cuenta que en este estudio se ha utilizado como ejemplo una bola de WC como contramaterial. Se puede aplicar cualquier material sólido con diferentes formas y acabados superficiales utilizando un accesorio personalizado para simular la situación de aplicación real.

PARÁMETROS DE PRUEBA

de las mediciones de desgaste

RESULTADOS Y DEBATE

El perfil 3D de la huella de desgaste permite determinar de forma directa y precisa la pérdida de volumen de la huella de desgaste calculada por el NANOVEA Software de análisis de montañas. 

El ensayo de desgaste alternativo a baja velocidad de 100 rpm y temperatura ambiente muestra una pequeña huella de desgaste de 0,014 mm.³. En comparación, la prueba de desgaste por rozamiento realizada a una velocidad elevada de 1.000 rpm crea una huella de desgaste sustancialmente mayor, con un volumen de 0,12 mm.³. Este proceso de desgaste acelerado puede atribuirse al elevado calor y a la intensa vibración generados durante el ensayo de desgaste por frotamiento, que favorecen la oxidación de los restos metálicos y provocan una abrasión severa de tres cuerpos. El ensayo de desgaste por frotamiento a una temperatura elevada de 200 °C forma una huella de desgaste mayor de 0,27 mm³.

La prueba de desgaste por rozamiento a 1000 rpm tiene una tasa de desgaste de 1,5×10-4 mm³/Nm, que es casi nueve veces superior a la del ensayo de desgaste alternativo a 100 rpm. La prueba de desgaste por rozamiento a temperatura elevada acelera aún más la tasa de desgaste hasta 3,4×10-4 mm³/Nm. Una diferencia tan significativa en la resistencia al desgaste medida a diferentes velocidades y temperaturas muestra la importancia de simulaciones adecuadas del desgaste por rozamiento para aplicaciones realistas.

El comportamiento del desgaste puede cambiar drásticamente cuando se introducen en el tribosistema pequeños cambios en las condiciones de ensayo. La versatilidad del NANOVEA El tribómetro permite medir el desgaste en diversas condiciones, como alta temperatura, lubricación, corrosión y otras. El control preciso de la velocidad y la posición mediante el motor avanzado permite a los usuarios realizar la prueba 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/pruebas investiguen el desgaste por rozamiento en diferentes condiciones tribológicas.

Pistas de desgaste por rozamiento en diversas condiciones

bajo el microscopio óptico

Huellas de desgaste por rozamiento en diversas condiciones bajo el microscopio óptico

PERFILES 3D WEAR TRACKs

profundizar en los conocimientos fundamentales
del mecanismo de desgaste por rozamiento

perfiles 3d de la pista de desgaste - trasteado

RESUMEN DE RESULTADOS DE LAS PISTAS DE DESGASTE

medido utilizando diferentes parámetros de ensayo

CONCLUSIÓN

En este estudio, mostramos la capacidad del NANOVEA Tribometer en la evaluación del comportamiento de desgaste por rozamiento de una muestra de acero inoxidable SS304 de forma bien controlada y cuantitativa. 

La velocidad y la temperatura de ensayo desempeñan un papel fundamental en la resistencia al desgaste por frotamiento de los materiales. El elevado calor y la intensa vibración durante el fretado provocaron un desgaste sustancialmente acelerado de la muestra de SS304 en cerca de nueve veces. La elevada temperatura de 200 °C aumentó la tasa de desgaste a 3,4×10-4 mm3/Nm. 

La versatilidad del NANOVEA El tribómetro lo convierte en una herramienta ideal para medir el desgaste por rozamiento en diversas condiciones, como alta temperatura, lubricación, corrosión y otras.

NANOVEA Los tribómetros ofrecen 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. Nuestra incomparable gama es una solución ideal para determinar toda la gama de propiedades tribológicas de revestimientos, películas y sustratos finos o gruesos, blandos o duros.

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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 en cuestión.

OBJETIVO DE MEDICIÓN

En este estudio, mostramos una Nanovea Tribómetro como herramienta ideal para comparar la resistencia al desgaste de diferentes 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 un índice de desgaste de 7,2×10-4 m3/N m. La bola de WC apenas presenta pequeños arañazos en la zona poco profunda de la pista de desgaste, lo que se traduce en un índice de desgaste significativamente reducido 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 superficie nueva 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

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, su soldabilidad y su 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 toda la prueba 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 considerablemente la vida útil de los equipos eléctricos en los que se utiliza el alambre 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 con una carga de ~12,6 N. En comparación, la capa protectora del alambre B falló con 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 cable 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 precisas y repetibles de desgaste y fricción 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.

