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Cerámica: Mapeo rápido por nanoindentación para la detección de granos
INTRODUCCIÓN
Nanoindentación se ha convertido en una técnica ampliamente aplicada para medir el comportamiento mecánico de los materiales a pequeña escalai ii. Las curvas de carga-desplazamiento de alta resolución de una medición de nanoindentación pueden proporcionar una variedad de propiedades fisicomecánicas, como la dureza, el módulo de Young, la fluencia, la tenacidad a la fractura y muchas otras.
Importancia de la indentación cartográfica rápida
Uno de los principales obstáculos a la popularización de la técnica de nanoindentación es el tiempo que requiere. Un mapeo de propiedades mecánicas mediante el procedimiento convencional de nanoindentación puede llevar fácilmente horas, lo que dificulta la aplicación de la técnica en industrias de producción en masa, como la de semiconductores, aeroespacial, MEMS, productos de consumo como baldosas cerámicas y muchas otras.
La cartografía rápida puede resultar esencial en la industria de fabricación de baldosas cerámicas. Las cartografías de dureza y módulo de Young en una sola baldosa cerámica pueden presentar una distribución de datos que indique el grado de homogeneidad de la superficie. Las regiones más blandas de una baldosa se pueden delinear en este mapeo y mostrar los lugares más propensos a fallar por impactos físicos que ocurren en el día a día en la residencia de alguien. Las cartografías pueden realizarse en diferentes tipos de baldosas para estudios comparativos y en un lote de baldosas similares para medir la consistencia de las baldosas en un proceso de control de calidad. La combinación de configuraciones de medición puede ser amplia, precisa y eficaz con el método de mapeo rápido.
OBJETIVO DE MEDICIÓN
En este estudio, el Nanovea Comprobador mecánicoen modo FastMap se utiliza para mapear la propiedad mecánica de una baldosa a altas velocidades. Mostramos la capacidad del Nanovea Mechanical Tester para realizar dos mapeados rápidos por nanoindentación con gran precisión y reproducibilidad.
Condiciones de la prueba
El Nanovea Mechanical Tester se utilizó para realizar una serie de nanoindentaciones con el modo FastMap en una baldosa utilizando un indentador Berkovich. Los parámetros de la prueba se resumen a continuación para las dos matrices de indentación creadas.
Cuadro 1: Resumen de los parámetros de ensayo.
RESULTADOS Y DEBATE
Figura 1: Vista 2D y 3D de la cartografía de la dureza por indentación 625.
Figura 2: Micrografía de la matriz de 625 indentación que muestra el grano.
Se llevó a cabo una matriz de 625 indentaciones en un 0,20 mm2 zona con una gran veta visible. Este grano (Figura 2) tenía una dureza media inferior a la superficie general de la baldosa. El software Nanovea Mechanical permite al usuario ver el mapa de distribución de la dureza en los modos 2D y 3D que se representan en la Figura 1. Utilizando el control de posición de alta precisión de la platina de muestras, el software permite a los usuarios seleccionar áreas como éstas para realizar un mapeo en profundidad de las propiedades mecánicas.
Figura 3: Vista 2D y 3D de la cartografía de dureza de 1600 indentaciones.
Figura 4: Micrografía de la matriz de 1600 sangrías.
También se creó una matriz de 1600 indentaciones en la misma baldosa para medir la homogeneidad de la superficie. También en este caso el usuario tiene la posibilidad de ver la distribución de la dureza en modo 3D o 2D (Figura 3), así como la imagen microscópica de la superficie indentada. Basándose en la distribución de dureza presentada, se puede concluir que el material es poroso debido a la dispersión uniforme de puntos de datos de dureza alta y baja.
En comparación con los procedimientos de nanoindentación convencionales, el modo FastMap de este estudio requiere mucho menos tiempo y es más rentable. Permite un rápido mapeo cuantitativo de las propiedades mecánicas, incluyendo la dureza y el módulo de Young, y proporciona una solución para la detección de grano y la consistencia del material, que es fundamental para el control de calidad de una variedad de materiales en la producción en masa.
CONCLUSIÓN
En este estudio, demostramos la capacidad del Nanovea Mechanical Tester para realizar mapas de nanoindentación rápidos y precisos utilizando el modo FastMap. Los mapas de propiedades mecánicas de la baldosa cerámica utilizan el control de posición (con una precisión de 0,2 µm) de las etapas y la sensibilidad del módulo de fuerza para detectar granos superficiales y medir la homogeneidad de una superficie a gran velocidad.
Los parámetros de ensayo utilizados en este estudio se determinaron en función del tamaño de la matriz y del material de la muestra. Se pueden elegir diversos parámetros de ensayo para optimizar el tiempo total del ciclo de indentación a 3 segundos por indentación (o 30 segundos por cada 10 indentaciones).
Los módulos Nano y Micro del Nanovea Mechanical Tester incluyen modos 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 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.
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.
Autor: Duanjie Li, PhD Revisado por Pierre Leroux & Jocelyn Esparza
Mejore los procedimientos mineros con la microindentación
INVESTIGACIÓN EN MICROINDENTACIÓN Y CONTROL DE CALIDAD
La mecánica de rocas es el estudio del comportamiento mecánico de las masas rocosas y se aplica en minería, perforación, producción de yacimientos e industrias de construcción civil. La instrumentación avanzada con medición precisa de las propiedades mecánicas permite la mejora de piezas y procedimientos en estas industrias. La comprensión de la mecánica de las rocas a microescala garantiza el éxito de los procedimientos de control de calidad.
Microindentación es una herramienta crucial para los estudios relacionados con la mecánica de rocas. Estas técnicas hacen avanzar las técnicas de excavación al proporcionar una mayor comprensión de las propiedades de la masa rocosa. La microindentación se utiliza para mejorar las cabezas de perforación, lo que mejora los procedimientos de minería. La microindentación se ha utilizado para estudiar la formación de tiza y polvo a partir de minerales. Los estudios de microindentación pueden incluir dureza, módulo de Young, fluencia, tensión-deformación, tenacidad a la fractura y compresión con un solo instrumento.
