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CONTACTO

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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Organic Surface Topography using Portable 3D Profilometer

ORGANIC SURFACE TOPOGRAPHY

USING PORTABLE 3D PROFILOMETER

Preparado por

CRAIG LEISING

INTRODUCCIÓN

Nature has become a vital pool of inspiration for the development of improved surface structure. Understanding the surface structures found in nature has led to adhesion studies based on gecko’s feet, resistance studies based on a sea cucumbers textural change and repellency studies based from leaves, among many others. These surfaces have a number of potential applications from biomedical to clothing and automotive. For any of these surface breakthroughs to be successful, fabrication techniques must be developed so surface characteristics can be mimicked and reproduced. It is this process that will require identification and control.

IMPORTANCE OF PORTABLE 3D NON-CONTACT OPTICAL PROFILER FOR ORGANIC SURFACES

Utilizing Chromatic Light technology, the NANOVEA Jr25 Portable Optical Profiler has superior capability to measure nearly any material. That includes the unique and steep angles, reflective and absorbing surfaces found within natures broad range of surface characteristics. 3D non-contact measurements provide a full 3D image to give a more complete understanding of surface features. Without 3D capabilities, identification of nature’s surfaces would be solely relying on 2D information or microscope imaging, which does not provide sufficient information to properly mimic the surface studied. Understanding the full range of the surface characteristics including texture, form, dimension, among many others, will be critical to successful fabrication.

The ability to easily obtain lab-quality results in the field opens the door for new research opportunities.

OBJETIVO DE MEDICIÓN

En esta aplicación, el NANOVEA Jr25 is used to measure the surface of a leaf. There is an endless list of surface parameters that can be automatically calculated after the 3D surface scan.

Here we will review the 3D surface and select
areas of interest to further analyze, including
quantifying and investigating the surface roughness, channels and topography

NANOVEA

JR25

CONDICIONES DE ENSAYO

FURROW DEPTH

Mean density of furrows: 16.471 cm/cm2
Mean depth of furrows: 97.428 μm
Maximum depth: 359.769 μm

CONCLUSIÓN

In this application, we have shown how the NANOVEA Jr25 portable 3D Non-Contact Optical Profiler can precisely characterize both the topography and the nanometer scale details of a leaf surface in the field. From these 3D surface measurements, areas of interest can quickly be identified and then analyzed with a list of endless studies (Dimension, Roughness Finish Texture, Shape Form Topography, Flatness Warpage Planarity, Volume Area, Step-Height and others). A 2D cross section can be easily chosen to analyze further details. With this information organic surfaces can be broadly investigated with a complete set of surface measurement resources. Special areas of interest could have been further analyzed with integrated AFM module on table top models.

NANOVEA also offers portable high-speed profilometers for field research and a wide range of lab-based systems, as well as provides laboratory services.

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Propiedades de adherencia del revestimiento de oro sobre sustrato de cristal de cuarzo

Propiedades de adherencia del revestimiento de oro

sobre sustrato de cristal de cuarzo

Preparado por

DUANJIE LIDoctorado

INTRODUCCIÓN

La microbalanza de cristal de cuarzo (QCM) es un sensor de masa extremadamente sensible capaz de realizar mediciones precisas de masas pequeñas en el rango de los nanogramos. La QCM mide el cambio de masa en la superficie mediante la detección de variaciones en la frecuencia de resonancia del cristal de cuarzo con dos electrodos fijados a cada lado de la placa. La capacidad de medir pesos extremadamente pequeños lo convierte en un componente clave en una gran variedad de instrumentos de investigación e industriales para detectar y controlar la variación de masa, adsorción, densidad y corrosión, etc.

IMPORTANCIA DE LA PRUEBA SCRATCH PARA QCM

Como dispositivo extremadamente preciso, el QCM mide el cambio de masa hasta 0,1 nanogramos. Cualquier pérdida de masa o delaminación de los electrodos en la placa de cuarzo será detectada por el cristal de cuarzo y provocará errores de medición significativos. En consecuencia, la calidad intrínseca del revestimiento del electrodo y la integridad interfacial del sistema de revestimiento/sustrato desempeñan un papel esencial en la realización de mediciones de masa precisas y repetibles. El ensayo de microarañazos es una medición comparativa ampliamente utilizada para evaluar las propiedades relativas de cohesión o adherencia de los revestimientos basándose en la comparación de las cargas críticas a las que aparecen los fallos. Es una herramienta superior para el control de calidad fiable de los QCM.

OBJETIVO DE MEDICIÓN

En esta aplicación, el NANOVEA Comprobador mecánico, en modo Micro Scratch, se utiliza para evaluar la fuerza cohesiva y adhesiva del recubrimiento de oro sobre el sustrato de cuarzo de una muestra de QCM. Nos gustaría mostrar la capacidad del NANOVEA Probador mecánico en la realización de pruebas de micro scratch en una muestra delicada con alta precisión y repetibilidad.

NANOVEA

PB1000

nanoindentador y rayador Nanovea PB1000
CONDICIONES DE ENSAYO

En NANOVEA Se utilizó el comprobador mecánico PB1000 para realizar los ensayos de microarañazos en una muestra de QCM utilizando los parámetros de ensayo que se resumen a continuación. Se realizaron tres arañazos para garantizar la reproducibilidad de los resultados.

TIPO DE CARGA: Progresiva

CARGA INICIAL

0.01 N

CARGA FINAL

30 N

ATMÓSFERA: Aire 24°C

VELOCIDAD DE DESLIZAMIENTO

2 mm/min

DISTANCIA DE DESLIZAMIENTO

2 mm

RESULTADOS Y DEBATE

La huella completa del microarañazo en la muestra de QCM se muestra en FIGURA 1. Los comportamientos de fallo a diferentes cargas críticas se muestran en la FIGURA 2donde la carga crítica, LC1 se define como la carga a la que se produce el primer signo de fallo del adhesivo en la pista de rayado, LC2 es la carga tras la cual se producen fallos adhesivos repetitivos, y LC3 es la carga a la que el revestimiento se desprende completamente del sustrato. Se observa que a LC1 de 11,15 N, el primer signo de fallo del revestimiento. 

Como la carga normal sigue aumentando durante el ensayo de microarañazos, se producen fallos repetitivos del adhesivo después de LC2 de 16,29 N. Cuando LC3 de 19,09 N, el revestimiento se desprende completamente del sustrato de cuarzo. Estas cargas críticas pueden utilizarse para comparar cuantitativamente la resistencia cohesiva y adhesiva del revestimiento y seleccionar el mejor candidato para las aplicaciones previstas.

