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AR Categoría: Pruebas de laboratorio
Efecto de la humedad en la tribología del revestimiento de DLC
Importancia de la evaluación del desgaste del DLC en la 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 DLC imparten características de diamante cuando se depositan sobre diferentes materiales. Las propiedades tribomecánicas favorables hacen que los recubrimientos DLC sean preferibles en diversas aplicaciones industriales, como piezas aeroespaciales, hojas de afeitar, herramientas de corte de metales, cojinetes, motores de motocicletas e implantes médicos.
Los recubrimientos DLC exhiben un COF muy bajo (por debajo de 0,1) frente a bolas de acero en condiciones secas y de alto vacío.12. Sin embargo, los revestimientos de DLC son sensibles a los cambios de las condiciones ambientales, en particular a la humedad relativa (RH)3. Los entornos con alta humedad y concentración de oxígeno pueden provocar un aumento significativo del COF4. La evaluación confiable del desgaste en humedad controlada simula condiciones ambientales realistas de los recubrimientos DLC para aplicaciones tribológicas. Los usuarios seleccionan los mejores recubrimientos DLC para aplicaciones específicas con una comparación adecuada
de los comportamientos de desgaste del DLC expuestos a diferentes humedades.
Objetivo de medición
Este estudio muestra la Nanovea Tribómetro equipado con un controlador de humedad es la herramienta ideal para investigar el comportamiento de desgaste de los recubrimientos DLC con diversas humedades relativas.
Procedimiento de prueba
La resistencia a la fricción y al desgaste de los recubrimientos DLC se evaluó mediante el tribómetro Nanovea. Los parámetros de prueba se resumen en la Tabla 1. Un controlador de humedad conectado a la cámara tribo controló con precisión la humedad relativa (RH) con una precisión de ±1%. Después de las pruebas, se examinaron las huellas de desgaste en los recubrimientos de DLC y las cicatrices de desgaste en las bolas de SiN mediante un microscopio óptico.
Nota: Se puede aplicar cualquier material de bola sólida para simular el rendimiento de acoplamientos de diferentes materiales en condiciones ambientales como lubricantes o altas temperaturas.
Resultados y discusión
Los recubrimientos de DLC son excelentes para las aplicaciones tribológicas debido a su baja fricción y a su mayor resistencia al desgaste. La fricción del recubrimiento de DLC muestra un comportamiento dependiente de la humedad que se muestra en la Figura 2. El recubrimiento de DLC muestra un COF muy bajo de ~0,05 durante toda la prueba de desgaste en condiciones relativamente secas (10% RH). 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 se eleva por encima de 50%. El revestimiento de DLC muestra un COF máximo de ~0,20, ~0,26 y ~0,33 en RH 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 en RH de 50, 70 y 90%, respectivamente.
En la figura 3 se comparan las cicatrices de desgaste de las bolas de SiN y en la figura 4 se comparan las huellas de desgaste del recubrimiento de DLC después de las pruebas de desgaste. El diámetro de la cicatriz de desgaste era menor cuando el recubrimiento de DLC se exponía a un entorno con poca humedad. La capa de DLC de transferencia se acumula en la superficie de la bola de SiN durante el proceso de deslizamiento repetitivo en la superficie de contacto. En esta etapa, 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 en 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 juega un papel vital en el rendimiento tribológico de los recubrimientos DLC. El recubrimiento DLC posee una resistencia al desgaste significativamente mejorada y una baja fricción superior en condiciones secas debido a la formación de una capa de grafito estable transferida a la contraparte deslizante (una bola de SiN en este estudio). El recubrimiento DLC se desliza contra su propia capa de transferencia, que actúa como un lubricante eficaz para facilitar el movimiento relativo y frenar una mayor pérdida de masa causada por la deformación por cizallamiento. No se observa una película en la bola de SiN al aumentar la humedad relativa, lo que lleva a una mayor tasa de desgaste en la bola de SiN y el recubrimiento de DLC.