OBJETIVO DE MEDICIÓN
En esta aplicación, el Nanovea comprobador mecánico mide la dureza Vickers (Hv), el módulo de Young y la tenacidad a la fractura de una muestra de roca mineral. La roca se compone de biotita, feldespato y cuarzo, que forman el compuesto estándar del granito. Cada uno de ellos se prueba por separado.
RESULTADOS Y DEBATE
Esta sección incluye una tabla resumen que compara los principales resultados numéricos de las distintas muestras, seguida de los listados de resultados completos, que incluyen cada indentación realizada, acompañados de micrografías de la indentación, cuando están disponibles. Estos resultados completos presentan los valores medidos de dureza y módulo de Young como la profundidad de penetración (Δd) con sus medias y desviaciones estándar. Debe tenerse en cuenta que pueden producirse grandes variaciones en los resultados en el caso de que la rugosidad de la superficie se encuentre en el mismo rango de tamaño que la indentación.
Tabla resumen de los principales resultados numéricos para la dureza y la resistencia a la fractura
CONCLUSIÓN
El comprobador mecánico Nanovea demuestra la reproducibilidad y la precisión de los resultados de la indentación en la dura superficie de la roca mineral. La dureza y el módulo de Young de cada material que forma el granito se midieron directamente a partir de curvas de profundidad frente a carga. La superficie rugosa implicó la realización de pruebas con cargas más elevadas que podrían haber provocado microfisuras. La microfisuración explicaría algunas de las variaciones observadas en las mediciones. Debido a la rugosidad de la superficie de la muestra, las grietas no eran perceptibles mediante observación microscópica estándar. Por lo tanto, no es posible calcular las cifras tradicionales de tenacidad a la fractura que requieren mediciones de la longitud de las grietas. En su lugar, utilizamos el sistema para detectar la iniciación de grietas a través de las dislocaciones en las curvas de profundidad frente a carga al aumentar las cargas.
Las cargas umbral de fractura se registraron en las cargas en las que se produjeron fallos. A diferencia de los ensayos tradicionales de tenacidad a la fractura que se limitan a medir la longitud de la grieta, se obtiene una carga en la que comienza la fractura umbral. Además, el entorno controlado y estrechamente vigilado permite medir la dureza para utilizarla como valor cuantitativo para comparar diversas muestras.
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Inspección de rugosidad en línea
Detección instantánea de errores con perfiladores en línea
Más información
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IMPORTANCIA DEL PERFILADOR SIN CONTACTO PARA LA INSPECCIÓN DE RUGOSIDAD EN LÍNEA
Los defectos superficiales se derivan del procesamiento de los materiales y la fabricación de los productos. La inspección en línea de la calidad de las superficies garantiza el más estricto control de calidad de los productos finales. El sistema Nanovea Perfilómetros 3D sin contacto utilizan tecnología confocal cromática con una capacidad única para determinar la rugosidad de una muestra sin contacto. Pueden instalarse varios sensores de perfilado para supervisar la rugosidad y la textura de distintas zonas del producto al mismo tiempo. El umbral de rugosidad calculado en tiempo real por el software de análisis sirve como herramienta rápida y fiable de pasa/no pasa.
OBJETIVO DE MEDICIÓN
En este estudio, se utiliza el sistema transportador de inspección de rugosidad Nanovea equipado con un sensor puntual para inspeccionar la rugosidad superficial de las muestras de acrílico y papel de lija. Mostramos la capacidad del perfilómetro sin contacto Nanovea para proporcionar una inspección de rugosidad en línea rápida y fiable en una línea de producción en tiempo real.
RESULTADOS Y DEBATE
El sistema de perfilómetro de cinta puede funcionar en dos modos, a saber, el modo de disparo y el modo continuo. Como se ilustra en la figura 2, la rugosidad superficial de las muestras se mide cuando pasan por debajo de los cabezales del perfilómetro óptico en el modo de disparo. En comparación, el Modo Continuo proporciona una medición ininterrumpida de la rugosidad de la superficie de la muestra continua, como láminas de metal y tejidos. Pueden instalarse varios sensores de perfil óptico para supervisar y registrar la rugosidad de distintas zonas de la muestra.
Durante la medición de la inspección de la rugosidad en tiempo real, las alertas de aprobado y suspenso aparecen en las ventanas del software, como se muestra en la Figura 4 y la Figura 5. Cuando el valor de la rugosidad está dentro de los umbrales establecidos, la rugosidad medida se resalta en color verde. Sin embargo, el resaltado se vuelve rojo cuando la rugosidad de la superficie medida está fuera del rango de los valores umbral establecidos. De este modo, el usuario dispone de una herramienta para determinar la calidad del acabado superficial de un producto.
En las secciones siguientes, se utilizan dos tipos de muestras, por ejemplo, acrílico y papel de lija, para demostrar los modos de disparo y continuo del sistema de inspección.
Modo de disparo: Inspección de la superficie de la muestra acrílica
Una serie de muestras acrílicas se alinean en la cinta transportadora y se mueven bajo el cabezal del perfilador óptico, como se muestra en la figura 1. La vista en falso color de la figura 6 muestra el cambio de altura de la superficie. Algunas de las muestras de acrílico con acabado de espejo se habían lijado para crear una textura superficial rugosa, como se muestra en la Figura 6b.
A medida que las muestras acrílicas se mueven a una velocidad constante bajo el cabezal del perfilador óptico, se mide el perfil de la superficie, tal como se muestra en las figuras 7 y 8. El valor de rugosidad del perfil medido se calcula al mismo tiempo y se compara con los valores umbral. La alerta roja de fallo se activa cuando el valor de rugosidad supera el umbral establecido, lo que permite a los usuarios detectar y localizar inmediatamente el producto defectuoso en la línea de producción.