FIGURA 1: Pista completa de microarañazos en la muestra QCM.

FIGURA 2: Pista de microarañazos a diferentes cargas críticas.

FIGURA 3 traza la evolución del coeficiente de fricción y la profundidad que puede proporcionar más información sobre la progresión de los fallos del revestimiento durante el ensayo de microarañazos.

FIGURA 3: Evolución del COF y de la profundidad durante el ensayo de micro rayado.

CONCLUSIÓN

En este estudio, demostramos que la NANOVEA Mechanical Tester realiza ensayos de microarañazos fiables y precisos en una muestra de QCM. Mediante la aplicación de cargas linealmente crecientes de forma controlada y estrechamente supervisada, la medición del rayado permite a los usuarios identificar la carga crítica en la que se produce el típico fallo del revestimiento cohesivo y adhesivo. Proporciona una herramienta superior para evaluar y comparar cuantitativamente la calidad intrínseca del revestimiento y la integridad interfacial del sistema de revestimiento/sustrato para QCM.

Los módulos Nano, Micro o Macro del NANOVEA Todos los comprobadores mecánicos incluyen modos de indentación, rayado y desgaste conformes a las normas ISO y ASTM, lo que proporciona la gama de pruebas más amplia y fácil de usar disponible en un solo sistema. NANOVEAes una solución ideal para determinar toda la gama de propiedades mecánicas de revestimientos, películas y sustratos finos o gruesos, blandos o duros, incluida la dureza, el módulo de Young, la resistencia a la fractura, la adherencia, la resistencia al desgaste y muchas otras.

Además, se dispone de un perfilador 3D sin contacto y un módulo AFM opcionales para obtener imágenes 3D de alta resolución de la indentación, el rayado y la huella de desgaste, además de otras mediciones de superficies, como la rugosidad y el alabeo.

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El mejor comprobador micromecánico del mundo

AHORA EL LÍDER MUNDIAL

ENSAYOS MICROMECÁNICOS

Preparado por

PIERRE LEROUX y DUANJIE LI, PhD

INTRODUCCIÓN

Los Microdurómetros Vickers estándar tienen rangos de carga utilizables de 10 a 2000 gramos de fuerza (gf). Los Macro Durómetros Vickers estándar cargan de 1 a 50 Kgf. Estos instrumentos no sólo son muy limitados en el rango de cargas, sino que también son inexactos cuando se trata de superficies más rugosas o cargas bajas cuando los indents se vuelven demasiado pequeños para ser medidos visualmente. Estas limitaciones son intrínsecas a la tecnología más antigua y, como resultado, la indentación instrumentada se está convirtiendo en la elección estándar debido a la mayor precisión y rendimiento que aporta.

Con NANOVEA es líder mundial en sistemas de ensayos micro mecánicos, la dureza Vickers se calcula automáticamente a partir de datos de profundidad versus carga con el rango de carga más amplio en un solo módulo jamás disponible (0,3 gramos a 2 Kg o 6 gramos a 40 Kg). Dado que mide la dureza a partir de curvas de profundidad frente a carga, el módulo NANOVEA Micro puede medir cualquier tipo de materiales, incluidos los muy elásticos. También puede proporcionar no sólo la dureza Vickers, sino también un módulo elástico preciso y datos de fluencia, además de otros tipos de pruebas, tales como pruebas de adherencia al rayado, desgaste, pruebas de fatiga, límite elástico y tenacidad a la fractura para una gama completa de datos de control de calidad.

AHORA EL LÍDER MUNDIAL EN ENSAYOS MICROMECÁNICOS

En esta nota de aplicación, se explicará cómo se ha diseñado el Micro Module para ofrecer los ensayos instrumentados de indentación y rayado líderes en el mundo. La capacidad de ensayo de amplio rango del Micro Module es ideal para muchas aplicaciones. Por ejemplo, el rango de carga permite realizar mediciones precisas de la dureza y el módulo elástico de revestimientos duros finos y, a continuación, puede aplicar cargas mucho mayores para medir la adherencia de estos mismos revestimientos.

OBJETIVO DE MEDICIÓN

La capacidad del micromódulo se muestra con el NANOVEA CB500 Comprobador mecánico por
realizar ensayos tanto de indentación como de rayado con una precisión y fiabilidad superiores utilizando un amplio rango de carga de 0,03 a 200 N.

NANOVEA

CB500

SABER MÁS

CONDICIONES DE ENSAYO

Se realizó una serie (3×4, 12 indentaciones en total) de microindentaciones en una muestra de acero estándar utilizando un indentador Vickers. Se midieron y registraron la carga y la profundidad durante todo el ciclo de ensayo de indentación. Las indentaciones se realizaron con diferentes cargas máximas que oscilaban entre 0,03 N y 200 N (0,0031 y 20,4 kgf) para demostrar la capacidad del micromódulo para realizar ensayos de indentación precisos con diferentes cargas. Cabe señalar que también se dispone de una célula de carga opcional de 20 N que proporciona una resolución 10 veces superior para ensayos en el rango de carga inferior, desde 0,3 gf hasta 2 kgf.

Se realizaron dos ensayos de rayado utilizando el módulo Micro con carga linealmente creciente de 0,01 N a 200 N y de 0,01 N a 0,5 N, respectivamente, utilizando palpadores de diamante cónico-esféricos con radios de punta de 500 μm y 20 μm.

Veinte Microindentación se llevaron a cabo ensayos en la muestra estándar de acero a 4 N mostrando la superior repetibilidad de los resultados del Micro Módulo que contrasta con el rendimiento de los durómetros Vickers convencionales.

*microindentador en la muestra de acero

PARÁMETROS DE PRUEBA

de la cartografía de sangría

MAPEO: 3 POR 4 INDENTOS

RESULTADOS Y DEBATE

El nuevo Micro Módulo tiene una combinación única de motor Z, célula de carga de alta fuerza y un sensor de profundidad capacitivo de alta precisión. La utilización exclusiva de sensores de profundidad y carga independientes garantiza una gran precisión en todas las condiciones.

Los ensayos de dureza Vickers convencionales utilizan puntas de indentadores piramidales con base cuadrada de diamante que crean indentaciones de forma cuadrada. Midiendo la longitud media de la diagonal, d, se puede calcular la dureza Vickers.