El tribómetro Nanovea ofrece pruebas repetibles de desgaste y fricción utilizando modos rotativos y lineales que cumplen con ISO y ASTM, con módulos de humedad opcionales disponibles en un sistema preintegrado. Permite a los usuarios simular el entorno de trabajo con diferente humedad, proporcionando a los usuarios una herramienta ideal para evaluar cuantitativamente el comportamiento tribológico 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.
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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Análisis de la superficie en 3D de un centavo con perfilometría sin contacto
Importancia de la perfilometría sin contacto para las monedas
La moneda es muy valorada en la sociedad moderna porque se intercambia por bienes y servicios. Las monedas y los billetes circulan por las manos de muchas personas. La transferencia constante de moneda física crea deformaciones en la superficie. El 3D de Nanovea Perfilómetro escanea la topografía de monedas acuñadas en diferentes años para investigar las diferencias superficiales.
Las características de las monedas son fácilmente reconocibles para el público en general ya que son objetos comunes. Un centavo es ideal para presentar la fortaleza del software avanzado de análisis de superficies de Nanovea: Mountains 3D. Los datos de superficie recopilados con nuestro perfilómetro 3D permiten análisis de alto nivel en geometría compleja con resta de superficie y extracción de contornos 2D. La sustracción de superficies con una máscara, sello o molde controlado compara la calidad de los procesos de fabricación, mientras que la extracción de contornos identifica tolerancias con análisis dimensional. El software 3D Profilometer y Mountains 3D de Nanovea investiga la topografía submicrónica de objetos aparentemente simples, como monedas de un centavo.
Objetivo de medición
Se escaneó toda la superficie superior de cinco céntimos utilizando el sensor de líneas de alta velocidad de Nanovea. El radio interior y exterior de cada penique se midió con el software de análisis avanzado de Mountains. Una extracción de la superficie de cada penique en un área de interés con sustracción directa de la superficie cuantificó la deformación de la superficie.
Resultados y discusión
Superficie 3D
El perfilómetro Nanovea HS2000 tardó sólo 24 segundos en escanear 4 millones de puntos en un área de 20 mm x 20 mm con un tamaño de paso de 10um x 10um para adquirir la superficie de un centavo. A continuación se muestra un mapa de alturas y una visualización en 3D del escaneado. La vista en 3D muestra la capacidad del sensor de alta velocidad para captar pequeños detalles imperceptibles para el ojo. En la superficie de la moneda de un céntimo se aprecian muchos pequeños arañazos. En la vista 3D se investigan la textura y la rugosidad de la moneda.
Análisis dimensional
Se extrajeron los contornos del centavo y mediante un análisis dimensional se obtuvieron los diámetros interior y exterior de la característica del borde. El radio exterior tenía una media de 9,500 mm ± 0,024, mientras que el radio interior tenía una media de 8,960 mm ± 0,032. Otros análisis dimensionales que Mountains 3D puede realizar en fuentes de datos 2D y 3D son las mediciones de distancia, la altura de los escalones, la planaridad y los cálculos de ángulos.
Sustracción de Superficies
La figura 5 muestra la zona de interés para el análisis de sustracción de superficies. El centavo de 2007 se utilizó como superficie de referencia para los cuatro centavos más antiguos. La sustracción de la superficie del centavo de 2007 muestra las diferencias entre los centavos con agujeros/picos. La diferencia de volumen total de la superficie se obtiene sumando los volúmenes de los agujeros/picos. El error RMS se refiere a la concordancia entre las superficies de los peniques.
Conclusión:
El High-Speed HS2000L de Nanovea escaneó cinco monedas de un centavo acuñadas en diferentes años. El software Mountains 3D comparó las superficies de cada moneda mediante la extracción de contornos, el análisis dimensional y la sustracción de superficies. El análisis define claramente el radio interior y exterior entre los peniques, a la vez que compara directamente las diferencias de las características de la superficie. Con la capacidad del perfilómetro 3D de Nanovea para medir cualquier superficie con una resolución a nivel nanométrico, combinada con las capacidades de análisis de Mountains 3D, las posibles aplicaciones de investigación y control de calidad son infinitas.
