Deformación por fluencia de polímeros mediante nanoindentación

Más información

DEFORMACIÓN POR CREEP

DE POLÍMEROS MEDIANTE NANOINDENTACIÓN

Preparado por

DUANJIE LI, Doctorado

INTRODUCCIÓN

Como materiales viscoelásticos, los polímeros suelen sufrir una deformación dependiente del tiempo bajo una determinada carga aplicada, también conocida como fluencia. La fluencia se convierte en un factor crítico cuando las piezas poliméricas están diseñadas para estar expuestas a una tensión continua, como los componentes estructurales, las uniones y los accesorios, y los recipientes de presión hidrostática.

IMPORTANCIA DE LA MEDICIÓN DE LA FLUENCIA EN LOS POLÍMEROS

La naturaleza inherente de la viscoelasticidad desempeña un papel fundamental en el rendimiento de los polímeros e influye directamente en su fiabilidad de servicio. Las condiciones ambientales, como la carga y la temperatura, afectan al comportamiento de fluencia de los polímeros. Los fallos por fluencia suelen producirse debido a la falta de atención al comportamiento de fluencia dependiente del tiempo de los materiales poliméricos utilizados en condiciones de servicio específicas. Por ello, es importante desarrollar una prueba fiable y cuantitativa del comportamiento mecánico viscoelástico de los polímeros. El módulo Nano de NANOVEA Comprobadores mecánicos aplica la carga con un piezoeléctrico de alta precisión y mide directamente la evolución de la fuerza y el desplazamiento in situ. La combinación de precisión y repetibilidad lo convierte en una herramienta ideal para la medición de la fluencia.

OBJETIVO DE MEDICIÓN

En esta aplicación, mostramos que
El comprobador mecánico NANOVEA PB1000
en Nanoindentación El modo es una herramienta ideal.
para estudiar las propiedades mecánicas viscoelásticas
incluyendo dureza, módulo de Young
y fluencia de materiales poliméricos.

NANOVEA

PB1000

CONDICIONES DE ENSAYO

Se analizaron ocho muestras diferentes de polímeros mediante la técnica de nanoindentación utilizando el medidor mecánico NANOVEA PB1000. A medida que la carga aumentaba linealmente de 0 a 40 mN, la profundidad aumentaba progresivamente durante la fase de carga. A continuación, se midió la fluencia mediante el cambio de la profundidad de indentación a la carga máxima de 40 mN durante 30 s.

CARGA MÁXIMA 40 mN

VELOCIDAD DE CARGA
80 mN/min

VELOCIDAD DE DESCARGA 80 mN/min

TIEMPO DE DESLIZAMIENTO
30 s

TIPO DE INDENTADOR

Berkovich

Diamante

*Configuración de la prueba de nanoindentación

RESULTADOS Y DISCUSIÓN

El gráfico de carga frente a desplazamiento de las pruebas de nanoindentación realizadas en diferentes muestras de polímeros se muestra en la FIGURA 1, y las curvas de fluencia se comparan en la FIGURA 2. La dureza y el módulo de Young se resumen en la FIGURA 3, y la profundidad de fluencia se muestra en la FIGURA 4. Como ejemplos en la FIGURA 1, las partes AB, BC y CD de la curva de carga-desplazamiento para la medición de nanoindentación representan los procesos de carga, fluencia y descarga, respectivamente.

El Delrin y el PVC presentan la mayor dureza, con 0,23 y 0,22 GPa, respectivamente, mientras que el LDPE posee la menor dureza, con 0,026 GPa, entre los polímeros probados. En general, los polímeros más duros muestran menores índices de fluencia. El LDPE, que es el más blando, tiene la mayor profundidad de fluencia, con 798 nm, en comparación con los ~120 nm del Delrin.

Las propiedades de fluencia de los polímeros son fundamentales cuando se utilizan en piezas estructurales. Mediante la medición precisa de la dureza y la fluencia de los polímeros, se puede obtener una mejor comprensión de la fiabilidad de los polímeros en función del tiempo. La fluencia, es decir, el cambio de desplazamiento con una carga determinada, también se puede medir a diferentes temperaturas elevadas y humedades utilizando el ensayador mecánico NANOVEA PB1000, que constituye una herramienta ideal para medir de forma cuantitativa y fiable los comportamientos mecánicos viscoelásticos de los polímeros.
en el entorno de aplicación realista simulado.

FIGURA 1: Los gráficos de carga frente a desplazamiento
de diferentes polímeros.

FIGURA 2: Deslizamiento con una carga máxima de 40 mN durante 30 s.

FIGURA 3: Dureza y módulo de Young de los polímeros.

FIGURA 4: Profundidad de fluencia de los polímeros.

CONCLUSIÓN

En este estudio, demostramos que el NANOVEA PB1000
El medidor mecánico mide las propiedades mecánicas de diferentes polímeros, incluyendo la dureza, el módulo de Young y la fluencia. Dichas propiedades mecánicas son esenciales para seleccionar el material polimérico adecuado para las aplicaciones previstas. Derlin y PVC presentan la mayor dureza, con 0,23 y 0,22 GPa, respectivamente, mientras que el LDPE posee la menor dureza, con 0,026 GPa, entre los polímeros probados. En general, los polímeros más duros presentan menores índices de fluencia. El LDPE, que es el más blando, muestra la mayor profundidad de fluencia, con 798 nm, en comparación con los ~120 nm del Derlin.

Los probadores mecánicos NANOVEA ofrecen módulos nano y micro multifuncionales sin igual en una sola plataforma. Tanto los módulos nano como los micro incluyen modos de probador de rayaduras, probador de dureza y probador de desgaste, lo que proporciona la gama de pruebas más amplia y fácil de usar disponible en un solo sistema.

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Nanoindentación multifásica de metales

Estudio metalúrgico de materiales multifásicos mediante nanoindentación

Más información

ESTUDIO DE METALURGIA
DE MATERIAL MULTIFÁSICO

USO DE LA NANOINDENTACIÓN

Preparado por

DUANJIE LI, Doctorado & ALEXIS CELESTIN

INTRODUCCIÓN

La metalurgia estudia el comportamiento físico y químico de los elementos metálicos, así como sus compuestos intermetálicos y aleaciones. Los metales que se someten a procesos de trabajo, como la fundición, la forja, la laminación, la extrusión y el mecanizado, experimentan cambios en sus fases, microestructura y textura. Estos cambios dan lugar a diversas propiedades físicas, 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 esas fases, microestructuras y texturas específicas.