En comparación, la técnica de indentación instrumentada utilizada por NANOVEAmide directamente las propiedades mecánicas a partir de las mediciones de carga y desplazamiento de la indentación. No es necesaria la observación visual de la indentación. Esto elimina los errores de procesamiento de imágenes del usuario o del ordenador en la determinación de los valores d de la indentación. El sensor de profundidad de condensador de alta precisión, con un nivel de ruido muy bajo de 0,3 nm, puede medir con precisión la profundidad de indentaciones que son difíciles o imposibles de medir visualmente al microscopio con los durómetros Vickers tradicionales.

Además, la técnica en voladizo utilizada por los competidores aplica la carga normal sobre una viga en voladizo mediante un muelle, y esta carga se aplica a su vez sobre el penetrador. Este diseño presenta un defecto en caso de que se aplique una carga elevada: la viga en voladizo no puede proporcionar suficiente rigidez estructural, lo que provoca la deformación de la viga en voladizo y, a su vez, la desalineación del penetrador. En comparación, el micromódulo aplica la carga normal a través del motor Z que actúa sobre la célula de carga y, a continuación, sobre el penetrador para la aplicación directa de la carga. Todos los elementos están alineados verticalmente para obtener la máxima rigidez, lo que garantiza mediciones de indentación y rayado repetibles y precisas en todo el rango de carga.

Primer plano del nuevo micromódulo

INDENTACIÓN DE 0,03 A 200 N

La imagen del mapa de indentaciones se muestra en la FIGURA 1. La distancia entre las dos muescas adyacentes por encima de 10 N es de 0,5 mm, mientras que a cargas inferiores es de 0,25 mm. El control de posición de alta precisión de la platina de muestra permite a los usuarios seleccionar la ubicación objetivo para el mapeo de las propiedades mecánicas. Gracias a la excelente rigidez del micromódulo debida a la alineación vertical de sus componentes, el penetrador Vickers mantiene una orientación vertical perfecta mientras penetra en la muestra de acero bajo una carga de hasta 200 N (400 N opcional). Esto crea impresiones de forma cuadrada simétrica en la superficie de la muestra con diferentes cargas.

Las indentaciones individuales a diferentes cargas bajo el microscopio se muestran junto a los dos arañazos como se muestra en la FIGURA 2, para mostrar la capacidad del nuevo micromódulo en la realización de ensayos tanto de indentación como de rayado en un amplio rango de carga con una alta precisión. Como se muestra en los gráficos de carga normal frente a la longitud del rayado, la carga normal aumenta linealmente a medida que el palpador de diamante cónico-esférico se desliza sobre la superficie de la muestra de acero. Crea una pista de rayado lisa y recta de anchura y profundidad progresivamente mayores.

FIGURA 1: Mapa de sangría

Se realizaron dos ensayos de rayado utilizando el módulo Micro con carga linealmente creciente de 0,01 N a 200 N y de 0,01 N a 0,5 N, respectivamente, utilizando palpadores de diamante cónico-esféricos con radios de punta de 500 μm y 20 μm.

Se llevaron a cabo veinte ensayos de microindentación en la muestra estándar de acero a 4 N, demostrando la repetibilidad superior de los resultados del módulo Micro, que contrasta con el rendimiento de los durómetros Vickers convencionales.

A: HENDIDURA Y ARAÑAZO AL MICROSCOPIO (360X)

B: INDENTACIÓN Y RAYADO AL MICROSCOPIO (3000X)

FIGURA 2: Gráficos de carga vs desplazamiento con diferentes cargas máximas.

Las curvas carga-desplazamiento durante la indentación a diferentes cargas máximas se muestran en FIGURA 3. La dureza y el módulo elástico se resumen y comparan en la FIGURA 4. La muestra de acero exhibe un módulo elástico constante a lo largo de la carga de ensayo que oscila entre 0,03 y 200 N (rango posible de 0,003 a 400 N), lo que resulta en un valor medio de ~211 GPa. La dureza muestra un valor relativamente constante de ~6,5 GPa medido con una carga máxima superior a 100 N. A medida que la carga disminuye hasta un rango de 2 a 10 N, se mide una dureza media de ~9 GPa.

FIGURA 3: Gráficos de carga vs desplazamiento con diferentes cargas máximas.

FIGURA 4: Dureza y módulo de Young de la muestra de acero medidos con diferentes cargas máximas.

INDENTACIÓN DE 0,03 A 200 N

Se realizaron 20 ensayos de microindentación con una carga máxima de 4N. Las curvas carga-desplazamiento se muestran en FIGURA 5 y la dureza Vickers y el módulo de Young resultantes se muestran en FIGURA 6.

FIGURA 5: Curvas carga-desplazamiento de los ensayos de microindentación a 4 N.

FIGURA 6: Dureza Vickers y módulo de Young para 20 microindentaciones a 4 N.

Las curvas carga-desplazamiento demuestran la superior repetibilidad del nuevo Micro Módulo. El patrón de acero posee una dureza Vickers de 842±11 HV medida con el nuevo Micro Módulo, en comparación con los 817±18 HV medidos con el durómetro Vickers convencional. La pequeña desviación estándar de la medición de la dureza garantiza una caracterización fiable y reproducible de las propiedades mecánicas en la I+D y el control de calidad de los materiales, tanto en el sector industrial como en la investigación académica.

Además, se calcula un módulo de Young de 208±5 GPa a partir de la curva carga-desplazamiento, que no está disponible para el durómetro Vickers convencional debido a la falta de medición de la profundidad durante la indentación. A medida que disminuye la carga y el tamaño de la indentación, el NANOVEA Las ventajas del micromódulo en términos de repetibilidad en comparación con los durómetros Vickers aumentan hasta que ya no es posible medir la sangría mediante inspección visual.

La ventaja de medir la profundidad para calcular la dureza también se hace evidente cuando se trata de muestras más rugosas o más difíciles de observar con los microscopios estándar de los durómetros Vickers.

CONCLUSIÓN

En este estudio, hemos demostrado cómo el nuevo módulo NANOVEA Micro, líder mundial (rango de 200 N), realiza mediciones de indentación y rayado inigualables, reproducibles y precisas, en un amplio rango de carga de 0,03 a 200 N (3 gf a 20,4 kgf). Un módulo Micro opcional de rango inferior puede realizar ensayos de 0,003 a 20 N (0,3 gf a 2 kgf). La exclusiva alineación vertical del motor Z, la célula de carga de alta fuerza y el sensor de profundidad garantiza la máxima rigidez estructural durante las mediciones. Todas las indentaciones medidas con diferentes cargas poseen una forma cuadrada simétrica en la superficie de la muestra. En el ensayo de rayado con una carga máxima de 200 N se crea una huella de rayado recta de anchura y profundidad progresivamente mayores.