Modo continuo: Inspección de la superficie de la muestra de papel de lija
Mapa de altura de la superficie, mapa de distribución de la rugosidad y mapa de umbral de rugosidad de aprobado/no aprobado de la superficie de la muestra de papel de lija, como se muestra en la figura 9. La muestra de papel de lija tiene un par de picos más altos en la parte utilizada, como se muestra en el mapa de altura de la superficie. Los diferentes colores en la paleta de la Figura 9C representan el valor de rugosidad de la superficie local. El mapa de rugosidad muestra una rugosidad homogénea en la zona intacta de la muestra de papel de lija, mientras que la zona usada aparece resaltada en color azul oscuro, lo que indica el valor de rugosidad reducido en esta región. Se puede establecer un umbral de rugosidad Pasa/Falla para localizar dichas regiones, como se muestra en la Figura 9D.
A medida que el papel de lija pasa continuamente por debajo del sensor del perfilador en línea, se calcula y registra el valor de rugosidad local en tiempo real, tal y como se muestra en la Figura 10. Las alertas de correcto/incorrecto se muestran en la pantalla del software en función de los valores umbral de rugosidad establecidos, lo que constituye una herramienta rápida y fiable para el control de calidad. La calidad de la superficie del producto en la línea de producción se inspecciona in situ para descubrir a tiempo las zonas defectuosas.
CONCLUSIÓN
En esta aplicación, hemos demostrado que el perfilómetro transportador Nanovea equipado con un sensor óptico de perfil sin contacto funciona como una herramienta fiable de control de calidad en línea de forma eficaz y eficiente.
El sistema de inspección puede instalarse en la línea de producción para controlar in situ la calidad superficial de los productos. El umbral de rugosidad funciona como un criterio fiable para determinar la calidad de la superficie de los productos, lo que permite a los usuarios detectar a tiempo los productos defectuosos. Se ofrecen dos modos de inspección, a saber, el modo de disparo y el modo continuo, para satisfacer las necesidades de inspección de distintos tipos de productos.
Los datos mostrados aquí representan sólo una parte de los cálculos disponibles en el software de análisis. Los perfilómetros 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 revestimientos, la industria farmacéutica, la biomedicina, el medio ambiente y muchos otros.
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Prueba de desgaste bloque-anillo
IMPORTANCIA DE LA EVALUACIÓN DEL DESGASTE BLOQUE-ANILLO
El desgaste por deslizamiento es la pérdida progresiva de material que resulta del deslizamiento de dos materiales entre sí en la zona de contacto bajo carga. Se produce inevitablemente en una amplia variedad de industrias en las que funcionan máquinas y motores, como la automoción, la industria aeroespacial, la petrolera y del gas y muchas otras. Este movimiento de deslizamiento provoca un grave desgaste mecánico y transferencia de material en la superficie, lo que puede reducir la eficacia de la producción, el rendimiento de la máquina o incluso dañarla.
El desgaste por deslizamiento suele implicar complejos mecanismos de desgaste que tienen lugar en la superficie de contacto, como el desgaste por adherencia, la abrasión de dos cuerpos, la abrasión de tres cuerpos y el desgaste por fatiga. El comportamiento de desgaste de los materiales se ve influido significativamente por el entorno de trabajo, como la carga normal, la velocidad, la corrosión y la lubricación. Una herramienta versátil tribómetro que puedan simular las diferentes condiciones de trabajo realistas serán ideales para la evaluación del desgaste.
El ensayo Block-on-Ring (ASTM G77) es una técnica ampliamente utilizada que evalúa los comportamientos de desgaste por deslizamiento de los materiales en diferentes condiciones simuladas, permite una clasificación fiable de las parejas de materiales para aplicaciones tribológicas específicas.
El ensayo Block-on-Ring (ASTM G77) es una técnica ampliamente utilizada que evalúa los comportamientos de desgaste por deslizamiento de los materiales en diferentes condiciones simuladas, permite una clasificación fiable de las parejas de materiales para aplicaciones tribológicas específicas.
OBJETIVO DE MEDICIÓN
En esta aplicación, el Probador Mecánico Nanovea mide el YS y el UTS de muestras de aleación metálica de acero inoxidable SS304 y aluminio Al6061. Las muestras se eligieron por sus valores de YS y UTS comúnmente reconocidos que demuestran la fiabilidad de los métodos de indentación de Nanovea.
El comportamiento de desgaste por deslizamiento de un bloque H-30 sobre un anillo S-10 se evaluó mediante el tribómetro de Nanovea utilizando el módulo Block-on-Ring. El bloque H-30 está fabricado con acero para herramientas 01 de dureza 30HRC, mientras que el anillo S-10 es de acero tipo 4620 de dureza superficial 58 a 63 HRC y diámetro de anillo de ~34,98 mm. Se realizaron pruebas de bloque sobre anillo en entornos secos y lubricados para investigar el efecto sobre el comportamiento de desgaste. Las pruebas de lubricación se realizaron en aceite mineral pesado USP. La huella de desgaste se examinó con el software Nanovea's Perfilómetro 3D sin contacto. Los parámetros de ensayo se resumen en la Tabla 1. La tasa de desgaste (K), se evaluó utilizando la fórmula K=V/(F×s), donde V es el volumen desgastado, F es la carga normal, s es la distancia de deslizamiento.
RESULTADOS Y DEBATE
La figura 2 compara el coeficiente de fricción (COF) de las pruebas de bloque sobre anillo en entornos secos y lubricados. El bloque presenta una fricción significativamente mayor en un entorno seco que en un entorno lubricado. COF
fluctúa durante el periodo de rodaje en las primeras 50 revoluciones y alcanza un COF constante de ~0,8 durante el resto de la prueba de desgaste de 200 revoluciones. En comparación, la prueba Block-on-Ring realizada en la lubricación con aceite mineral pesado USP muestra un COF bajo y constante de 0,09 durante toda la prueba de desgaste de 500.000 revoluciones. El lubricante reduce significativamente el COF entre las superficies en ~90 veces.