IMPORTANCIA DE LAS PROPIEDADES MECÁNICAS LOCALES 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 específicas 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 ubicaciones específicas para la indentación en un área muy pequeña resulta complicado y lleva mucho tiempo. Se necesita un procedimiento de ensayo de nanoindentación fiable y fácil de usar para determinar las propiedades mecánicas de las diferentes fases de un material con alta precisión y mediciones oportunas.

OBJETIVO DE MEDICIÓN

En esta aplicación, medimos las propiedades mecánicas de una muestra metalúrgica multifásica utilizando el medidor mecánico más potente: el NANOVEA PB1000.

Aquí mostramos la capacidad del PB1000 para realizar mediciones de nanoindentación en múltiples fases (granos) de una superficie de muestra grande con alta precisión y facilidad de uso gracias a nuestro controlador de posición avanzado.

NANOVEA

PB1000

CONDICIONES DE ENSAYO

En este estudio, utilizamos una muestra metalúrgica con múltiples fases. La muestra se pulió hasta obtener un acabado superficial similar al de un espejo antes de realizar las pruebas de indentación. Se han identificado cuatro fases en la muestra, denominadas FASE 1, FASE 2, FASE 3 y FASE 4, como se muestra a continuación.

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

En este estudio, localizamos las fases específicas de la muestra bajo el microscopio óptico integrado en el NANOVEA Probador mecánico con el número FIGURA 1. Se guardan las coordenadas de las ubicaciones seleccionadas y, a continuación, se realizan pruebas de nanoindentación automáticas de forma simultánea en las condiciones de prueba que se resumen a continuación.

FIGURA 1: SELECCIÓN DE LA UBICACIÓN DE LA NANOINDENTACIÓN EN LA SUPERFICIE DE LA MUESTRA.

RESULTADOS: NANOINDENTACIONES EN DIFERENTES FASES

A continuación se muestran las hendiduras en las diferentes fases de la muestra. Demostramos que el excelente control de la posición de la platina de muestras en el NANOVEA Comprobador mecánico permite a los usuarios localizar con precisión la ubicación objetivo para realizar pruebas de propiedades mecánicas.

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

El 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 una mayor desviación estándar de los valores de dureza y del módulo de Young.

FIGURA 2: CURVAS DE CARGA-DESPLAZAMIENTO
DE LAS NANOINDENTACIONES

FIGURA 3: DUREZA Y MÓDULO DE YOUNG DE DIFERENTES FASES

CONCLUSIÓN

En este estudio, mostramos el probador mecánico NANOVEA realizando mediciones de nanoindentación en múltiples fases de una muestra metalúrgica de gran tamaño utilizando el controlador de etapa avanzado. El control preciso de la posición permite a los usuarios navegar fácilmente por una superficie de muestra grande y seleccionar directamente las áreas de interés para las mediciones de nanoindentación.

Las coordenadas de ubicación de todas las hendiduras se guardan y luego se realizan consecutivamente. Este procedimiento de prueba hace que la medición de las propiedades mecánicas locales a pequeña escala, por ejemplo, la muestra de metal multifásico de este estudio, requiera mucho menos tiempo y sea más fácil de usar. Las fases duras 2, 3 y 4 mejoran las propiedades mecánicas de la muestra, con 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 modos de ensayo de indentación, rayado y desgaste conformes con las normas ISO y ASTM, lo que proporciona la gama de ensayos más amplia y fácil de usar disponible en un solo sistema. La inigualable gama de NANOVEA es la solución ideal para determinar todas las propiedades mecánicas de recubrimientos, películas y sustratos finos o gruesos, blandos o duros, incluyendo la dureza, el módulo de Young, la resistencia a la fractura, la adhesión, la resistencia al desgaste y muchas otras.

i Oliver, W. C.; Pharr, G. M., Revista de Investigación de Materiales, volumen 19, número 1, enero de 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., Revista de Investigación de Materiales, volumen 7, número 6, junio de 1992, pp. 1564-1583.

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Medición de la profundidad del dibujo de los neumáticos y la rugosidad de la superficie de la goma | Perfilómetro óptico 3D

MEDICIÓN DE LA PROFUNDIDAD DEL BANDA DE RODADURA DEL NEUMÁTICO Y DE LA RUGOSIDAD DE LA SUPERFICIE DE GOMA utilizando un perfilómetro óptico 3D

Preparado por

ANDREA HERRMANN

Aunque la profundidad del dibujo de los neumáticos se mide habitualmente con medidores manuales para garantizar la seguridad de los consumidores, los departamentos de I+D industriales y los fabricantes de neumáticos requieren métodos más avanzados. Esta nota de aplicación muestra cómo un perfilómetro óptico 3D proporciona mediciones precisas de la profundidad del dibujo de los neumáticos, mapas de contorno y análisis de la rugosidad de la superficie del caucho para estudios de alta precisión.

INTRODUCCIÓN

Al igual que todos los materiales, el coeficiente de fricción del caucho está relacionado en parte con la rugosidad de su superficie. En los neumáticos de los vehículos, tanto la profundidad del dibujo como la rugosidad de la superficie afectan directamente al rendimiento en cuanto a tracción, frenado y desgaste. En este estudio, se analizan la superficie del caucho y la rugosidad y las dimensiones del dibujo utilizando perfilometría 3D sin contacto.

LA MUESTRA

IMPORTANCIA DE LA PERFILOMETRÍA 3D SIN CONTACTO PARA LA MEDICIÓN DE LA PROFUNDIDAD DEL BANDA DE RODADURA DE LOS NEUMÁTICOS

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

El sistema Profiler, con su estructura abierta, permite trabajar con muestras de muy diversos tamaños y no requiere ninguna preparación previa. Con un solo escaneo, los usuarios pueden capturar tanto la profundidad total de la banda de rodadura del neumático como la rugosidad de la superficie a nivel micro, sin que influya en absoluto la reflectividad o la 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.