El nuevo micromódulo puede configurarse sobre la base mecánica PB1000 (150 x 200 mm) o la CB500 (100 x 50 mm) con motorización z (alcance de 50 mm). Combinado con un potente sistema de cámara (precisión de posición de 0,2 micras), los sistemas proporcionan las mejores capacidades de automatización y mapeo del mercado. NANOVEA también ofrece una función patentada única (EP No. 30761530) que permite la verificación y calibración de los penetradores Vickers mediante la realización de un único penetrador en todo el rango de cargas. Por el contrario, los durómetros Vickers estándar sólo pueden proporcionar calibración con una carga.

Además, el software NANOVEA permite al usuario medir la dureza Vickers a través del método tradicional de medición de las diagonales de indentación si es necesario (para ASTM E92 y E384). Como se muestra, en este documento, los ensayos de dureza profundidad versus carga (ASTM E2546 e ISO 14577) realizados por un Micro Módulo NANOVEA son precisos y reproducibles en comparación con los Durómetros Tradicionales. Especialmente para muestras que no pueden ser observadas/medidas con un microscopio.

En conclusión, la mayor precisión y repetibilidad del diseño del Micromódulo con su amplia gama de cargas y ensayos, alta automatización y opciones de mapeo deja obsoletos a los durómetros Vickers tradicionales. Pero lo mismo ocurre con los durómetros de rayado y micro rayado que aún se ofrecen en la actualidad pero que fueron diseñados con defectos en la década de 1980.

El desarrollo y la mejora continuos de esta tecnología convierten a NANOVEA en líder mundial en ensayos micromecánicos.

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Perfilómetro de rugosidad del papel de lija

Papel de lija: Rugosidad y análisis del diámetro de las partículas

Papel de lija: Rugosidad y análisis del diámetro de las partículas

Más información

SANDPAPER

Análisis de rugosidad y diámetro de partículas

Preparado por

FRANK LIU

INTRODUCCIÓN

El papel de lija es un producto común disponible en el mercado que se utiliza como abrasivo. El uso más habitual del papel de lija es eliminar revestimientos o pulir una superficie gracias a sus propiedades abrasivas. Estas propiedades abrasivas se clasifican en granos, cada uno relacionado con lo suave o
de la superficie. Para conseguir las propiedades abrasivas deseadas, los fabricantes de papel de lija deben asegurarse de que las partículas abrasivas tengan un tamaño específico y presenten poca desviación. Para cuantificar la calidad del papel de lija, el sistema 3D sin contacto de NANOVEA Perfilómetro puede utilizarse para obtener el parámetro de altura media aritmética (Sa) y el diámetro medio de las partículas de una zona de muestra.

IMPORTANCIA DEL PERFILADOR ÓPTICO 3D SIN CONTACTO PERFILADOR PARA PAPEL DE LIJA

Cuando se utiliza papel de lija, la interacción entre las partículas abrasivas y la superficie que se lija debe ser uniforme para obtener acabados superficiales consistentes. Para cuantificarlo, se puede observar la superficie de la lija con el perfilador óptico 3D sin contacto de NANOVEA para ver las desviaciones en los tamaños, alturas y espaciado de las partículas.

OBJETIVO DE MEDICIÓN

En este estudio, se utilizaron cinco granos diferentes de papel de lija (120,
180, 320, 800 y 2000) se escanean con el
Perfilador óptico 3D sin contacto NANOVEA ST400.
La Sa se extrae de la exploración y la partícula
El tamaño se calcula realizando un análisis de Motivos para
hallar su diámetro equivalente

NANOVEA

ST400

SABER MÁS
RESULTADOS Y DEBATE

La lija disminuye en rugosidad superficial (Sa) y tamaño de partícula a medida que aumenta el grano, como era de esperar. La Sa osciló entre 42,37 μm y 3,639 μm. El tamaño de las partículas oscila entre 127 ± 48,7 y 21,27 ± 8,35. Las partículas más grandes y las variaciones de altura elevadas crean una acción abrasiva más fuerte sobre las superficies, a diferencia de las partículas más pequeñas con una variación de altura baja.
Todas las definiciones de los parámetros de altura figuran en la página A.1.

TABLA 1: Comparación entre granos de lija y parámetros de altura.

TABLA 2: Comparación entre los granos de lija y el diámetro de las partículas.

VISTA 2D Y 3D DEL PAPEL DE LIJA 

A continuación se muestran las vistas en falso color y en 3D de las muestras de papel de lija.
Se utilizó un filtro gaussiano de 0,8 mm para eliminar la forma u ondulación.

ANÁLISIS DEL MOTIVO

Para encontrar con precisión las partículas en la superficie, se redefinió el umbral de la escala de altura para que sólo mostrara la capa superior del papel de lija. A continuación, se realizó un análisis de motivos para detectar los picos.

CONCLUSIÓN

El perfilador óptico 3D sin contacto de NANOVEA se utilizó para inspeccionar las propiedades superficiales de varios granos de lija gracias a su capacidad para escanear con precisión superficies con micro y nano características.

Se obtuvieron los parámetros de altura superficial y los diámetros de partícula equivalentes de cada una de las muestras de papel de lija utilizando un software avanzado para analizar los escaneados 3D. Se observó que, a medida que aumentaba el tamaño de grano, disminuían la rugosidad superficial (Sa) y el tamaño de partícula, como era de esperar.

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Perfilometría de medición de límites de superficies de espuma de poliestireno

Medición de límites de superficie

Medición de límites superficiales mediante perfilometría 3D

Más información

MEDICIÓN DE LÍMITES DE SUPERFICIE

UTILIZANDO LA PERFILOMETRÍA 3D

Preparado por

Craig Leising

INTRODUCCIÓN

En los estudios en los que se evalúa la orientación de la interfaz de características superficiales, patrones, formas, etc., será útil identificar rápidamente las áreas de interés en todo el perfil de medición. Al segmentar una superficie en áreas significativas, el usuario puede evaluar rápidamente límites, picos, hoyos, áreas, volúmenes y muchos otros para comprender su papel funcional en todo el perfil de la superficie en estudio. Por ejemplo, como en el caso de las imágenes de los límites de grano de los metales, la importancia del análisis es la interfaz de muchas estructuras y su orientación general. La comprensión de cada zona de interés permite identificar defectos o anomalías en el conjunto. Aunque las imágenes de límites de grano suelen estudiarse en un rango que supera la capacidad del Profilometer, y se trata sólo de análisis de imágenes 2D, es una referencia útil para ilustrar el concepto de lo que se mostrará aquí a mayor escala junto con las ventajas de la medición de superficies 3D.