Las figuras 3 y 4 muestran las imágenes ópticas y los perfiles 2D transversales de las cicatrices de desgaste en los bloques después de las pruebas de desgaste en seco y lubricado. Los volúmenes de las huellas de desgaste y los índices de desgaste se indican en la Tabla 2. El bloque de acero después de la prueba de desgaste en seco a una velocidad de rotación inferior de 72 rpm durante 200 revoluciones presenta un gran volumen de cicatriz de desgaste de 9,45 mm˙. En comparación, la prueba de desgaste realizada a una velocidad superior de 197 rpm durante 500.000 revoluciones en el lubricante de aceite mineral crea un volumen de huella de desgaste sustancialmente menor de 0,03 mm˙.
Las imágenes de la ÿgura 3 muestran que durante las pruebas en seco se produce un desgaste severo en comparación con el desgaste leve de la prueba de desgaste lubricada. El elevado calor y las intensas vibraciones generadas durante la prueba de desgaste en seco promueven la oxidación de los restos metálicos, lo que provoca una abrasión severa de tres cuerpos. En la prueba lubricada, el aceite mineral reduce la fricción y enfría la superficie de contacto, además de transportar los residuos abrasivos generados durante el desgaste. Esto conduce a una reducción significativa de la tasa de desgaste en un factor de ~8×10ˆ. Una diferencia tan sustancial en la resistencia al desgaste en entornos diferentes muestra la importancia de una simulación adecuada del desgaste por deslizamiento en condiciones de servicio realistas.
El comportamiento del desgaste puede cambiar drásticamente cuando se introducen pequeños cambios en las condiciones de ensayo. La versatilidad del tribómetro de Nanovea permite medir el desgaste en condiciones de alta temperatura, lubricación y tribocorrosión. El control preciso de la velocidad y la posición mediante el motor avanzado permite realizar pruebas 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 en di˛rentes condiciones tribológicas.
El estado de la superficie de las muestras se examinó con el proÿlómetro óptico sin contacto de Nanovea. La figura 5 muestra la morfología superficial de los anillos tras los ensayos de desgaste. Se ha eliminado la forma cilíndrica para presentar mejor la morfología superficial y la rugosidad creada por el proceso de desgaste por deslizamiento. Se produjo una rugosidad superficial significativa debido al proceso de abrasión de tres cuerpos durante el ensayo de desgaste en seco de 200 revoluciones. El bloque y el anillo después del ensayo de desgaste en seco presentan una rugosidad Ra de 14,1 y 18,1 µm, respectivamente, en comparación con 5,7 y 9,1 µm para el ensayo de desgaste lubricado a largo plazo de 500.000 - revoluciones a una velocidad superior. Esta prueba demuestra la importancia de una lubricación adecuada del contacto entre el anillo del pistón y el cilindro. Un desgaste intenso daña rápidamente la superficie de contacto sin lubricación y provoca un deterioro irreversible de la calidad de servicio e incluso la rotura del motor.
CONCLUSIÓN
En este estudio mostramos cómo se utiliza el tribómetro de Nanovea para evaluar el comportamiento de desgaste por deslizamiento de un par metálico de acero utilizando el módulo Block-on-Ring siguiendo la norma ASTM G77. El lubricante desempeña un papel fundamental en las propiedades de desgaste de la pareja de materiales. El aceite mineral reduce la tasa de desgaste del bloque H-30 en un factor de ~8×10ˆ y el COF en ~90 veces. La versatilidad del tribómetro de Nanovea lo convierte en una herramienta ideal para medir el comportamiento del desgaste en diversas condiciones de lubricación, alta temperatura y tribocorrosión.
El tribómetro de Nanovea ofrece 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. La gama inigualable de Nanovea es una solución ideal para determinar toda la gama de propiedades tribológicas de revestimientos, ÿlms y sustratos finos o gruesos, blandos o duros.
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Análisis de materiales compuestos mediante perfilometría 3D
Importancia de la perfilometría sin contacto para materiales compuestos
Es crucial minimizar los defectos para que los materiales compuestos sean lo más resistentes posible en aplicaciones de refuerzo. Al tratarse de un material anisótropo, es fundamental que la dirección de la trama sea coherente para mantener la previsibilidad de un alto rendimiento. Los materiales compuestos tienen una de las mayores relaciones resistencia/peso, por lo que en algunos casos son más resistentes que el acero. Es importante limitar la superficie expuesta en los materiales compuestos para minimizar la vulnerabilidad química y los efectos de la expansión térmica. La inspección de superficies por perfilometría es fundamental para controlar la calidad de la producción de materiales compuestos a fin de garantizar un rendimiento sólido durante un largo periodo de servicio.
Nanovea Perfilómetro 3D sin contacto es diferente de otras técnicas de medición de superficies, como las sondas de contacto o la interferometría. Nuestros perfilómetros utilizan el cromatismo axial para medir casi cualquier superficie y la puesta en escena abierta permite muestras de cualquier tamaño sin necesidad de preparación. Durante la medición del perfil de superficie se obtienen mediciones desde nanométricas hasta macrométricas sin influencia alguna de la reflectividad o absorción de la muestra. Nuestros perfilómetros miden fácilmente cualquier material: transparente, opaco, especular, difusivo, pulido y rugoso, con la capacidad avanzada de medir ángulos de superficie elevados sin manipulación de software. La técnica del perfilómetro sin contacto proporciona la capacidad ideal y fácil de usar para maximizar los estudios de superficie de materiales compuestos; junto con las ventajas de la capacidad combinada 2D y 3D.
Objetivo de medición
El perfilómetro Nanovea HS2000L utilizado en esta aplicación midió la superficie de dos tramas de compuestos de fibra de carbono. La rugosidad de la superficie, la longitud de la trama, la isotropía, el análisis fractal y otros parámetros de la superficie se utilizan para caracterizar los compuestos. El área medida se seleccionó aleatoriamente y se asumió que era lo suficientemente grande como para poder comparar los valores de las propiedades mediante el potente software de análisis de superficies de Nanovea.
Resultados y debate
Análisis de superficies
Los parámetros de altura determinan el grado de rugosidad de las piezas de material compuesto con una baja relación fibra/matriz. Nuestros resultados comparan diferentes tipos de tejido y tela para determinar el acabado superficial tras el procesamiento. El acabado superficial resulta crítico en aplicaciones en las que puede intervenir la aerodinámica.