Esta versatilidad hace que los perfilómetros NANOVEA sean ideales tanto para pruebas de desgaste de la banda de rodadura de los neumáticos como para la investigación avanzada de materiales de caucho.

OBJETIVO DE MEDICIÓN

En esta aplicación, mostramos el NANOVEA ST400, un perfilómetro óptico 3D sin contacto que mide la profundidad del dibujo de los neumáticos, la geometría del contorno y la rugosidad de la superficie de la goma. Para este estudio, se seleccionó al azar una superficie de muestra lo suficientemente grande como para representar toda la superficie del neumático. Para cuantificar las características de la goma, utilizamos el software de análisis NANOVEA Ultra 3D para medir las dimensiones de los surcos, la profundidad del dibujo, la rugosidad de la superficie y el área desarrollada frente al área proyectada.

NANOVEA ST400 Estándar
Perfilómetro óptico 3D

ANÁLISIS: BANDA DE RODADURA DEL NEUMÁTICO

La vista 3D y la vista en falso color de las bandas de rodadura muestran el valor de mapear los diseños de superficies 3D. Esto proporciona a los ingenieros una herramienta sencilla para evaluar la uniformidad de la profundidad de la banda de rodadura, el diseño de los surcos y el desgaste desde múltiples ángulos. El análisis avanzado de contornos y el análisis de la altura de los escalones son herramientas extremadamente potentes para medir con precisión las dimensiones de las formas y el diseño de las muestras.

ANÁLISIS AVANZADO DEL CONTORNO

ANÁLISIS DE LA ALTURA DE LOS ESCALONES

ANÁLISIS: SUPERFICIE DE GOMA

La superficie de caucho se puede cuantificar de numerosas formas utilizando herramientas de software integradas, como se muestra en las siguientes figuras. Se puede observar que la rugosidad de la superficie es de 2,688 μm, y que el área desarrollada frente al área proyectada es de 9,410 mm² frente a 8,997 mm². Estos resultados demuestran cómo la rugosidad de la superficie del caucho afecta a la tracción y al rendimiento, lo que permite realizar comparaciones entre diferentes formulaciones de caucho o distintos niveles de desgaste de la superficie.

CONCLUSIÓN

En esta aplicación, hemos mostrado cómo el perfilómetro óptico sin contacto NANOVEA 3D puede caracterizar con precisión la profundidad de la banda de rodadura de los neumáticos, las dimensiones del contorno y la rugosidad de la superficie de la goma. 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. También se midieron varias dimensiones y radios de las bandas de rodadura de goma. Esta información puede ser utilizada por los fabricantes de neumáticos, los investigadores del sector automovilístico y los ingenieros de materiales para comparar diseños de bandas de rodadura, formulaciones de caucho o neumáticos con distintos grados de desgaste. Los datos que se muestran aquí representan solo una parte de los cálculos disponibles en el software de análisis Ultra 3D.

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Medición del desgaste in situ a alta temperatura

MEDICIÓN DEL DESGASTE IN SITU A ALTA TEMPERATURA

USO DEL TRIBÓMETRO

Preparado por

Doctor Duanjie Li

INTRODUCCIÓN

El transformador diferencial variable lineal (LVDT) es un tipo de transformador eléctrico robusto que se utiliza para medir el desplazamiento lineal. Se ha utilizado ampliamente en una gran variedad de aplicaciones industriales, entre las que se incluyen turbinas eléctricas, sistemas hidráulicos, automatización, aeronáutica, satélites, reactores nucleares y muchas otras.

En este estudio, presentamos los complementos LVDT y los módulos para altas temperaturas de NANOVEA. Tribómetro que permiten medir el cambio en la profundidad de la huella de desgaste de la muestra sometida a prueba durante el proceso de desgaste a temperaturas elevadas. Esto permite a los usuarios correlacionar las diferentes etapas del proceso de desgaste con la evolución del COF, lo cual es fundamental para mejorar la comprensión básica del mecanismo de desgaste y las características tribológicas de los materiales para aplicaciones a altas temperaturas.

OBJETIVO DE MEDICIÓN

En este estudio, nos gustaría mostrar la capacidad del tribómetro NANOVEA T50 para monitorear in situ la evolución del proceso de desgaste de los materiales a temperaturas elevadas.

El proceso de desgaste de la cerámica de silicato de alúmina a diferentes temperaturas se simula de manera controlada y supervisada.

NANOVEA

T50

PROCEDIMIENTO DE PRUEBA

El comportamiento tribológico, por ejemplo, el coeficiente de fricción (COF) y la resistencia al desgaste de las placas cerámicas de silicato de alúmina, se evaluó con el tribómetro NANOVEA. La placa cerámica de silicato de alúmina se calentó en un horno desde temperatura ambiente (TA) hasta temperaturas elevadas (400 °C y 800 °C), y a continuación se realizaron ensayos de desgaste a dichas temperaturas.

A modo de comparación, las pruebas de desgaste se llevaron a cabo cuando la muestra se enfrió de 800 °C a 400 °C y, posteriormente, a temperatura ambiente. Se aplicó una punta de bola de AI2O3 (6 mm de diámetro, grado 100) contra las muestras sometidas a prueba. Se supervisaron in situ el COF, la profundidad de desgaste y la temperatura.

PARÁMETROS DE PRUEBA

de la medición del pin sobre disco

La tasa de desgaste, K, se evaluó utilizando la fórmula K=V/(Fxs)=A/(Fxn), donde V es el volumen desgastado, F es la carga normal, s es la distancia de deslizamiento, A es el área transversal de la huella de desgaste y n es el número de revoluciones. La rugosidad de la superficie y los perfiles de las huellas de desgaste se evaluaron con el perfilómetro óptico NANOVEA, y la morfología de las huellas de desgaste se examinó con un microscopio óptico.

RESULTADOS Y DEBATE

El COF y la profundidad de la huella de desgaste registrados in situ se muestran en la FIGURA 1 y la FIGURA 2, respectivamente. En la FIGURA 1, “-I” indica la prueba realizada cuando la temperatura se incrementó desde la temperatura ambiente hasta una temperatura elevada. “-D” representa la temperatura disminuida desde una temperatura más alta de 800 °C.