IMPORTANCIA DEL PERFILÓMETRO 3D SIN CONTACTO PARA EL ESTUDIO DE LA SEPARACIÓN DE SUPERFICIES

A diferencia de otras técnicas, como los palpadores o la interferometría, la Perfilómetro 3D sin contactoMediante el cromatismo axial, puede medirse prácticamente cualquier superficie, el tamaño de las muestras puede variar ampliamente gracias a la puesta en escena abierta y no es necesaria la preparación de la muestra. Durante la medición del perfil de superficie se obtiene un rango de nano a macro con influencia cero de la reflectividad o absorción de la muestra, tiene capacidad avanzada para medir ángulos de superficie elevados y no hay manipulación de los resultados por software. Mide fácilmente cualquier material: transparente, opaco, especular, difusivo, pulido, rugoso, etc. La técnica del perfilómetro sin contacto proporciona una capacidad ideal, amplia y fácil de usar para maximizar los estudios de superficie cuando se necesitará el análisis de los límites de la superficie; junto con las ventajas de la capacidad combinada 2D y 3D.

OBJETIVO DE MEDICIÓN

En esta aplicación se utiliza el perfilómetro Nanovea ST400 para medir la superficie de la espuma de poliestireno. Los límites se establecieron combinando un archivo de intensidad reflejada junto con la topografía, que se adquieren simultáneamente utilizando el NANOVEA ST400. A continuación, estos datos se utilizaron para calcular información sobre la forma y el tamaño de cada "grano" de espuma de poliestireno.

NANOVEA

ST400

RESULTADOS Y DISCUSIÓN: Medición del límite superficial en 2D

Imagen topográfica (abajo a la izquierda) enmascarada por la imagen de intensidad reflejada (abajo a la derecha) para definir claramente los límites de los granos. Todos los granos con un diámetro inferior a 565 µm se han ignorado aplicando un filtro.

Número total de granos: 167
Superficie total proyectada ocupada por los granos 166,917 mm² (64,5962 %)
Superficie total proyectada ocupada por los límites: (35,4038 %)
Densidad de granos: 0,646285 granos / mm2

Superficie = 0,999500 mm² +/- 0,491846 mm².
Perímetro = 9114,15 µm +/- 4570,38 µm
Diámetro equivalente = 1098,61 µm +/- 256,235 µm
Diámetro medio = 945,373 µm +/- 248,344 µm
Diámetro mínimo = 675,898 µm +/- 246,850 µm
Diámetro máximo = 1312,43 µm +/- 295,258 µm

RESULTADOS Y DISCUSIÓN: Medición del límite superficial en 3D

Utilizando los datos topográficos 3D obtenidos, se puede analizar el volumen, la altura, el pico, la relación de aspecto y la información general sobre la forma de cada grano. Superficie 3D total ocupada: 2,525 mm3

CONCLUSIÓN

En esta aplicación, hemos demostrado cómo el perfilómetro 3D sin contacto NANOVEA puede caracterizar con precisión la superficie de la espuma de poliestireno. Se puede obtener información estadística sobre toda la superficie de interés o sobre granos individuales, ya sean picos u hoyos. En este ejemplo se utilizaron todos los granos mayores que un tamaño definido por el usuario para mostrar el área, el perímetro, el diámetro y la altura. Las características que se muestran aquí pueden ser fundamentales para la investigación y el control de calidad de superficies naturales y prefabricadas, desde aplicaciones biomédicas a micromecanizado, entre muchas otras. 

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Pruebas de desgaste por humedad del revestimiento de vidrio mediante tribómetro

Pruebas de desgaste por humedad del revestimiento de vidrio mediante tribómetro

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GLASS COATING HUMIDITY

WEAR TESTING BY TRIBOMETER

Preparado por

DUANJIE LIDoctorado

INTRODUCCIÓN

Self-cleaning glass coating creates an easy-clean glass surface that prevents buildup of grime, dirt and staining. Its self-cleaning feature significantly reduces the frequency, time, energy and cleaning costs, making it an attractive choice for a variety of residential and commercial applications, such as glass facade, mirrors, shower glasses, windows and windshields.

IMPORTANCE OF WEAR RESISTANCE OF SELF-CLEANING GLASS COATING

A major application of the self-cleaning coating is the exterior surface of the glass facade on skyscrapers. The glass surface is often attacked by high-speed particles carried by strong winds. The weather condition also plays a major role in the service lifetime of the glass coating. It can be very difficult and costly to surface treat the glass and apply the new coating when the old one fails. Therefore, the wear resistance of the glass coating under
different weather condition is critical.


In order to simulate the realistic environmental conditions of the self-cleaning coating in different weather, repeatable wear evaluation in a controlled and monitored humidity is needed. It allows users to properly compare the wear resistance of the self-cleaning coatings exposed to different humidity and to select the best candidate for the targeted application.

OBJETIVO DE MEDICIÓN

En este estudio, demostramos que la NANOVEA T100 Tribometer equipped with a humidity controller is an ideal tool for investigating the wear resistance of self-cleaning glass coatings in different humidity.

NANOVEA

T100

Tribómetro neumático compacto T100

PROCEDIMIENTOS DE PRUEBA

The soda lime glass microscope slides were coated with self-clean glass coatings with two different treatment recipes. These two coatings are identified as Coating 1 and Coating 2. An uncoated bare glass slide is also tested for comparison.


NANOVEA Tribómetro equipped with a humidity control module was used to evaluate the tribological behavior, e.g. coefficient of friction, COF, and wear resistance of the self-clean glass coatings. A WC ball tip (6 mm dia.) was applied against the tested samples. The COF was recorded in situ. The humidity controller attached to the tribo-chamber precisely controlled the relative humidity (RH) value in the range of ±1 %. The wear track morphology was examined under the optical microscope after the wear tests.

MAXIMUM LOAD 40 mN
RESULTADOS Y DEBATE

The pin-on-disk wear tests in different humidity conditions were conducted on the coated and uncoated glass
samples. The COF was recorded in situ during the wear tests as shown in FIGURA 1 and the average COF is summarized in FIGURA 2. FIGURE 4 compares the wear tracks after the wear tests.