Isotropía
La isotropía muestra la direccionalidad del tejido para determinar los valores esperados de las propiedades. Nuestro estudio muestra cómo el compuesto bidireccional es ~60% isotrópico como se esperaba. Mientras tanto, el composite unidireccional es ~13% isotrópico debido a la fuerte dirección de la trayectoria de una sola fibra.
Análisis de tejidos
El tamaño de la trama determina la consistencia del empaquetado y la anchura de las fibras utilizadas en el compuesto. Nuestro estudio demuestra lo fácil que es medir el tamaño de la trama con una precisión de micras para garantizar la calidad de las piezas.
Análisis de texturas
El análisis de la textura de la longitud de onda dominante sugiere que el tamaño del filamento de ambos compuestos es de 4,27 micras de grosor. El análisis de la dimensión fractal de la superficie de la fibra determina la suavidad para averiguar con qué facilidad se fijarán las fibras en una matriz. La dimensión fractal de la fibra unidireccional es mayor que la de la fibra bidireccional, lo que puede afectar al procesamiento de los compuestos.
Conclusión
En esta aplicación, hemos demostrado que el perfilómetro sin contacto Nanovea HS2000L caracteriza con precisión la superficie fibrosa de los materiales compuestos. Distinguimos diferencias entre tipos de tejido de fibra de carbono con parámetros de altura, isotropía, análisis de textura y mediciones de distancia junto con mucho más.
Las mediciones de superficie de nuestros perfilómetros mitigan con precisión y rapidez los daños en los materiales compuestos, lo que disminuye los defectos en las piezas y maximiza la capacidad de los materiales compuestos. La velocidad del perfilómetro 3D de Nanovea oscila entre <1 mm/s y 500 mm/s, por lo que es adecuado tanto para aplicaciones de investigación como para las necesidades de inspección a alta velocidad. El perfilómetro Nanovea es la solución
a cualquier necesidad de medición compuesta.
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Evaluación de la dureza de tejidos biológicos mediante nanoindentación
Importancia de la nanoindentación de tejidos biológicos
Los ensayos mecánicos tradicionales (dureza, adherencia, compresión, punción, límite elástico, etc.) requieren una mayor precisión y fiabilidad en los entornos actuales de control de calidad con una amplia gama de materiales avanzados, desde tejidos hasta materiales quebradizos. La instrumentación mecánica tradicional no proporciona el control de carga sensible y la resolución que requieren los materiales avanzados. Los retos asociados a los biomateriales exigen el desarrollo de ensayos mecánicos capaces de controlar con precisión la carga en materiales extremadamente blandos. Estos materiales requieren cargas de ensayo muy bajas por debajo de mN con un amplio rango de profundidad para garantizar una medición adecuada de las propiedades. Además, se pueden realizar muchos tipos de ensayos mecánicos diferentes en un único sistema, lo que permite una mayor funcionalidad. Esto permite realizar una serie de mediciones importantes en biomateriales, como la dureza, el módulo elástico, el módulo de pérdida y almacenamiento y la fluencia, además de la resistencia al rayado y los puntos de fallo de límite elástico.
Objetivo de medición
En esta aplicación se utiliza el probador mecánico de Nanovea en modo de nanoindentación para estudiar la dureza y el módulo elástico de 3 áreas separadas de un sustituto biomaterial en regiones de grasa, carne clara y carne oscura de prosciutto.
La nanoindentación se basa en las normas de indentación instrumentada ASTM E2546 e ISO 14577. Utiliza métodos establecidos en los que una punta de indentación de geometría conocida se introduce en un lugar específico del material de ensayo con una carga normal creciente controlada. Cuando se alcanza una profundidad máxima preestablecida, la carga normal se reduce hasta que se produce una relajación completa. La carga se aplica mediante un actuador piezoeléctrico y se mide en un bucle controlado con una célula de carga de alta sensibilidad. Durante los experimentos, la posición del penetrador respecto a la superficie de la muestra se controla con un sensor capacitivo de alta precisión. Las curvas de carga y desplazamiento resultantes proporcionan datos específicos de la naturaleza mecánica del material ensayado. Los modelos establecidos calculan valores cuantitativos de dureza y módulo con los datos medidos. La nanoindentación es adecuada para mediciones de baja carga y profundidad de penetración a escalas nanométricas.
Resultados y debate
Estas tablas presentan los valores medidos de dureza y módulo de Young con medias y desviaciones estándar. Una alta rugosidad superficial puede causar grandes variaciones en los resultados debido al pequeño tamaño de la indentación.
La zona de grasa tenía aproximadamente la mitad de dureza que las zonas de carne. El tratamiento de la carne hizo que la zona de carne más oscura fuera más dura que la zona de carne clara. El módulo elástico y la dureza están en relación directa con la sensación en boca de masticabilidad de las zonas de grasa y carne. La grasa y la zona de carne clara presentan una fluencia continua superior a la de la carne oscura después de 60 segundos.
Resultados detallados - Grasa
Resultados detallados - Carne ligera
Resultados detallados - Carne oscura
Conclusión
En esta aplicación, Nanovea comprobador mecánico en modo de nanoindentación determinó con fiabilidad las propiedades mecánicas de las zonas de grasa y carne, superando al mismo tiempo la elevada rugosidad de la superficie de la muestra. Esto demostró la amplia e inigualable capacidad del comprobador mecánico de Nanovea. El sistema proporciona simultáneamente mediciones precisas de propiedades mecánicas en materiales extremadamente duros y tejidos biológicos blandos.