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Acabado dimensional y superficial de los tubos poliméricos
Importancia del análisis dimensional y superficial de los tubos poliméricos
Los tubos fabricados con material polimérico se utilizan comúnmente en muchas industrias que van desde la automoción, la médica, la eléctrica y muchas otras categorías. En este estudio, se estudiaron catéteres médicos fabricados de diferentes materiales poliméricos utilizando Nanovea. Perfilómetro 3D sin contacto para medir la rugosidad, la morfología y las dimensiones de la superficie. La rugosidad de la superficie es crucial para los catéteres, ya que muchos de los problemas que presentan, como las infecciones, los traumatismos y las inflamaciones, pueden estar relacionados con la superficie del catéter. Las propiedades mecánicas, como el coeficiente de fricción, también pueden estudiarse observando las propiedades de la superficie. Estos datos cuantificables pueden obtenerse para garantizar que el catéter pueda utilizarse en aplicaciones médicas.
En comparación con la microscopía óptica y la microscopía electrónica, la perfilometría 3D sin contacto que utiliza el cromatismo axial es muy preferible para caracterizar las superficies de los catéteres debido a su capacidad para medir los ángulos/la curvatura, la posibilidad de medir las superficies de los materiales a pesar de la transparencia o la reflectividad, la preparación mínima de las muestras y su carácter no invasivo. A diferencia de la microscopía óptica convencional, la altura de la superficie puede obtenerse y utilizarse para el análisis computacional; por ejemplo, encontrar las dimensiones y eliminar la forma para encontrar la rugosidad de la superficie. La escasa preparación de la muestra, a diferencia de la microscopía electrónica, y la naturaleza sin contacto también permiten una rápida recogida de datos sin temor a la contaminación y a los errores derivados de la preparación de la muestra.
Objetivo de medición
En esta aplicación, el perfilómetro sin contacto Nanovea 3D se utiliza para escanear la superficie de dos catéteres: uno de TPE (elastómero termoplástico) y otro de PVC (cloruro de polivinilo). Se obtendrán y compararán los parámetros de morfología, dimensión radial y altura de los dos catéteres.
Resultados y discusión
Superficie 3D
A pesar de la curvatura de los tubos poliméricos, el perfilómetro sin contacto Nanovea 3D puede escanear la superficie de los catéteres. A partir del escaneo realizado, se puede obtener una imagen en 3D para una inspección visual rápida y directa de la superficie.
Análisis dimensional 2D
La dimensión radial exterior se obtuvo extrayendo un perfil del escaneo original y ajustando un arco al perfil. Esto demuestra la capacidad del perfilómetro 3D sin contacto para llevar a cabo un rápido análisis dimensional para aplicaciones de control de calidad. También se pueden obtener fácilmente múltiples perfiles a lo largo de la longitud del catéter.
Análisis de la superficie Rugosidad
La dimensión radial exterior se obtuvo extrayendo un perfil del escaneo original y ajustando un arco al perfil. Esto demuestra la capacidad del perfilómetro 3D sin contacto para llevar a cabo un rápido análisis dimensional para aplicaciones de control de calidad. También se pueden obtener fácilmente múltiples perfiles a lo largo de la longitud del catéter.
Conclusión:
En esta aplicación, hemos mostrado cómo el perfilómetro sin contacto Nanovea 3D puede utilizarse para caracterizar tubos poliméricos. En concreto, se obtuvo la metrología de la superficie, las dimensiones radiales y la rugosidad de la superficie de los catéteres médicos. Se comprobó que el radio exterior del catéter de TPE era de 2,40 mm, mientras que el catéter de PVC era de 1,27 mm. La superficie del catéter de TPE resultó ser más rugosa que la del catéter de PVC. El Sa del TPE era de 0,9740µm en comparación con el 0,1791µm del PVC. Aunque se utilizaron catéteres médicos para esta aplicación, la perfilometría 3D sin contacto puede aplicarse también a una gran variedad de superficies. Los datos y cálculos que se pueden obtener no se limitan a lo que se muestra.