As shown in FIGURA 1, the uncoated glass exhibits a high COF of ~0.45 once the sliding movement begins in the 30% RH, and it progressively increases to ~0.6 at the end of the 300-revolution wear test. In comparison, the
coated glass samples Coating 1 and Coating 2 show a low COF below 0.2 at the beginning of the test. The COF
of Coating 2 stabilizes at ~0.25 during the rest of the test, while Coating 1 exhibits a sharp increase of COF at
~250 revolutions and the COF reaches a value of ~0.5. When the wear tests are carried out in the 60% RH, the
uncoated glass still shows a higher COF of ~0.45 throughout the wear test. Coatings 1 and 2 exhibit the COF values of 0.27 and 0.22, respectively. In the 90% RH, the uncoated glass possesses a high COF of ~0.5 at the end of the wear test. Coatings 1 and 2 exhibit comparable COF of ~0.1 as the wear test starts. Coating 1 maintains a relatively stable COF of ~0.15. Coating 2, however, fails at ~ 100 revolutions, followed by a significant increase of COF to ~0.5 towards the end of the wear test.


The low friction of the self-clean glass coating is caused by its low surface energy. It creates a very high static
water contact angle and low roll-off angle. It leads to formation of small water droplets on the coating surface in the 90% RH as shown under the microscope in FIGURA 3. It also results in decrease of the average COF from ~0.23 to ~0.15 for Coating 2 as the RH value increases from 30% to 90%.

FIGURA 1: Coefficient of friction during the pin-on-disk tests in different relative humidity.

FIGURA 2: Average COF during the pin-on-disk tests in different relative humidity.

FIGURA 3: Formation of small water droplets on the coated glass surface.

FIGURE 4 compares the wear tracks on the glass surface after the wear tests in different humidity. Coating 1 exhibits signs of mild wear after the wear tests in the RH of 30% and 60%. It possesses a large wear track after the test in the 90% RH, in agreement with the significant increase of COF during the wear test. Coating 2 shows nearly no sign of wear after the wear tests in both dry and wet environment, and it also exhibits constant low COF during the wear tests in different humidity. The combination of good tribological properties and low surface energy makes Coating 2 a good candidate for self-cleaning glass coating applications in harsh environments. In comparison, the uncoated glass shows larger wear tracks and higher COF in different humidity, demonstrating the necessity of self-cleaning coating technique.

FIGURA 4: Wear tracks after the pin-on-disk tests in different relative humidity (200x magnification).

CONCLUSIÓN

NANOVEA T100 Tribometer is a superior tool for evaluation and quality control of self-cleaning glass coatings in different humidity. The capacity of in-situ COF measurement allows users to correlate different stages of wear process with the evolution of COF, which is critical in improving fundamental understanding of the wear mechanism and tribological characteristics of the glass coatings. Based on the comprehensive tribological analysis on the self-cleaning glass coatings tested in different humidity, we show that Coating 2 possesses a constant low COF and superior wear resistance in both dry and wet environments, making it a better candidate for self-cleaning glass coating applications exposed to different weathers.


NANOVEA Tribometers offer precise and repeatable wear and friction testing using ISO and ASTM compliant rotative and linear modes, with optional high temperature wear, lubrication and tribo-corrosion modules available in one pre-integrated system. Optional 3D non-contact profiler is available for high
resolution 3D imaging of wear track in addition to other surface measurements such as roughness. 

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Creep Deformation of Polymers using Nanoindentation

Creep Deformation of Polymers using Nanoindentation

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CREEP DEFORMATION

OF POLYMERS USING NANOINDENTATION

Preparado por

DUANJIE LIDoctorado

INTRODUCCIÓN

As viscoelastic materials, polymers often undergo a time-dependent deformation under a certain applied load, also known as creep. Creep becomes a critical factor when the polymeric parts are designed to be exposed to continuous stress, such as structural components, joins and fittings, and hydrostatic pressure vessels.

IMPORTANCE OF CREEP MEASUREMENT FOR POLYMERS

The inherent nature of viscoelasticity plays a vital role in the performance of polymers and directly influences their service reliability. The environmental conditions such as loading and temperature affect the creep behavior of the polymers. Creep failures often occur due to the lack of alertness of the time-dependent creep behavior of the polymer materials used under specific service conditions. As a result, it is important to develop a reliable and quantitative test of the viscoelastic mechanical behaviors of the polymers. The Nano module of the NANOVEA Comprobadores mecánicos applies the load with a high-precision piezo and directly measures the evolution of force and displacement in situ. The combination of accuracy and repeatability makes it an ideal tool for creep measurement.

OBJETIVO DE MEDICIÓN

In this application, we showcased that
the NANOVEA PB1000 Mechanical Tester
in Nanoindentación mode is an ideal tool
for studying viscoelastic mechanical properties
including hardness, Young’s modulus
and creep of polymeric materials.

NANOVEA

PB1000

nanoindentador y rayador Nanovea PB1000
CONDICIONES DE ENSAYO

Eight different polymer samples were tested by nanoindentation technique using the NANOVEA PB1000 Mechanical Tester. As the load linearly increased from 0 to 40 mN, the depth progressively increased during the loading stage. The creep was then measured by the change of indentation depth at the maximum load of 40 mN for 30 s.

MAXIMUM LOAD 40 mN
TASA DE CARGA
80 mN/min
VELOCIDAD DE DESCARGA 80 mN/min
CREEP TIME
30 s

TIPO INDENTADOR

Berkovich

Diamante

*setup of the nanoindentation test

RESULTADOS Y DEBATE

The load vs displacement plot of the nanoindentation tests on different polymer samples is shown in FIGURE 1 and the creep curves are compared in FIGURE 2. The hardness and Young’s modulus are summarized in  FIGURE 3, and the creep depth is shown in FIGURE 4. As an examples in FIGURE 1, the AB, BC and CD portions of the load-displacement curve for the nanoindentation measurement represent the loading, creep and unloading processes, respectively.

Delrin and PVC exhibit the highest hardness of 0.23 and 0.22 GPa, respectively, while LDPE possesses the lowest hardness of 0.026 GPa among the tested polymers. In general, the harder polymers show lower creep rates. The softest LDPE has the highest creep depth of 798 nm, compared to ~120 nm for Delrin.