La célula de carga en control de bucle cerrado con la mesa piezoeléctrica garantiza una medición precisa de materiales de gel duros o blandos de 1 a 5kPa. Utilizando el mismo sistema, es posible ensayar biomateriales con cargas superiores de hasta 400N. La carga multiciclo puede utilizarse para ensayos de fatiga y puede obtenerse información sobre el límite elástico en cada zona utilizando una punta de diamante cilíndrica plana. Además, con el Análisis Mecánico Dinámico (AMD), las propiedades viscoelásticas de pérdida y los módulos de almacenamiento pueden evaluarse con gran precisión utilizando el control de carga de bucle cerrado. También se pueden realizar ensayos a distintas temperaturas y bajo líquidos con el mismo sistema.
El comprobador mecánico de Nanovea sigue siendo la herramienta superior para aplicaciones biológicas y de polímeros/geles blandos.
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Evaluación del desgaste y el rayado del alambre de cobre tratado superficialmente
Importancia de la evaluación del desgaste y el rayado del alambre de cobre
El cobre tiene una larga historia de uso en el cableado eléctrico desde la invención del electroimán y el telégrafo. Los hilos de cobre se utilizan en una amplia gama de equipos electrónicos, como paneles, contadores, ordenadores, máquinas comerciales y electrodomésticos, gracias a su resistencia a la corrosión, su soldabilidad y su rendimiento a temperaturas elevadas de hasta 150°C. Aproximadamente la mitad del cobre extraído se destina a la fabricación de alambres y cables eléctricos.
La calidad de la superficie de los alambres de cobre es fundamental para el rendimiento y la vida útil de las aplicaciones. Los microdefectos en los alambres pueden provocar un desgaste excesivo, el inicio y la propagación de grietas, una disminución de la conductividad y una soldabilidad inadecuada. Un tratamiento adecuado de la superficie de los alambres de cobre elimina los defectos superficiales generados durante el trefilado, mejorando la resistencia a la corrosión, los arañazos y el desgaste. Muchas aplicaciones aeroespaciales con alambres de cobre requieren un comportamiento controlado para evitar fallos inesperados del equipo. Se necesitan mediciones cuantificables y fiables para evaluar adecuadamente la resistencia al desgaste y al rayado de la superficie del alambre de cobre.
Objetivo de medición
En esta aplicación simulamos un proceso de desgaste controlado de diferentes tratamientos superficiales de alambre de cobre. Prueba del rasguño mide la carga necesaria para provocar un fallo en la capa superficial tratada. Este estudio muestra la capacidad de Nanovea Tribómetro y Comprobador mecánico como herramientas ideales para la evaluación y el control de calidad de los cables eléctricos.
Procedimiento de ensayo y procedimientos
El coeficiente de fricción (COF) y la resistencia al desgaste de dos tratamientos superficiales diferentes en alambres de cobre (Alambre A y Alambre B) se evaluaron mediante el tribómetro Nanovea utilizando un módulo de desgaste alternativo lineal. Una bola de Al₂O₃ (6 mm de diámetro) es el contramaterial utilizado en esta aplicación. La pista de desgaste se examinó utilizando el tribómetro de Nanovea Perfilómetro 3D sin contacto. Los parámetros de la prueba se resumen en la Tabla 1.
En este estudio se utilizó como ejemplo una bola lisa de Al₂O₃ como contramaterial. Puede aplicarse cualquier material sólido con diferente forma y acabado superficial utilizando una fijación personalizada para simular la situación de aplicación real.
El comprobador mecánico de Nanovea equipado con un palpador de diamante Rockwell C (100 μm de radio) realizó ensayos de rayado de carga progresiva en los hilos recubiertos utilizando el modo de micro rayado. Los parámetros del ensayo de rayado y la geometría de la punta se muestran en la Tabla 2.
Resultados y debate
Desgaste del hilo de cobre:
La figura 2 muestra la evolución del COF de los hilos de cobre durante las pruebas de desgaste. El alambre A muestra un COF estable de ~0,4 durante toda la prueba de desgaste, mientras que el alambre B exhibe un COF de ~0,35 en las primeras 100 revoluciones y aumenta progresivamente hasta ~0,4.
La figura 3 compara las huellas de desgaste de los hilos de cobre tras las pruebas. El perfilómetro 3D sin contacto de Nanovea ofreció un análisis superior de la morfología detallada de las huellas de desgaste. Permite determinar de forma directa y precisa el volumen de la huella de desgaste proporcionando una comprensión fundamental del mecanismo de desgaste. La superficie del alambre B presenta daños significativos en la huella de desgaste tras una prueba de desgaste de 600 revoluciones. La vista en 3D del perfilómetro muestra la capa tratada de la superficie del alambre B completamente eliminada, lo que aceleró sustancialmente el proceso de desgaste. Esto dejó una huella de desgaste aplanada en el alambre B, donde el sustrato de cobre está expuesto. Esto puede acortar considerablemente la vida útil de los equipos eléctricos en los que se utiliza el alambre B. En comparación, el alambre A presenta un desgaste relativamente leve, que se manifiesta por una huella de desgaste poco profunda en la superficie. La capa tratada superficialmente en el alambre A no se eliminó como la capa del alambre B en las mismas condiciones.
Resistencia al rayado de la superficie del hilo de cobre:
La figura 4 muestra las huellas de arañazos en los cables después de la prueba. La capa protectora del cable A muestra una resistencia al rayado muy buena. Se deslamina con una carga de ~12,6 N. En comparación, la capa protectora del alambre B falló con una carga de ~1,0 N. Una diferencia tan significativa en la resistencia al rayado de estos alambres contribuye a su rendimiento frente al desgaste, donde el alambre A posee una resistencia al desgaste sustancialmente mayor. La evolución de la fuerza normal, el COF y la profundidad durante las pruebas de rayado mostradas en la Fig. 5 proporciona más información sobre el fallo del revestimiento durante las pruebas.
Conclusión
En este estudio controlado mostramos el tribómetro de Nanovea, que realiza una evaluación cuantitativa de la resistencia al desgaste de los alambres de cobre tratados superficialmente, y el comprobador mecánico de Nanovea, que proporciona una evaluación fiable de la resistencia al rayado de los alambres de cobre. El tratamiento superficial del alambre desempeña un papel fundamental en las propiedades tribo-mecánicas durante su vida útil. El tratamiento adecuado de la superficie del cable A mejoró significativamente la resistencia al desgaste y a los arañazos, lo que es fundamental para el rendimiento y la vida útil de los cables eléctricos en entornos difíciles.