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Evaluación de la dureza de los dientes mediante nanoindentación
Importancia de la nanoindentación para los materiales biológicos
Con muchos ensayos mecánicos tradicionales (dureza, adherencia, compresión, punción, límite elástico, etc.), los entornos actuales de control de calidad con materiales sensibles avanzados, desde geles hasta materiales quebradizos, requieren ahora un control de mayor precisión y fiabilidad. La instrumentación mecánica tradicional no proporciona el control de carga sensible y la resolución requerida; está diseñada para utilizarse con materiales a granel. A medida que aumentaba el interés por el tamaño del material sometido a ensayo, surgió el desarrollo de Nanoindentación han proporcionado un método fiable para obtener información mecánica esencial en superficies más pequeñas, como la investigación que se realiza con biomateriales. Los retos específicamente asociados a los biomateriales han exigido el desarrollo de ensayos mecánicos capaces de controlar con precisión la carga en materiales extremadamente blandos a quebradizos. Además, se necesitan varios instrumentos para realizar diversas pruebas mecánicas que ahora pueden realizarse en un único sistema. La nanoindentación ofrece una amplia gama de mediciones con una resolución precisa en cargas nanocontroladas para aplicaciones sensibles.
Objetivo de medición
En esta aplicación, el Nanovea Probador Mecánico, en modo Nanoindentación, se utiliza para estudiar la dureza y el módulo elástico de la dentina, la caries y la pulpa de un diente. El aspecto más crítico de las pruebas de nanoindentación es asegurar la muestra; aquí tomamos un diente cortado y lo montamos con epoxi dejando las tres áreas de interés expuestas para la prueba.
Resultados y discusión
Esta sección incluye una tabla resumen que compara los principales resultados numéricos de las diferentes muestras, seguida de los listados de resultados completos, que incluyen cada indentación realizada, acompañados de micrografías de la indentación, cuando están disponibles. Estos resultados completos presentan los valores medidos de dureza y módulo de Young como la profundidad de penetración con sus medias y desviaciones estándar. Hay que tener en cuenta que pueden producirse grandes variaciones en los resultados en el caso de que la rugosidad de la superficie esté en el mismo rango de tamaño que la indentación.
Tabla resumen de los principales resultados numéricos:
Conclusión:
En conclusión, hemos mostrado cómo el Nanovea Mechanical Tester, en modo de nanoindentación, proporciona una medición precisa de las propiedades mecánicas de un diente. Los datos pueden utilizarse en el desarrollo de empastes que se ajusten mejor a las características mecánicas de un diente real. La capacidad de posicionamiento del Nanovea Mechanical Tester permite un mapeo completo de la dureza de los dientes en las distintas zonas.
Utilizando el mismo sistema, es posible ensayar la tenacidad a la fractura del material de los dientes con cargas más altas, hasta 200N. Se puede utilizar un ensayo de carga de varios ciclos en materiales más porosos para evaluar el nivel de elasticidad restante. El uso de una punta de diamante cilíndrica plana puede proporcionar información sobre el límite elástico en cada zona. Además, con el "Análisis Mecánico Dinámico" DMA, se pueden evaluar las propiedades viscoelásticas, incluidos los módulos de pérdida y almacenamiento.
El nano módulo Nanovea es ideal para estas pruebas porque utiliza una respuesta de retroalimentación única para controlar con precisión la carga aplicada. Gracias a ello, el módulo nano también puede utilizarse para realizar ensayos precisos de nano arañazos. El estudio de la resistencia al rayado y al desgaste del material dental y de los materiales de obturación se suma a la utilidad general del comprobador mecánico. El uso de una punta afilada de 2 micras para comparar cuantitativamente el deterioro de los materiales de obturación permitirá predecir mejor el comportamiento en aplicaciones reales. Las pruebas de desgaste de varias pasadas o de desgaste rotativo directo son también pruebas comunes que proporcionan información importante sobre la viabilidad a largo plazo.
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Evaluación de la fricción a velocidades extremadamente bajas
Importancia de la evaluación de la fricción a bajas velocidades
La fricción es la fuerza que resiste el movimiento relativo de las superficies sólidas que se deslizan una contra otra. Cuando se produce el movimiento relativo de estas dos superficies en contacto, la fricción en la interfaz convierte la energía cinética en calor. Este proceso también puede provocar el desgaste del material y, por tanto, la degradación del rendimiento de las piezas en uso.