Como se muestra en la FIGURA 1, las muestras probadas a diferentes temperaturas presentan un COF comparable de ~0,6 en todas las mediciones. Un COF tan alto provoca un proceso de desgaste acelerado que genera una cantidad considerable de residuos. La profundidad de la huella de desgaste se supervisó durante las pruebas de desgaste mediante LVDT, como se muestra en la FIGURA 2. Las pruebas realizadas a temperatura ambiente antes del calentamiento de la muestra y después de su enfriamiento muestran que la placa cerámica de silicato de alúmina presenta un proceso de desgaste progresivo a temperatura ambiente, y que la profundidad de la huella de desgaste aumenta gradualmente a lo largo de la prueba de desgaste hasta ~170 y ~150 μm, respectivamente.

En comparación, las pruebas de desgaste a temperaturas elevadas (400 °C y 800 °C) muestran un comportamiento de desgaste diferente: la profundidad de la huella de desgaste aumenta rápidamente al inicio del proceso de desgaste y se ralentiza a medida que avanza la prueba. Las profundidades de las marcas de desgaste para las pruebas realizadas a temperaturas de 400 °C-I, 800 °C y 400 °C-D son de aproximadamente 140, 350 y 210 μm, respectivamente.

FIGURA 1. Coeficiente de fricción durante pruebas de clavija sobre disco a diferentes temperaturas

FIGURA 2. Evolución de la profundidad de la huella de desgaste de la placa cerámica de silicato de alúmina a diferentes temperaturas.

Se midieron la tasa de desgaste promedio y la profundidad de la huella de desgaste de las placas de cerámica de silicato de alúmina a diferentes temperaturas utilizando NANOVEA Perfilómetro óptico, tal y como se resume en FIGURA 3. La profundidad de la huella de desgaste coincide con la registrada mediante LVDT. La placa cerámica de silicato de alúmina muestra una tasa de desgaste sustancialmente mayor, de ~0,5 mm3/Nm a 800 °C, en comparación con las tasas de desgaste inferiores a 0,2 mm3/N a temperaturas inferiores a 400 °C. La placa cerámica de silicato de alúmina no muestra una mejora significativa de sus propiedades mecánicas/tribológicas tras el breve proceso de calentamiento, ya que presenta una tasa de desgaste comparable antes y después del tratamiento térmico.

La cerámica de silicato de alúmina, también conocida como lava y piedra maravillosa, es blanda y mecanizable antes del tratamiento térmico. Un largo proceso de cocción a temperaturas elevadas de hasta 1093 °C puede mejorar sustancialmente su dureza y resistencia, tras lo cual se requiere un mecanizado con diamante. Esta característica única hace que la cerámica de silicato de alúmina sea un material ideal para la escultura.

En este estudio, demostramos que el tratamiento térmico a una temperatura inferior a la requerida para la cocción (800 °C frente a 1093 °C) en un tiempo breve no mejora las características mecánicas y tribológicas de la cerámica de silicato de alúmina, lo que hace que la cocción adecuada sea un proceso esencial para este material antes de su uso en aplicaciones reales.

FIGURA 3. Tasa de desgaste y profundidad de la huella de desgaste de la muestra a diferentes temperaturas.

CONCLUSIÓN

Basándonos en el análisis tribológico exhaustivo realizado en este estudio, demostramos que la placa cerámica de silicato de alúmina presenta un coeficiente de fricción comparable a diferentes temperaturas, desde la temperatura ambiente hasta los 800 °C. Sin embargo, muestra un aumento sustancial de la tasa de desgaste de ~0,5 mm3/Nm a 800 °C, lo que demuestra la importancia de un tratamiento térmico adecuado de esta cerámica.

Los tribómetros NANOVEA son capaces de evaluar las propiedades tribológicas de los materiales para aplicaciones a altas temperaturas de hasta 1000 °C. La función de medición in situ del coeficiente de fricción (COF) y la profundidad de la huella de desgaste permite a los usuarios correlacionar las diferentes etapas del proceso de desgaste con la evolución del COF, lo cual es fundamental para mejorar la comprensión básica del mecanismo de desgaste y las características tribológicas de los materiales utilizados a temperaturas elevadas.

Los tribómetros NANOVEA ofrecen pruebas de desgaste y fricción precisas y repetibles utilizando modos rotativos y lineales que cumplen con las normas ISO y ASTM, con módulos opcionales de desgaste a alta temperatura, lubricación y tribocorrosión disponibles en un sistema preintegrado. La inigualable gama de NANOVEA es una solución ideal para determinar toda la gama de propiedades tribológicas de recubrimientos, películas y sustratos delgados o gruesos, blandos o duros.

Hay disponibles perfiladores 3D sin contacto opcionales para obtener imágenes 3D de alta resolución de las huellas de desgaste, además de otras mediciones superficiales, como la rugosidad.

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Análisis de la superficie de escamas de pez mediante un perfilómetro óptico 3D

Más información

ANÁLISIS DE LA SUPERFICIE DE LAS ESCAMAS DE LOS PECES

utilizando un PERFILADOR ÓPTICO 3D

Preparado por

Andrea Novitsky

INTRODUCCIÓN

La morfología, los patrones y otras características de las escamas de los peces se estudian utilizando NANOVEA. Perfilador óptico 3D sin contacto. La delicada naturaleza de esta muestra biológica, junto con sus ranuras muy pequeñas y de ángulo elevado, también destaca la importancia de la técnica sin contacto del perfilador. Las ranuras de la escama se denominan circuli y pueden estudiarse para estimar la edad del pez e incluso distinguir períodos de diferentes tasas de crecimiento, de forma similar a los anillos de un árbol. Se trata de una información muy importante para la gestión de las poblaciones de peces silvestres con el fin de evitar la sobrepesca.

Importancia de la perfilometría 3D sin contacto PARA ESTUDIOS BIOLÓGICOS

A diferencia de otras técnicas, como las sondas táctiles o la interferometría, el perfilómetro óptico 3D sin contacto, que utiliza cromatismo axial, puede medir casi cualquier superficie. El tamaño de las muestras puede variar ampliamente debido a la disposición abierta y no es necesario preparar las muestras. Durante la medición del perfil de la superficie se obtienen características en el rango nano a macro sin ninguna influencia de la reflectividad o absorción de la muestra. El instrumento ofrece una capacidad avanzada para medir ángulos de superficie elevados sin necesidad de manipular los resultados mediante software. Se puede medir fácilmente cualquier material, ya sea transparente, opaco, especular, difusivo, pulido o rugoso. La técnica ofrece una capacidad ideal, amplia y fácil de usar para maximizar los estudios de superficie, junto con las ventajas de las capacidades combinadas de 2D y 3D.