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Efecto de la humedad en la tribología del revestimiento de DLC

Importance of Wear Evaluation on DLC in Humidity

Diamond-like carbon (DLC) coatings possess enhanced tribological properties, namely excellent wear resistance and a very low coefficient of friction (COF). DLC coatings impart diamond characteristics when deposited on different materials. Favorable tribo-mechanical properties make DLC coatings preferable in various industrial applications, such as aerospace parts, razor blades, metal cutting tools, bearings, motorcycle engines, and medical implants.

DLC coatings exhibit very low COF (below 0.1) against steel balls under high vacuum and dry conditions12. However, DLC coatings are sensitive to environmental condition changes, particularly relative humidity (RH)3. Environments with high humidity and oxygen concentration may lead to significant increase in COF4. Reliable wear evaluation in controlled humidity simulates realistic environmental conditions of DLC coatings for tribological applications. Users select the best DLC coatings for target applications with proper comparison
of DLC wear behaviors exposed to different humidity.



Objetivo de medición

This study showcases the Nanovea Tribómetro equipped with a humidity controller is the ideal tool for investigating wear behavior of DLC coatings at various relative humidity.

 

 



Procedimiento de ensayo

Friction and wear resistance of DLC coatings were evaluated by the Nanovea Tribometer. Test parameters are summarized in Table 1. A humidity controller attached to the tribo-chamber precisely controlled the relative humidity (RH) with an accuracy of ±1%. Wear tracks on DLC coatings and wear scars on SiN balls were examined using an optical microscope after tests.

Note: Any solid ball material can be applied to simulate the performance of different material coupling under environmental conditions such as in lubricant or high temperature.







Resultados y debate

DLC coatings are great for tribological applications due to their low friction and superior wear resistance. The DLC coating friction exhibits humidity dependent behavior shown in Figure 2. The DLC coating shows a very low COF of ~0.05 throughout the wear test in relatively dry conditions (10% RH). The DLC coating exhibits a constant COF of ~0.1 during the test as RH increases to 30%. The initial run-in stage of COF is observed in the first 2000 revolutions when RH rises above 50%. The DLC coating shows a maximum COF of ~0.20, ~0.26 and ~0.33 in RH of 50, 70 and 90%, respectively. Following the run-in period, the DLC coating COF stays constant at ~0.11, 0.13 and 0.20 in RH of 50, 70 and 90%, respectively.

 



Figure 3 compares SiN ball wear scars and Figure 4 compares DLC coating wear tracks after the wear tests. The diameter of the wear scar was smaller when the DLC coating was exposed to an environment with low humidity. Transfer DLC layer accumulates on the SiN ball surface during the repetitive sliding process at the contact surface. At this stage, the DLC coating slides against its own transfer layer which acts as an efficient lubricant to facilitate the relative motion and restrain further mass loss caused by shear deformation. A transfer film is observed in the wear scar of the SiN ball in low RH environments (e.g. 10% and 30%), resulting in a decelerated wear process on the ball. This wear process reflects on the DLC coating’s wear track morphology as shown in Figure 4. The DLC coating exhibits a smaller wear track in dry environments, due to the formation of a stable DLC transfer film at the contact interface which significantly reduces friction and wear rate.


 


Conclusión




Humidity plays a vital role in the tribological performance of DLC coatings. The DLC coating possesses significantly enhanced wear resistance and superior low friction in dry conditions due to the formation of a stable graphitic layer transferred onto the sliding counterpart (a SiN ball in this study). The DLC coating slides against its own transfer layer, which acts as an efficient lubricant to facilitate the relative motion and restrain further mass loss caused by shear deformation. A film is not observed on the SiN ball with increasing relative humidity, leading to an increased wear rate on the SiN ball and the DLC coating.

The Nanovea Tribometer offers repeatable wear and friction testing using ISO and ASTM compliant rotative and linear modes, with optional humidity modules available in one pre- integrated system. It allows users to simulate the work environment at different humidity, providing users an ideal tool to quantitatively assess the tribological behaviors of materials under different work conditions.



Learn More about the Nanovea Tribometer and Lab Service

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.

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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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)

Wear is the process of removal and deformation of material on a surface as a result of the mechanical action of the opposite surface. It is influenced by a variety of factors, including unidirectional sliding, rolling, speed, temperature, and many others. The study of wear, tribology, spans many disciplines, from physics and chemistry to mechanical engineering and material science. The complex nature of wear requires isolated studies toward specific wear mechanisms or processes, such as adhesive wear, abrasive wear, surface fatigue, fretting wear, and erosive wear. However, “Industrial Wear” commonly involves multiple wear mechanisms occurring in synergy.

Linear reciprocating and Rotative (Pin on Disk) wear tests are two widely used ASTM-compliant setups for measuring sliding wear behaviors of materials. Since the wear rate value of any wear test method is often used to predict the relative ranking of material combinations, it is extremely important to confirm the repeatability of the wear rate measured using different test setups. This enables users to carefully consider the wear rate value reported in the literature, which is critical in understanding the tribological characteristics of materials.

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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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