The creep properties of the polymers are critical when they are used in structural parts. By precisely measuring the hardness and creep of the polymers, a better understanding of the time-dependent reliability of the polymers can be obtained. The creep, change of the displacement at a given load, can also be measured at different elevated temperatures and humidity using the NANOVEA PB1000 Mechanical Tester, providing an ideal tool to quantitatively and reliably measure the viscoelastic mechanical behaviors of polymers
in the simulated realistic application environment.

FIGURA 1: The load vs displacement plots
of different polymers.

FIGURA 2: Creeping at a maximum load of 40 mN for 30 s.

FIGURA 3: Hardness and Young’s modulus of the polymers.

FIGURA 4: Creep depth of the polymers.

CONCLUSIÓN

In this study, we showcased that the NANOVEA PB1000
Mechanical Tester measures the mechanical properties of different polymers, including hardness, Young’s modulus and creep. Such mechanical properties are essential in selecting the proper polymer material for intended applications. Derlin and PVC exhibit the highest hardness of 0.23 and 0.22 GPa, respectively, while LDPE possesses the lowest hardness of 0.026 GPa among the tested polymers. In general, the harder polymers exhibit lower creep rates. The softest LDPE shows the highest creep depth of 798 nm, compared to ~120 nm for Derlin.

The NANOVEA Mechanical Testers provide unmatched multi-function Nano and Micro modules on a single platform. Both the Nano and Micro modules include scratch tester, hardness tester and wear tester modes, providing the wildest and most user-friendly range of testing available on a single system.

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Material multifásico mediante nanoindentación NANOVEA

Nanoindentación multifásica de metales

Estudio metalúrgico de material multifásico mediante nanoindentación

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ESTUDIO METALÚRGICO
DE MATERIAL MULTIFÁSICO

MEDIANTE NANOINDENTACIÓN

Preparado por

DUANJIE LIDoctorado & ALEXIS CELESTIN

INTRODUCCIÓN

La metalurgia estudia el comportamiento físico y químico de los elementos metálicos, así como de sus compuestos intermetálicos y aleaciones. Los metales sometidos a procesos de trabajo, como fundición, forja, laminación, extrusión y mecanizado, experimentan cambios en sus fases, microestructura y textura. Estos cambios dan lugar a propiedades físicas variadas, como la dureza, la resistencia, la tenacidad, la ductilidad y la resistencia al desgaste del material. La metalografía se aplica a menudo para conocer el mecanismo de formación de dichas fases, microestructura y textura específicas.

IMPORTANCIA DE LAS PROPIEDADES PARA EL DISEÑO DE MATERIALES

Los materiales avanzados suelen tener múltiples fases en una microestructura y textura especiales para lograr las propiedades mecánicas deseadas para las aplicaciones objetivo en la práctica industrial. Nanoindentación se aplica ampliamente para medir el comportamiento mecánico de los materiales a pequeña escala i ii. Sin embargo, seleccionar con precisión lugares específicos para la indentación en un área muy pequeña supone un reto y requiere mucho tiempo. Para determinar las propiedades mecánicas de las distintas fases de un material con gran precisión y mediciones puntuales, se necesita un procedimiento de nanoindentación fiable y fácil de utilizar.

OBJETIVO DE MEDICIÓN

En esta aplicación, medimos las propiedades mecánicas de una muestra metalúrgica multifásica utilizando el Comprobador Mecánico Más Potente: el NANOVEA PB1000.

Aquí, mostramos la capacidad del PB1000 para realizar mediciones de nanoindentación en múltiples fases (granos) de una gran superficie de muestra con alta precisión y facilidad de uso utilizando nuestro Controlador de Posición Avanzado.

NANOVEA

PB1000

nanoindentador y rayador Nanovea PB1000
CONDICIONES DE ENSAYO

En este estudio, utilizamos una muestra metalúrgica con múltiples fases. La muestra había sido pulida hasta alcanzar un acabado superficial similar al de un espejo antes de los ensayos de indentación. Se han identificado cuatro fases en la muestra, a saber, FASE 1, FASE 2, FASE 3 y FASE 4, como se muestra a continuación.

El controlador avanzado de platina es una herramienta intuitiva de navegación de muestras que ajusta automáticamente la velocidad de movimiento de la muestra bajo el microscopio óptico en función de la posición del ratón. Cuanto más alejado esté el ratón del centro del campo de visión, más rápido se moverá la platina en la dirección del ratón. Esto proporciona un método fácil de usar para navegar por toda la superficie de la muestra y seleccionar la ubicación prevista para las pruebas mecánicas. Las coordenadas de las ubicaciones de ensayo se guardan y numeran, junto con sus configuraciones de ensayo individuales, como cargas, velocidad de carga/descarga, número de ensayos en un mapa, etc. Este procedimiento de ensayo permite a los usuarios examinar una gran superficie de muestra en busca de áreas específicas de interés para la indentación y realizar todos los ensayos de indentación en diferentes ubicaciones de una sola vez, lo que la convierte en una herramienta ideal para los ensayos mecánicos de muestras metalúrgicas con múltiples fases.

En este estudio, localizamos las fases específicas de la muestra bajo el microscopio óptico integrado en el NANOVEA Comprobador mecánico numerado en FIGURA 1. Se guardan las coordenadas de las ubicaciones seleccionadas y, a continuación, se realizan ensayos de nanoindentación automáticos de una sola vez en las condiciones de ensayo que se resumen a continuación

FIGURA 1: SELECCIÓN DEL LUGAR DE NANOINDENTACIÓN EN LA SUPERFICIE DE LA MUESTRA.
RESULTADOS: NANOINDENTACIONES EN DIFERENTES FASES

A continuación se muestran las indentaciones en las distintas fases de la muestra. Demostramos que el excelente control de posición de la etapa de muestra en el NANOVEA Comprobador mecánico permite a los usuarios localizar con precisión el punto de destino de los ensayos de propiedades mecánicas.

Las curvas carga-desplazamiento representativas de las indentaciones se muestran en FIGURA 2y la dureza y el módulo de Young correspondientes calculados mediante el método de Oliver y Pharriii se resumen y comparan en FIGURA 3.


En FASES 1, 2, 3 y 4 poseen una dureza media de ~5,4, 19,6, 16,2 y 7,2 GPa, respectivamente. El tamaño relativamente pequeño de FASES 2 contribuye a su mayor desviación estándar de los valores de dureza y módulo de Young.