Con una gran relación de estiramiento, alta resiliencia, así como grandes propiedades de impermeabilidad y resistencia al desgaste, el caucho se aplica ampliamente en una variedad de aplicaciones y productos en los que la fricción desempeña un papel importante, como los neumáticos de los automóviles, las escobillas del limpiaparabrisas. las suelas de los zapatos y muchos otros. Dependiendo de la naturaleza y los requisitos de estas aplicaciones, se desea una fricción alta o baja contra diferentes materiales. En consecuencia, resulta fundamental una medición controlada y fiable de la fricción del caucho contra diversas superficies.
Objetivo de medición
El coeficiente de fricción (COF) del caucho contra diferentes materiales se mide de forma controlada y monitorizada mediante el Nanovea Tribómetro. En este estudio, nos gustaría mostrar la capacidad del Nanovea Tribometer para medir el COF de diferentes materiales a velocidades extremadamente bajas.
Resultados y discusión
El coeficiente de fricción (COF) de las bolas de caucho (6 mm de diámetro, RubberMill) sobre tres materiales (acero inoxidable SS 316, Cu 110 y acrílico opcional) se evaluó mediante el tribómetro Nanovea. Las muestras metálicas probadas se pulieron mecánicamente hasta conseguir un acabado superficial similar al de un espejo antes de la medición. La ligera deformación de la bola de goma bajo la carga normal aplicada creó un área de contacto, que también ayuda a reducir el impacto de las asperezas o la falta de homogeneidad del acabado de la superficie de la muestra en las mediciones del COF. Los parámetros de la prueba se resumen en la Tabla 1.
El COF de una pelota de goma contra diferentes materiales a cuatro velocidades distintas se muestra en la Figura 2, y en la figura 3 se resumen y comparan los COF medios calculados automáticamente por el software. Resulta interesante que las muestras metálicas (SS 316 y Cu 110) muestran un aumento significativo de los COF a medida que la velocidad de rotación aumenta desde un valor muy bajo de 0,01 rpm hasta 5 rpm -el valor del COF de la pareja caucho/SS 316 aumenta de 0,29 a 0,8, y de 0,65 a 1,1 para la pareja caucho/Cu 110. Este hallazgo coincide con los resultados comunicados por varios laboratorios. Como propone Grosch4 La fricción del caucho viene determinada principalmente por dos mecanismos: (1) la adhesión entre el caucho y el otro material, y (2) las pérdidas de energía debidas a la deformación del caucho causada por las asperezas de la superficie. Schallamach5 observaron ondas de desprendimiento del caucho del contramaterial a través de la interfaz entre las esferas de caucho blando y una superficie dura. La fuerza que ejerce el caucho para desprenderse de la superficie del sustrato y la velocidad de las ondas de desprendimiento pueden explicar la diferente fricción a diferentes velocidades durante la prueba.
En comparación, la pareja de material de caucho/acrílico presenta un alto COF a diferentes velocidades de rotación. El valor del COF aumenta ligeramente de ~ 1,02 a ~ 1,09 a medida que la velocidad de rotación aumenta de 0,01 rpm a 5 rpm. Este elevado COF se atribuye posiblemente a una mayor unión química local en la cara de contacto formada durante las pruebas.
Conclusión:
En este estudio, mostramos que a velocidades extremadamente bajas, el caucho muestra un comportamiento de fricción peculiar: su fricción contra una superficie dura aumenta con el incremento de la velocidad del movimiento relativo. El caucho muestra una fricción diferente cuando se desliza sobre diferentes materiales. El Tribómetro Nanovea puede evaluar las propiedades de fricción de los materiales de forma controlada y monitorizada a diferentes velocidades, lo que permite a los usuarios mejorar la comprensión fundamental del mecanismo de fricción de los materiales y seleccionar la mejor pareja de materiales para las aplicaciones de ingeniería tribológica previstas.