OBJETIVO DE MEDICIÓN

En esta aplicación, presentamos el NANOVEA ST400, un perfilómetro 3D sin contacto con un sensor de alta velocidad, que proporciona un análisis completo de la superficie de una balanza.

El instrumento se ha utilizado para escanear toda la muestra, junto con un escaneo de mayor resolución de la zona central. También se midió la rugosidad de la superficie exterior e interior de la escala para compararlas.

NANOVEA

ST400

Caracterización de superficies 3D y 2D de la escala exterior

La vista en 3D y la vista en falso color de la escama externa muestran una estructura compleja similar a una huella digital o a los anillos de un árbol. Esto proporciona a los usuarios una herramienta sencilla para observar directamente la caracterización de la superficie de la escama desde diferentes ángulos. Se muestran otras mediciones de la escama externa junto con la comparación entre el lado externo e interno de la escama.

COMPARACIÓN DE LA RUGOSIDAD DE LA SUPERFICIE

CONCLUSIÓN

En esta aplicación, hemos mostrado cómo el perfilómetro óptico sin contacto NANOVEA 3D puede caracterizar una escama de pescado de diversas maneras.

Las superficies externa e interna de la escama se pueden distinguir fácilmente solo por la rugosidad de la superficie, con valores de rugosidad de 15,92 μm y 1,56 μm, respectivamente. Además, se puede obtener información precisa y exacta sobre una escama de pez analizando los surcos, o círculos, de la superficie externa de la escama. Se midió la distancia de las bandas de circuli desde el centro y se determinó que la altura media de los circuli era de aproximadamente 58 μm.

Los datos que se muestran aquí representan solo una parte de los cálculos disponibles en el software de análisis.

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Análisis Mecánico Dinámico (AMD) Barrido de frecuencias en polímeros

BARRIDO DE FRECUENCIA DMA

SOBRE POLÍMEROS MEDIANTE NANOINDENTACIÓN

Preparado por

Doctor Duanjie Li

INTRODUCCIÓN

IMPORTANCIA DEL ANÁLISIS MECÁNICO DINÁMICO PRUEBA DE BARRIDO DE FRECUENCIA

La frecuencia cambiante de la tensión suele provocar variaciones en el módulo complejo, que es una propiedad mecánica fundamental de los polímeros. Por ejemplo, los neumáticos están sometidos a deformaciones cíclicas elevadas cuando los vehículos circulan por la carretera. La frecuencia de la presión y la deformación cambia a medida que el coche acelera a velocidades más altas. Este cambio puede provocar variaciones en las propiedades viscoelásticas del neumático, que son factores importantes en el rendimiento del coche. Se necesita una prueba fiable y repetible del comportamiento viscoelástico de los polímeros a diferentes frecuencias. El módulo Nano de NANOVEA Comprobador mecánico Genera una carga sinusoidal mediante un actuador piezoeléctrico de alta precisión y mide directamente la evolución de la fuerza y el desplazamiento utilizando una célula de carga ultrasensible y un condensador. La combinación de una fácil configuración y una alta precisión lo convierte en una herramienta ideal para el barrido de frecuencias del análisis mecánico dinámico.

Los materiales viscoelásticos presentan características tanto viscosas como elásticas cuando se deforman. Las largas cadenas moleculares de los materiales poliméricos contribuyen a sus propiedades viscoelásticas únicas, es decir, una combinación de las características de los sólidos elásticos y los fluidos newtonianos. La tensión, la temperatura, la frecuencia y otros factores influyen en las propiedades viscoelásticas. El análisis mecánico dinámico, también conocido como DMA, estudia el comportamiento viscoelástico y el módulo complejo del material aplicando una tensión sinusoidal y midiendo el cambio de deformación.

OBJETIVO DE MEDICIÓN

En esta aplicación, estudiamos las propiedades viscoelásticas de una muestra de neumático pulido a diferentes frecuencias DMA utilizando el probador mecánico más potente, NANOVEA PB1000, en Nanoindentación modo.

NANOVEA

PB1000

CONDICIONES DE ENSAYO

FRECUENCIAS (Hz):

0.1, 1.5, 10, 20

TIEMPO DE DESPLAZAMIENTO EN CADA FRECUENCIA.

50 segundos

VOLTAJE DE OSCILACIÓN

0,1 V

TENSION DE CARGA

1 V

tipo de penetrador

Esférico

Diamante | 100 μm

RESULTADOS Y DEBATE

El barrido de frecuencia del análisis mecánico dinámico a la carga máxima permite realizar una medición rápida y sencilla de las características viscoelásticas de la muestra a diferentes frecuencias de carga en una sola prueba. El desplazamiento de fase y las amplitudes de las ondas de carga y desplazamiento a diferentes frecuencias se pueden utilizar para calcular una variedad de propiedades viscoelásticas fundamentales del material, entre las que se incluyen: Módulo de almacenamiento, Módulo de pérdida y Bronceado (δ) tal y como se resume en los siguientes gráficos.

Las frecuencias de 1, 5, 10 y 20 Hz en este estudio corresponden a velocidades de aproximadamente 7, 33, 67 y 134 km por hora. A medida que la frecuencia de prueba aumenta de 0,1 a 20 Hz, se puede observar que tanto el módulo de almacenamiento como el módulo de pérdida aumentan progresivamente. Tan (δ) disminuye de ~0,27 a 0,18 a medida que la frecuencia aumenta de 0,1 a 1 Hz, y luego aumenta gradualmente hasta ~0,55 cuando se alcanza la frecuencia de 20 Hz. El barrido de frecuencia DMA permite medir las tendencias del módulo de almacenamiento, el módulo de pérdida y Tan (δ), que proporcionan información sobre el movimiento de los monómeros y la reticulación, así como sobre la transición vítrea de los polímeros. Al elevar la temperatura mediante una placa calefactora durante el barrido de frecuencia, se puede obtener una imagen más completa de la naturaleza del movimiento molecular en diferentes condiciones de prueba.