FIGURA 2: CURVAS CARGA-DESPLAZAMIENTO
DE LAS NANOINDENTACIONES

FIGURA 3: DUREZA Y MÓDULO DE YOUNG DE DIFERENTES FASES

CONCLUSIÓN

En este estudio, mostramos el NANOVEA Mechanical Tester realizando mediciones de nanoindentación en múltiples fases de una gran muestra metalúrgica utilizando el Advanced Stage Controller. El control preciso de la posición permite a los usuarios navegar fácilmente por una gran superficie de muestra y seleccionar directamente las áreas de interés para las mediciones de nanoindentación.

Las coordenadas de ubicación de todas las indentaciones se guardan y luego se realizan consecutivamente. Este procedimiento de ensayo hace que la medición de las propiedades mecánicas locales a pequeña escala, por ejemplo en la muestra metálica multifásica de este estudio, requiera mucho menos tiempo y sea más fácil de utilizar. Las FASES duras 2, 3 y 4 mejoran las propiedades mecánicas de la muestra, poseyendo una dureza media de ~19,6, 16,2 y 7,2 GPa, respectivamente, en comparación con los ~5,4 GPa de la FASE 1.

Los módulos Nano, Micro o Macro del instrumento incluyen todos modos de ensayo de indentación, rayado y desgaste conformes a las normas ISO y ASTM, proporcionando la gama de ensayos más amplia y fácil de usar disponible en un solo sistema. La gama inigualable de NANOVEA es una solución ideal para determinar toda la gama de propiedades mecánicas de revestimientos, películas y sustratos finos o gruesos, blandos o duros, incluida la dureza, el módulo de Young, la tenacidad a la fractura, la adherencia, la resistencia al desgaste y muchas otras.

i Oliver, W. C.; Pharr, G. M., Journal of Materials Research, Volume 19, Issue 1, Jan 2004, pp.3-20
ii Schuh, C.A., Materials Today, Volumen 9, Número 5, mayo de 2006, pp. 32-40
iii Oliver, W. C.; Pharr, G. M., Journal of Materials Research, Volume 7, Issue 6, June 1992, pp.1564-1583

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Medición de contornos mediante perfilómetro de NANOVEA

Medición del contorno de la banda de rodadura

Medición del contorno de la banda de rodadura

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MEDICIÓN DEL CONTORNO DE LA BANDA DE RODADURA

USO DEL PERFILADOR ÓPTICO 3D

Medición del contorno de la banda de rodadura - NANOVEA Profiler

Preparado por

ANDREA HERRMANN

INTRODUCCIÓN

Como todos los materiales, el coeficiente de fricción del caucho está relacionado con en parte a la rugosidad de su superficie. En las aplicaciones de neumáticos para vehículos, la tracción con la carretera es muy importante. Tanto la rugosidad de la superficie como la banda de rodadura del neumático desempeñan un papel en este sentido. En este estudio se analizan la rugosidad y las dimensiones de la superficie de goma y de la banda de rodadura.

* LA MUESTRA

IMPORTANCIA

DE LA PERFILOMETRÍA 3D SIN CONTACTO

PARA ESTUDIOS SOBRE EL CAUCHO

A diferencia de otras técnicas, como las sondas táctiles o la interferometría, NANOVEA Perfiladores ópticos 3D sin contacto utilizar el cromatismo axial para medir casi cualquier superficie. 

La puesta en escena abierta del sistema Profiler permite una amplia variedad de tamaños de muestra y no requiere preparación alguna. Las características de rango nanométrico a macrométrico pueden detectarse durante una sola exploración sin influencia alguna de la reflectividad o absorción de la muestra. Además, estos perfiladores tienen la capacidad avanzada de medir ángulos de superficie elevados sin necesidad de manipular los resultados mediante software.

Mide fácilmente cualquier material: transparente, opaco, especular, difusivo, pulido, rugoso, etc. La técnica de medición de los perfiladores sin contacto NANOVEA 3D proporciona una capacidad ideal, amplia y fácil de usar para maximizar los estudios de superficie junto con los beneficios de la capacidad combinada 2D & 3D.

OBJETIVO DE MEDICIÓN

En esta aplicación, mostramos la NANOVEA ST400, un perfilador óptico 3D sin contacto que mide la superficie y las bandas de rodadura de un neumático de caucho.

Una superficie de muestra lo suficientemente grande como para representar se seleccionó al azar toda la superficie del neumático para este estudio. 

Para cuantificar las características del caucho, utilizamos el software de análisis NANOVEA Ultra 3D para medir las dimensiones del contorno, la profundidad, rugosidad y área desarrollada de la superficie.

NANOVEA

ST400

ANÁLISIS: BANDA DE RODADURA

La vista en 3D y la vista en falso color de las bandas de rodadura muestran el valor del mapeado de diseños de superficie en 3D. Proporcionan a los usuarios una herramienta sencilla para observar directamente el tamaño y la forma de las bandas de rodadura desde distintos ángulos. El Análisis avanzado de contornos y el Análisis de altura de escalones son herramientas muy potentes para medir con precisión las dimensiones de las formas y el diseño de las muestras.

ANÁLISIS AVANZADO DE CONTORNOS

ANÁLISIS DE LA ALTURA DE LOS ESCALONES

ANÁLISIS: SUPERFICIE DE GOMA

La superficie del caucho puede cuantificarse de numerosas maneras utilizando herramientas de software incorporadas, como se muestra en las siguientes figuras a modo de ejemplo. Puede observarse que la rugosidad de la superficie es de 2,688 μm, y el área desarrollada frente al área proyectada es de 9,410 mm² frente a 8,997 mm². Esta información nos permite examinar la relación entre el acabado superficial y la tracción de diferentes formulaciones de caucho o incluso de caucho con diferentes grados de desgaste superficial.

CONCLUSIÓN

En esta aplicación, hemos demostrado cómo el NANOVEA El perfilador óptico 3D sin contacto puede caracterizar con precisión la rugosidad de la superficie y las dimensiones de la banda de rodadura del caucho.

Los datos muestran una rugosidad superficial de 2,69 µm y un área desarrollada de 9,41 mm² con un área proyectada de 9 mm². Las bandas de rodadura de caucho tenían diferentes dimensiones y radios. medido también.

La información presentada en este estudio puede utilizarse para comparar el rendimiento de neumáticos de caucho con diferentes diseños de banda de rodadura, formulaciones o distintos grados de desgaste. Los datos que se muestran aquí representan sólo una parte de la cálculos disponibles en el software de análisis Ultra 3D.

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