El tribómetro de Nanovea ofrece pruebas precisas y repetibles de desgaste y fricción mediante modos rotativos y lineales conformes con las normas ISO y ASTM, con módulos opcionales de desgaste a alta temperatura, lubricación y tribo-corrosión disponibles en un sistema preintegrado. La incomparable gama de Nanovea es una solución ideal para determinar toda la gama de propiedades tribológicas de revestimientos, películas y sustratos finos o gruesos, blandos o duros.
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Límite elástico y resistencia a la tracción del acero y el aluminio
Importancia de la medición del límite elástico y la resistencia última a la tracción mediante indentación
Tradicionalmente, el límite elástico y la resistencia última a la tracción se han ensayado utilizando una gran máquina de ensayos de tracción que requiere una enorme fuerza para separar las muestras de ensayo. Es costoso y requiere mucho tiempo mecanizar adecuadamente muchos cupones de ensayo para un material en el que cada muestra sólo puede ensayarse una vez. Pequeños defectos en la muestra crean una variación notable en los resultados de las pruebas. Las diferentes configuraciones y alineaciones de las máquinas de ensayos de tracción existentes en el mercado suelen dar lugar a variaciones sustanciales en la mecánica y los resultados de los ensayos.
El innovador método de indentación de Nanovea proporciona directamente valores de límite elástico y resistencia última a la tracción comparables a los valores medidos mediante ensayos de tracción convencionales. Esta medición abre un nuevo campo de posibilidades de ensayo para todas las industrias. La sencilla configuración experimental reduce significativamente el tiempo y el coste de preparación de la muestra en comparación con la compleja forma de cupón necesaria para los ensayos de tracción. Es posible realizar múltiples mediciones en una sola muestra con un tamaño de indentación pequeño. Evita la influencia de los defectos que se observan en los cupones de ensayo de tracción creados durante el mecanizado de la muestra. Las mediciones de YS y UTS en muestras pequeñas en áreas localizadas permiten la cartografía y la detección de defectos locales en tuberías o estructuras de automóviles.
Objetivo de medición
En esta aplicación, el Nanovea Comprobador mecánico mide el límite elástico y la resistencia última a la tracción de muestras de acero inoxidable SS304 y de aleación metálica de aluminio Al6061. Las muestras se eligieron por sus valores de límite elástico y resistencia a la tracción máxima comúnmente reconocidos, lo que demuestra la fiabilidad de los métodos de indentación de Nanovea.
Procedimiento de ensayo y procedimientos
Las pruebas de límite elástico y resistencia a la tracción se realizaron en el Nanovea Mechanical Tester en el Microindentación modo. Para esta aplicación se utilizó una punta de diamante plana cilíndrica de 200 μm de diámetro. Se seleccionaron las aleaciones SS304 y Al6061 por su amplia aplicación industrial y sus valores comúnmente reconocidos de límite elástico y resistencia última a la tracción, con el fin de mostrar el gran potencial y fiabilidad del método de indentación. Las muestras se pulieron mecánicamente hasta conseguir un acabado de espejo antes de realizar las pruebas para evitar que la rugosidad de la superficie o los defectos influyeran en los resultados de las pruebas. Las condiciones de ensayo se enumeran en la Tabla 1. Se realizaron más de diez ensayos con cada muestra para garantizar la repetibilidad de los valores de ensayo.
Resultados y debate
Las curvas de carga-desplazamiento de las muestras de aleación SS304 y Al6061 se muestran en la Figura 3 con las huellas de los penetradores planos en las muestras de ensayo. El análisis de la curva de carga en forma de "S" mediante algoritmos especiales desarrollados por Nanovea calcula el límite elástico y la resistencia a la tracción. Los valores son calculados automáticamente por el software como se resume en la Tabla 1. Los valores de límite elástico y resistencia última a la tracción obtenidos mediante ensayos de tracción convencionales se enumeran a efectos comparativos.
Conclusión
En este estudio, mostramos la capacidad del Nanovea Mechanical Tester para evaluar el límite elástico y la resistencia última a la tracción de muestras de chapa de acero inoxidable y aleación de aluminio. La sencilla configuración experimental reduce significativamente el tiempo y el coste de la preparación de muestras necesaria para los ensayos de tracción. El pequeño tamaño de la indentación permite realizar múltiples mediciones en una sola muestra. Este método permite realizar mediciones de YS/UTS en muestras pequeñas y áreas localizadas, lo que constituye una solución para la cartografía de YS/UTS y la detección de defectos locales en tuberías o autoestructuras.
Los módulos Nano, Micro o Macro del Nanovea Mechanical Tester incluyen modos 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 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. 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.
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Tribología de carga dinámica
Tribología de carga dinámica
Introducción
El desgaste se produce en prácticamente todos los sectores industriales e impone unos costes de ~0,75% del PIB1. La investigación tribológica es vital para mejorar la eficiencia de la producción y el rendimiento de las aplicaciones, así como para conservar el material, la energía y el medio ambiente. La vibración y la oscilación son inevitables en una amplia gama de aplicaciones tribológicas. Una vibración externa excesiva acelera el proceso de desgaste y reduce el rendimiento de servicio, lo que provoca fallos catastróficos en las piezas mecánicas.
Los tribómetros convencionales de carga muerta aplican cargas normales mediante pesos másicos. Dicha técnica de carga no sólo limita las opciones de carga a una carga constante, sino que también crea intensas vibraciones incontroladas a altas cargas y velocidades, lo que conduce a evaluaciones limitadas e inconsistentes del comportamiento de desgaste. Una evaluación fiable del efecto de la oscilación controlada en el comportamiento de desgaste de los materiales es deseable para I+D y control de calidad en diferentes aplicaciones industriales.