El tribómetro Nanovea ofrece pruebas de desgaste y fricción precisas y repetibles mediante modos rotativos y lineales conformes a las normas ISO y ASTM, con módulos opcionales de desgaste a alta temperatura, lubricación y tribo-corrosión disponibles en un sistema preintegrado. Es capaz de controlar la etapa rotativa a velocidades extremadamente bajas, de hasta 0,01 rpm, y supervisar la evolución de la fricción in situ. La gama inigualable 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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Tribología de los 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. Los 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 los polímeros sintéticos puede optimizarse para conseguir propiedades físicas únicas como la tenacidad, la viscoelasticidad, la 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 que se forma durante el proceso de desgaste. Para garantizar que los polímeros poseen una resistencia al desgaste suficiente en las condiciones de servicio, es necesario realizar 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 la tensión concentrada, el desgaste y la alta temperatura, etc.
OBJETIVO DE MEDICIÓN
En este estudio, demostramos que Nanovea Tribómetro Es una herramienta ideal para comparar la fricción y la resistencia al desgaste de diferentes polímeros de una manera cuantitativa y bien controlada.
PROCEDIMIENTO DE PRUEBA
El coeficiente de fricción (COF) y la resistencia al desgaste de diferentes polímeros comunes fueron evaluados mediante el tribómetro Nanovea. Como material contador se utilizó una bola de Al2O3 (pasador, muestra estática). Las pistas de desgaste de los polímeros (muestras dinámicas giratorias) se midieron utilizando un perfilómetro 3D sin contacto y microscopio óptico una vez concluidas las pruebas. Cabe señalar que, como opción, se puede utilizar un sensor endoscópico sin contacto para medir la profundidad a la que penetra el pasador en la muestra dinámica durante una prueba de desgaste. Los parámetros de prueba se resumen en la Tabla 1. La tasa de desgaste, K, se evaluó utilizando la fórmula K=Vl(Fxs), donde V es el volumen desgastado, F es la carga normal y s es la distancia de deslizamiento.
Hay que tener en cuenta que en este estudio se utilizaron bolas de Al2O3 como contramaterial. Se puede sustituir por cualquier material sólido para simular mejor el comportamiento de dos muestras en condiciones reales de aplicación.
RESULTADOS Y DISCUSIÓN
La tasa 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 un 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 toda la prueba de desgaste. El COF suave implica que se forma un tribo-contacto estable.
En la Figura 3 y la Figura 4 se comparan las huellas de desgaste de las muestras de polímero después de la prueba medida por 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 la tasa de desgaste más alta, de 0,1121m3/N m. En la huella de desgaste del CPVC aparecen profundas cicatrices de desgaste paralelas.
CONCLUSIÓN
La resistencia al desgaste de los polímeros desempeña un papel fundamental en su rendimiento de servicio. En este estudio, mostramos que el tribómetro Nanovea evalúa el coeficiente de fricción y la tasa de desgaste de diferentes polímeros en un
de manera bien controlada y cuantitativa. El HDPE muestra el COF más bajo de ~0,15 entre los polímeros probados. Las muestras de HDPE, Nylon 66 y Polipropileno poseen bajas tasas 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 las aplicaciones tribológicas de los polímeros.
El perfilómetro 3D sin contacto in situ permite medir con precisión el volumen de desgaste y ofrece una herramienta para analizar la morfología detallada de las huellas de desgaste, proporcionando más información sobre la comprensión fundamental de los mecanismos de desgaste
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Acabado de la superficie del panel de nido de abeja con perfilometría 3D
INTRODUCCIÓN
La rugosidad, la porosidad y la textura de la superficie del panel alveolar son fundamentales para cuantificar el diseño final del panel. Estas cualidades de la superficie pueden estar directamente relacionadas con la estética y las características funcionales de la superficie del panel. Una mejor comprensión de la textura y la porosidad de la superficie puede ayudar a optimizar el procesamiento y la fabricación de la superficie del panel. Se necesita una medición cuantitativa, precisa y fiable de la superficie del panel alveolar para controlar los parámetros de la 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 alveolares con diferentes acabados superficiales. Mostramos la Nanovea perfilómetro sin contactoLa capacidad de proporcionar mediciones de perfiles 3D rápidas y precisas y un análisis exhaustivo y en profundidad del acabado de la superficie.