EVOLUCIÓN DE LA CARGA Y LA PROFUNDIDAD

DEL BARRIDO DE FRECUENCIA DMA COMPLETO

CARGA Y PROFUNDIDAD frente al TIEMPO A DIFERENTES FRECUENCIAS

MÓDULO DE ALMACENAMIENTO

A DIFERENTES FRECUENCIAS

MÓDULO DE PÉRDIDA

A DIFERENTES FRECUENCIAS

TAN (δ)

A DIFERENTES FRECUENCIAS

CONCLUSIÓN

En este estudio, mostramos la capacidad del probador mecánico NANOVEA para realizar la prueba de barrido de frecuencia del análisis mecánico dinámico en una muestra de neumático. Esta prueba mide las propiedades viscoelásticas del neumático a diferentes frecuencias de tensión. El neumático muestra un aumento del módulo de almacenamiento y pérdida a medida que la frecuencia de carga aumenta de 0,1 a 20 Hz. Proporciona información útil sobre el comportamiento viscoelástico del neumático cuando circula a diferentes velocidades, lo cual es esencial para mejorar el rendimiento de los neumáticos y lograr una conducción más suave y segura. La prueba de barrido de frecuencia DMA se puede realizar a diferentes temperaturas para imitar el entorno de trabajo real del neumático en diferentes condiciones climáticas.

En el módulo Nano del comprobador mecánico NANOVEA, la aplicación de carga con el piezo rápido es independiente de la medición de carga realizada por un medidor de tensión de alta sensibilidad independiente. Esto ofrece una ventaja clara durante el análisis mecánico dinámico, ya que la fase entre la profundidad y la carga se mide directamente a partir de los datos recopilados por el sensor. El cálculo de la fase es directo y no requiere modelos matemáticos que añaden imprecisión al módulo de pérdida y almacenamiento resultante. Este no es el caso de los sistemas basados en bobinas.

En conclusión, el DMA mide el módulo de pérdida y almacenamiento, el módulo complejo y Tan (δ) en función de la profundidad de contacto, el tiempo y la frecuencia. La etapa de calentamiento opcional permite determinar la temperatura de transición de fase de los materiales durante el DMA. Los probadores mecánicos NANOVEA ofrecen módulos nano y micro multifunción sin igual en una sola plataforma. Tanto el módulo nano como el micro incluyen modos de probador de rayado, probador de dureza y probador de desgaste, lo que proporciona la gama de pruebas más amplia y fácil de usar disponible en un solo módulo.

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Topografía de la lente Fresnel

TOPOGRAFÍA DE LENTES FRESNELUSO 3D PERFILÓMETRO ÓPTICO SIN CONTACTO

Preparado por

Duanjie Li y Benjamin Mell

INTRODUCCIÓN

Una lente es un dispositivo óptico de simetría axial que transmite y refracta la luz. Una lente simple consta de un único componente óptico para converger o divergir la luz. Aunque las superficies esféricas no son la forma ideal para fabricar una lente, a menudo se utilizan como la forma más sencilla a la que se puede moler y pulir el vidrio.

Una lente Fresnel está formada por una serie de anillos concéntricos, que son partes delgadas de una lente simple con un ancho de tan solo unas milésimas de pulgada. Las lentes Fresnel tienen una gran apertura y una distancia focal corta, con un diseño compacto que reduce el peso y el volumen del material necesario, en comparación con las lentes convencionales con las mismas propiedades ópticas. Se pierde una cantidad muy pequeña de luz por absorción debido a la delgada geometría de la lente Fresnel.

IMPORTANCIA DE LA PERFILOMETRÍA 3D SIN CONTACTO PARA LA INSPECCIÓN DE LENTES DE FRESNEL

Las lentes Fresnel se emplean ampliamente en la industria automotriz, los faros, la energía solar y los sistemas ópticos de aterrizaje para portaaviones. El moldeado o estampado de las lentes a partir de plásticos transparentes puede hacer que su producción sea rentable. La calidad del servicio de las lentes Fresnel depende en gran medida de la precisión y la calidad de la superficie de su anillo concéntrico. A diferencia de la técnica de sonda táctil, NANOVEA Perfiladores ópticos Realiza mediciones de superficies en 3D sin tocar la superficie, evitando el riesgo de producir nuevos rayones. La técnica Chromatic Light es ideal para el escaneo preciso de formas complejas, como lentes de diferentes geometrías.

ESQUEMA DE LA LENTE DE FRESNEL

Las lentes Fresnel de plástico transparente se pueden fabricar mediante moldeado o estampado. Un control de calidad preciso y eficiente es fundamental para detectar moldes o estampados defectuosos. Mediante la medición de la altura y el paso de los anillos concéntricos, se pueden detectar variaciones en la producción comparando los valores medidos con los valores especificados por el fabricante de la lente.

La medición precisa del perfil de la lente garantiza que los moldes o troqueles se mecanicen correctamente para ajustarse a las especificaciones del fabricante. Además, el troquel podría desgastarse progresivamente con el tiempo, lo que provocaría que perdiera su forma inicial. Una desviación constante con respecto a las especificaciones del fabricante de la lente es un indicio claro de que es necesario sustituir el molde.

OBJETIVO DE MEDICIÓN

En esta aplicación, presentamos el NANOVEA ST400, un perfilador 3D sin contacto con un sensor de alta velocidad, que proporciona un análisis completo del perfil 3D de un componente óptico de forma compleja. Para demostrar las extraordinarias capacidades de nuestra tecnología Chromatic Light, se realiza un análisis del contorno de una lente Fresnel.

NANOVEA ST400 Gran superficie
Perfilómetro óptico 3D

La lente Fresnel acrílica de 2,3” x 2,3” utilizada para este estudio consta de

una serie de anillos concéntricos y un perfil transversal dentado complejo.

Tiene una distancia focal de 1,5 pulgadas y un diámetro efectivo de 2,0 pulgadas.,

125 estrías por pulgada y un índice de refracción de 1,49.

El escaneo NANOVEA ST400 de la lente Fresnel muestra un notable aumento en la altura de los anillos concéntricos, que se desplazan hacia afuera desde el centro.