RESULTADOS Y DISCUSIÓN
Se midió la superficie de dos muestras de paneles alveolares con distintos acabados superficiales, a saber, la Muestra 1 y la Muestra 2. La Figura 3 y la Figura 4 muestran el color falso y la vista en 3D de las superficies de las Muestras 1 y 2, 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 presenta 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 siguiente sección. La vista en corte se muestra en la Figura 5 y los resultados se resumen en la Tabla 2. 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 de la superficie de las muestras de paneles alveolares de forma rápida y precisa. Los escaneos 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 los semiconductores, la microelectrónica, la energía solar, la fibra óptica, la automoción, la industria aeroespacial, la metalurgia, el mecanizado, los revestimientos, la industria farmacéutica, la biomedicina, el medio ambiente y muchos otros.
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Medición de la relajación de tensiones mediante nanoindentación
INTRODUCCIÓN
Los materiales viscoelásticos se caracterizan por tener propiedades materiales tanto viscosas como elásticas. Estos materiales están sujetos a una disminución de la tensión dependiente del tiempo (relajación de la tensión) bajo una tensión constante, lo que provoca una pérdida significativa de la fuerza de contacto inicial. La relajación de tensiones depende del tipo de material, la textura, la temperatura, la tensión inicial y el tiempo. Comprender la relajación de tensiones es fundamental para seleccionar materiales óptimos que tengan la resistencia y la flexibilidad (relajación) necesarias para aplicaciones específicas.
Importancia de la medición de la relajación del estrés
Según la norma ASTM E328i, "Standard Test Methods for Stress Relaxation for Materials and Structures", inicialmente se aplica una fuerza externa sobre un material o estructura con un penetrador hasta alcanzar una fuerza máxima predeterminada. Una vez alcanzada la fuerza máxima, la posición del penetrador se mantiene constante a esta profundidad. A continuación, se mide la variación de la fuerza externa necesaria para mantener la posición del penetrador en función del tiempo. La dificultad de los ensayos de relajación de tensiones estriba en mantener constante la profundidad. El probador mecánico Nanovea nanoindentación mide con precisión la relajación de la tensión aplicando un control de bucle cerrado (retroalimentación) de la profundidad con un actuador piezoeléctrico. El actuador reacciona en tiempo real para mantener constante la profundidad, mientras que el cambio de carga se mide y registra mediante un sensor de carga de alta sensibilidad. Este ensayo puede realizarse en prácticamente todo tipo de materiales sin necesidad de cumplir estrictos requisitos de dimensión de la muestra. Además, pueden realizarse varias pruebas en una sola muestra plana para garantizar la repetibilidad de la prueba.
OBJETIVO DE MEDICIÓN
En esta aplicación, el módulo de nanoindentación del Nanovea Mechanical Tester mide el comportamiento de relajación de tensiones de una muestra de acrílico y cobre. Mostramos que Nanovea Probador Mecánico es una herramienta ideal para evaluar el comportamiento viscoelástico dependiente del tiempo de materiales poliméricos y metálicos.
CONDICIONES DE PRUEBA
La relajación de la tensión de una muestra de acrílico y de cobre se midió con el módulo de nanoindentación del Probador Mecánico Nanovea. Se aplicaron diferentes tasas de carga de indentación que iban de 1 a 10 µm/min. La relajación se midió a una profundidad fija una vez alcanzada la carga máxima deseada. Se aplicó un periodo de retención de 100 segundos a una profundidad fija y se registró el cambio de carga a medida que transcurría el tiempo de retención. Todos los ensayos se realizaron en condiciones ambientales (temperatura ambiente de 23 °C) y los parámetros del ensayo de indentación se resumen en la Tabla 1.