FALSO COLOR 2D

Representación de la altura

VISTA EN 3D

PERFIL EXTRAÍDO

MÁXIMO Y MÍNIMO

Análisis dimensional del perfil

CONCLUSIÓN

En esta aplicación, hemos demostrado que el perfilómetro óptico sin contacto NANOVEA ST400 mide con precisión la topografía superficial de las lentes Fresnel.

La dimensión de la altura y el paso se pueden determinar con precisión a partir del complejo perfil dentado utilizando el software de análisis NANOVEA. Los usuarios pueden inspeccionar eficazmente la calidad de los moldes o troqueles de producción comparando las dimensiones de la altura y el paso del anillo de las lentes fabricadas con las especificaciones ideales del anillo.

Los datos que se muestran aquí representan solo una parte de los cálculos disponibles en el software de análisis.

Los perfilómetros ópticos NANOVEA miden prácticamente cualquier superficie en campos como los semiconductores, la microelectrónica, la energía solar, la fibra óptica, la automoción, la industria aeroespacial, la metalurgia, el mecanizado, los recubrimientos, la industria farmacéutica, la biomedicina, el medio ambiente y muchos otros.

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Inspección de piezas mecanizadas

PIEZAS MECANIZADAS

Inspección a partir de un modelo CAD mediante perfilometría 3D.

Autor:

Doctor Duanjie Li

Revisado por

Jocelyn Esparza

INTRODUCCIÓN

La demanda de mecanizados de precisión capaces de crear geometrías complejas ha ido en aumento en una amplia gama de industrias. Desde la industria aeroespacial, médica y automotriz, hasta los engranajes tecnológicos, la maquinaria y los instrumentos musicales, la innovación y la evolución continuas elevan las expectativas y los estándares de precisión a nuevas cotas. En consecuencia, asistimos al aumento de la demanda de técnicas e instrumentos de inspección rigurosos para garantizar la máxima calidad de los productos.

Importancia de la perfilometría 3D sin contacto para la inspección de piezas

Comparar las propiedades de las piezas mecanizadas con sus modelos CAD es esencial para verificar las tolerancias y el cumplimiento de las normas de producción. La inspección durante el tiempo de servicio también es crucial, ya que el desgaste de las piezas puede requerir su sustitución. La identificación oportuna de cualquier desviación de las especificaciones requeridas ayudará a evitar costosas reparaciones, paradas de producción y daños a la reputación.

A diferencia de la técnica de sonda táctil, el NANOVEA Perfiladores ópticos Realiza escaneos de superficies en 3D sin contacto, lo que permite realizar mediciones rápidas, precisas y no destructivas de formas complejas con la máxima precisión.

OBJETIVO DE MEDICIÓN

En esta aplicación, presentamos el NANOVEA HS2000, un perfilómetro 3D sin contacto con un sensor de alta velocidad, que realiza una inspección exhaustiva de la superficie en cuanto a dimensiones, radio y rugosidad.

Todo en menos de 40 segundos.

NANOVEA

HS2000

MODELO CAD

Una medición precisa de las dimensiones y la rugosidad superficial de la pieza mecanizada es fundamental para garantizar que cumple con las especificaciones, tolerancias y acabados superficiales deseados. A continuación se presentan el modelo 3D y el dibujo técnico de la pieza que se va a inspeccionar.

VISTA EN FALSO COLOR

En la FIGURA 3 se comparan la vista en falso color del modelo CAD y la superficie escaneada de la pieza mecanizada. La variación de altura en la superficie de la muestra se puede observar por el cambio de color.

Se extraen tres perfiles 2D del escaneo de superficie 3D, tal y como se indica en la FIGURA 2, para verificar aún más la tolerancia dimensional de la pieza mecanizada.

COMPARACIÓN DE PERFILES Y RESULTADOS

Los perfiles 1 a 3 se muestran en las FIGURAS 3 a 5. La inspección cuantitativa de la tolerancia se lleva a cabo comparando el perfil medido con el modelo CAD para mantener unos rigurosos estándares de fabricación. Los perfiles 1 y 2 miden el radio de diferentes áreas de la pieza mecanizada curvada. La variación de altura del perfil 2 es de 30 µm en una longitud de 156 mm, lo que cumple con el requisito de tolerancia deseado de ±125 µm.

Al establecer un valor límite de tolerancia, el software de análisis puede determinar automáticamente si la pieza mecanizada es apta o no.

La rugosidad y la uniformidad de la superficie de la pieza mecanizada desempeñan un papel importante a la hora de garantizar su calidad y funcionalidad. La FIGURA 6 es un área superficial extraída del escaneo original de la pieza mecanizada que se utilizó para cuantificar el acabado superficial. Se calculó que la rugosidad superficial media (Sa) era de 2,31 µm.

CONCLUSIÓN

En este estudio, hemos mostrado cómo el perfilómetro sin contacto NANOVEA HS2000, equipado con un sensor de alta velocidad, realiza una inspección exhaustiva de la superficie en cuanto a dimensiones y rugosidad.

Los escaneos de alta resolución permiten a los usuarios medir la morfología detallada y las características superficiales de las piezas mecanizadas y compararlas cuantitativamente con sus modelos CAD. El instrumento también es capaz de detectar cualquier defecto, incluyendo rayones y grietas.

El análisis avanzado de contornos es una herramienta sin igual, no solo para determinar si las piezas mecanizadas cumplen con las especificaciones establecidas, sino también para evaluar los mecanismos de falla de los componentes desgastados.

Los datos que se muestran aquí representan solo una parte de los cálculos que se pueden realizar con el software de análisis avanzado que viene incluido con cada perfilómetro óptico NANOVEA.

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Evaluación del desgaste por rozamiento

EVALUACIÓN DEL DESGASTE POR ROZAMIENTO

Autor:

Doctor Duanjie Li

Revisado por

Jocelyn Esparza

INTRODUCCIÓN

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

Importancia de lo cuantitativo
Evaluación del desgaste por rozamiento

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

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

OBJETIVO DE MEDICIÓN

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

NANOVEA

T50

CONDICIONES DE ENSAYO

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

La prueba de rozamiento se realizó a temperatura ambiente (TA) y a 200 °C para estudiar el efecto de la alta temperatura en la resistencia al desgaste por frotamiento de la muestra SS304. Una placa calefactora situada en la platina de la muestra calentó la muestra durante el ensayo de desgaste por fricción a 200 °C. La tasa de desgaste, Kse evaluó mediante la fórmula K=V/(F×s)donde V es el volumen desgastado, F es la carga normal, y s es la distancia de deslizamiento.