RESULTADOS Y DISCUSIÓN
Figura 2 muestra la evolución del desplazamiento y la carga en función del tiempo durante la medición de la relajación de tensiones de una muestra acrílica y una velocidad de carga de indentación de 3 µm/min como ejemplo. La totalidad de este ensayo puede desglosarse en tres etapas: Carga, Relajación y Descarga. Durante la etapa de Carga, la profundidad aumentó linealmente a medida que la carga aumentaba progresivamente. La etapa de relajación se inició una vez que se alcanzó la carga máxima. Durante esta etapa se mantuvo una profundidad constante durante 100 segundos utilizando la función de control de profundidad de bucle cerrado del instrumento y se observó que la carga disminuía con el tiempo. La prueba completa concluyó con una etapa de descarga para retirar el penetrador de la muestra acrílica.
Se realizaron ensayos de indentación adicionales utilizando las mismas tasas de carga del indentador pero excluyendo un periodo de relajación (fluencia). Se obtuvieron gráficos de carga frente a desplazamiento a partir de estas pruebas y se combinaron en los gráficos de la figura 3 para las muestras de acrílico y cobre. A medida que la velocidad de carga del penetrador disminuía de 10 a 1 µm/min, la curva carga-desplazamiento se desplazaba progresivamente hacia mayores profundidades de penetración tanto para el acrílico como para el cobre. Este aumento de la deformación en función del tiempo se debe al efecto de fluencia viscoelástica de los materiales. Una tasa de carga más baja permite que un material viscoelástico tenga más tiempo para reaccionar a la tensión externa que experimenta y se deforme en consecuencia...
En la figura 4 se representa la evolución de la carga a una deformación constante utilizando diferentes velocidades de carga de indentación para ambos materiales ensayados. La carga disminuyó a un ritmo mayor en las primeras etapas de la fase de relajación (período de retención de 100 segundos) de los ensayos y se ralentizó una vez que el tiempo de retención alcanzó los ~50 segundos. Los materiales viscoelásticos, como los polímeros y los metales, presentan una mayor tasa de pérdida de carga cuando se someten a mayores tasas de carga de indentación. La tasa de pérdida de carga durante la relajación aumentó de 51,5 a 103,2 mN para el acrílico, y de 15,0 a 27,4 mN para el cobre, respectivamente, a medida que la tasa de carga de indentación aumentó de 1 a 10 µm/min, como se resume en Figura 5.
Como se menciona en la norma E328ii de la ASTM, el principal problema que se encuentra en los ensayos de relajación de tensiones es la incapacidad del instrumento para mantener una tensión/profundidad constante. El Probador Mecánico Nanovea proporciona excelentes mediciones precisas de relajación de esfuerzos debido a su capacidad de aplicar un control de bucle cerrado de retroalimentación de la profundidad entre el actuador piezoeléctrico de acción rápida y el sensor de profundidad del condensador independiente. Durante la etapa de relajación, el actuador piezoeléctrico ajusta el penetrador para mantener su restricción de profundidad constante en tiempo real, mientras que el cambio en la carga es medido y registrado por un sensor de carga independiente de alta precisión.
CONCLUSIÓN
Se midió la relajación de tensiones de una muestra de acrílico y otra de cobre utilizando el módulo de nanoindentación del Nanovea Mechanical Tester a diferentes velocidades de carga. Se alcanza una mayor profundidad máxima cuando las indentaciones se realizan a velocidades de carga más bajas debido al efecto de fluencia del material durante la carga. Tanto la muestra de acrílico como la de cobre muestran un comportamiento de relajación de tensiones cuando la posición del penetrador a una carga máxima determinada se mantiene constante. Se observaron mayores cambios en la pérdida de carga durante la etapa de relajación en los ensayos con tasas de carga de indentación más altas.
La prueba de relajación de tensión producida por el Nanovea Mechanical Tester muestra la capacidad de los instrumentos para cuantificar y medir de forma fiable el comportamiento viscoelástico dependiente del tiempo de los materiales poliméricos y metálicos. Dispone de un inigualable módulo multifunción Nano y Micro en una sola plataforma. Los módulos de control de la humedad y la temperatura pueden emparejarse con estos instrumentos para obtener capacidades de pruebas ambientales aplicables a una amplia gama de industrias. Tanto el módulo Nano como el Micro incluyen modos de ensayo de rayado, de dureza y de desgaste, proporcionando la gama más amplia y fácil de usar de capacidades de ensayo mecánico disponibles en un solo sistema.
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