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

PARÁMETROS DE PRUEBA

de las mediciones de desgaste

RESULTADOS Y DEBATE

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

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

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

El comportamiento del desgaste puede cambiar drásticamente cuando se introducen en el tribosistema pequeños cambios en las condiciones de ensayo. La versatilidad del NANOVEA El tribómetro permite medir el desgaste en diversas condiciones, como alta temperatura, lubricación, corrosión y otras. El control preciso de la velocidad y la posición mediante el motor avanzado permite a los usuarios realizar la prueba de desgaste a velocidades que oscilan entre 0,001 y 5000 rpm, lo que lo convierte en una herramienta ideal para que los laboratorios de investigación/pruebas investiguen el desgaste por rozamiento en diferentes condiciones tribológicas.

Pistas de desgaste por rozamiento en diversas condiciones

bajo el microscopio óptico

PERFILES 3D WEAR TRACKs

profundizar en los conocimientos fundamentales
del mecanismo de desgaste por rozamiento

RESUMEN DE RESULTADOS DE LAS PISTAS DE DESGASTE

medido utilizando diferentes parámetros de ensayo

CONCLUSIÓN

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

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

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

NANOVEA Los tribómetros ofrecen pruebas de desgaste y fricción precisas y repetibles mediante modos rotativos y lineales conformes con las normas ISO y ASTM, con módulos opcionales de desgaste a alta temperatura, lubricación y tribo-corrosión disponibles en un sistema preintegrado. Nuestra incomparable gama es una solución ideal para determinar toda la gama de propiedades tribológicas de revestimientos, películas y sustratos finos o gruesos, blandos o duros.

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Inspección de la rugosidad superficial de comprimidos farmacéuticos

Tabletas farmacéuticas

Inspección de la rugosidad mediante perfilómetros 3D

Autor:

Jocelyn Esparza

Introducción

Las tabletas farmacéuticas son la forma de dosificación medicinal más popular en la actualidad. Cada tableta está compuesta por una combinación de sustancias activas (los compuestos químicos que producen el efecto farmacológico) y sustancias inactivas (desintegrantes, aglutinantes, lubricantes, diluyentes, normalmente en forma de polvo). Las sustancias activas e inactivas se comprimen o moldean hasta formar un sólido. A continuación, dependiendo de las especificaciones del fabricante, las tabletas se recubren o se dejan sin recubrir.

Para ser eficaces, los recubrimientos de los comprimidos deben seguir los contornos precisos de los logotipos o caracteres grabados en los comprimidos, deben ser lo suficientemente estables y resistentes como para soportar la manipulación de los comprimidos y no deben provocar que los comprimidos se peguen entre sí durante el proceso de recubrimiento. Los comprimidos actuales suelen tener un recubrimiento a base de polisacáridos y polímeros que incluye sustancias como pigmentos y plastificantes. Los dos tipos más comunes de recubrimientos para comprimidos son los recubrimientos de película y los recubrimientos de azúcar. En comparación con los recubrimientos de azúcar, los recubrimientos de película son menos voluminosos, más duraderos y su preparación y aplicación requieren menos tiempo. Sin embargo, los recubrimientos de película tienen más dificultad para ocultar el aspecto del comprimido.

Los recubrimientos de los comprimidos son esenciales para protegerlos de la humedad, enmascarar el sabor de los ingredientes y facilitar su ingestión. Más importante aún, el recubrimiento del comprimido controla la ubicación y la velocidad a la que se libera el medicamento.

OBJETIVO DE MEDICIÓN

En esta aplicación, utilizamos el Perfilador óptico NANOVEA y el software avanzado Mountains para medir y cuantificar la topografía de varias pastillas prensadas de marcas reconocidas (1 recubierta y 2 sin recubrimiento) con el fin de comparar la rugosidad de su superficie.

Se supone que Advil (recubierto) tendrá la menor rugosidad superficial debido al recubrimiento protector que tiene.

NANOVEA

HS2000

Condiciones de prueba

Se escanearon tres lotes de comprimidos prensados de marcas farmacéuticas reconocidas con el Nanovea HS2000.
Uso de un sensor de línea de alta velocidad para medir diversos parámetros de rugosidad superficial según la norma ISO 25178.

Área de escaneo

2 x 2 mm

Resolución de escaneo lateral

5 x 5 μm

Tiempo de escaneo

4 segundos

Muestras

Resultados y discusión

Después de escanear las tabletas, se realizó un estudio de rugosidad superficial con el avanzado software de análisis Mountains para calcular el promedio superficial, la media cuadrática y la altura máxima de cada tableta.

Los valores calculados respaldan la hipótesis de que Advil tiene una rugosidad superficial menor debido al recubrimiento protector que envuelve sus ingredientes. Tylenol presenta la mayor rugosidad superficial de las tres tabletas medidas.

Se generó un mapa de altura en 2D y 3D de la topografía de la superficie de cada tableta, que muestra las distribuciones de altura medidas. Se seleccionó una de las cinco tabletas para representar los mapas de altura de cada marca. Estos mapas de altura son una herramienta excelente para la detección visual de características superficiales atípicas, como hoyos o picos.

Conclusión

En este estudio, analizamos y comparamos la rugosidad superficial de tres pastillas farmacéuticas prensadas de marcas reconocidas: Advil, Tylenol y Excedrin. Advil demostró tener la rugosidad superficial promedio más baja. Esto puede atribuirse a la presencia de la capa naranja que recubre el medicamento. Por el contrario, tanto Excedrin como Tylenol carecen de recubrimiento, sin embargo, su rugosidad superficial sigue siendo diferente entre sí. Tylenol demostró tener la rugosidad superficial promedio más alta de todas las tabletas estudiadas.

Utilizando el NANOVEA Con el HS2000 y el sensor de línea de alta velocidad, pudimos medir cinco tabletas en menos de un minuto. Esto puede resultar útil para las pruebas de control de calidad de cientos de pastillas en la producción actual.

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