La innovadora alta carga de Nanovea tribómetro tiene una capacidad de carga máxima de 2000 N con un sistema de control dinámico de la carga. El avanzado sistema de carga neumática por aire comprimido permite a los usuarios evaluar el comportamiento tribológico de un material sometido a cargas normales elevadas con la ventaja de amortiguar las vibraciones no deseadas creadas durante el proceso de desgaste. Por lo tanto, la carga se mide directamente sin necesidad de los muelles amortiguadores utilizados en diseños más antiguos. Un módulo de carga oscilante de electroimán paralelo aplica una oscilación bien controlada de amplitud deseada de hasta 20 N y frecuencia de hasta 150 Hz.
La fricción se mide con gran precisión directamente a partir de la fuerza lateral aplicada al soporte superior. El desplazamiento se controla in situ, lo que permite conocer la evolución del comportamiento de desgaste de las muestras de ensayo. El ensayo de desgaste bajo carga de oscilación controlada también puede realizarse en entornos de corrosión, alta temperatura, humedad y lubricación para simular las condiciones reales de trabajo de las aplicaciones tribológicas. Una unidad integrada de alta velocidad perfilómetro sin contacto mide automáticamente la morfología de la huella de desgaste y el volumen de desgaste en unos segundos.
Objetivo de medición
En este estudio, mostramos la capacidad del tribómetro de carga dinámica Nanovea T2000 para estudiar el comportamiento tribológico de diferentes muestras de revestimiento y metal en condiciones de carga de oscilación controlada.
Procedimiento de ensayo
El comportamiento tribológico, por ejemplo, el coeficiente de fricción, COF, y la resistencia al desgaste de un revestimiento resistente al desgaste de 300 µm de espesor se evaluó y comparó mediante el tribómetro Nanovea T2000 con un tribómetro convencional de carga muerta utilizando una configuración de perno sobre disco siguiendo la norma ASTM G992.
Se evaluaron muestras separadas de Cu y TiN recubiertas contra una bola de Al₂0₃ de 6 mm bajo oscilación controlada mediante el modo de tribología de carga dinámica del tribómetro Nanovea T2000.
Los parámetros de la prueba se resumen en el cuadro 1.
El perfilómetro 3D integrado, equipado con un sensor de líneas, escanea automáticamente la pista de desgaste después de las pruebas, proporcionando la medición más precisa del volumen de desgaste en cuestión de segundos.
Resultados y debate
Sistema de carga neumática frente a sistema de carga muerta
El comportamiento tribológico de un recubrimiento resistente al desgaste utilizando el tribómetro Nanovea T2000 se compara con un tribómetro convencional de carga muerta (DL). La evolución del COF del recubrimiento se muestra en la Fig. 2. Observamos que el recubrimiento presenta un valor de COF comparable de ~0,6 durante la prueba de desgaste. Sin embargo, los 20 perfiles transversales en diferentes puntos de la pista de desgaste en la Fig. 3 indican que el revestimiento experimentó un desgaste mucho más severo bajo el sistema de carga muerta.
El proceso de desgaste del sistema de carga muerta a alta carga y velocidad generó intensas vibraciones. La enorme presión concentrada en la cara de contacto, combinada con una elevada velocidad de deslizamiento, crea una vibración sustancial del peso y la estructura que provoca un desgaste acelerado. El tribómetro de carga muerta convencional aplica la carga utilizando pesos másicos. Este método es fiable con cargas de contacto bajas y en condiciones de desgaste leve; sin embargo, en condiciones de desgaste agresivo con cargas y velocidades más altas, la importante vibración hace que los pesos reboten repetidamente, lo que da lugar a una pista de desgaste irregular que provoca una evaluación tribológica poco fiable. La tasa de desgaste calculada es de 8,0±2,4 x 10-4 mm3/N m, lo que muestra una alta tasa de desgaste y una gran desviación estándar.
El tribómetro Nanovea T2000 está diseñado con un sistema de carga de control dinámico para amortiguar las oscilaciones. Aplica la carga normal con aire comprimido, lo que minimiza las vibraciones no deseadas creadas durante el proceso de desgaste. Además, el control de carga activo de bucle cerrado garantiza la aplicación de una carga constante durante toda la prueba de desgaste y el palpador sigue el cambio de profundidad de la huella de desgaste. Se mide un perfil de la pista de desgaste significativamente más consistente, como se muestra en la Fig. 3a, lo que da como resultado una baja tasa de desgaste de 3,4±0,5 x 10-4 mm3/N m.
El análisis de la pista de desgaste mostrado en la Fig. 4 confirma que la prueba de desgaste realizada por el sistema de carga neumática de aire comprimido del tribómetro Nanovea T2000 crea una pista de desgaste más suave y consistente en comparación con el tribómetro convencional de carga muerta. Además, el tribómetro Nanovea T2000 mide el desplazamiento del palpador durante el proceso de desgaste, proporcionando más información sobre el progreso del comportamiento de desgaste in situ.
Oscilación controlada en el desgaste de la muestra de Cu
El módulo de electroimán de carga oscilante paralelo del tribómetro Nanovea T2000 permite a los usuarios investigar el efecto de las oscilaciones de amplitud y frecuencia controladas en el comportamiento de desgaste de los materiales. El COF de las muestras de Cu se registra in situ como se muestra en la Fig. 6. La muestra de Cu muestra un COF constante de ~0,3 durante la primera medición de 330 revoluciones, lo que significa la formación de un contacto estable en la interfaz y una pista de desgaste relativamente suave. A medida que continúa el ensayo de desgaste, la variación del COF indica un cambio en el mecanismo de desgaste. En comparación, las pruebas de desgaste bajo una oscilación de amplitud controlada de 5 N a 50 N muestran un comportamiento de desgaste diferente: el COF aumenta rápidamente al principio del proceso de desgaste, y muestra una variación significativa a lo largo de la prueba de desgaste. Este comportamiento del COF indica que la oscilación impuesta en la carga normal desempeña un papel en el estado de deslizamiento inestable en el contacto.
La Fig. 7 compara la morfología de la huella de desgaste medida por el perfilómetro óptico integrado sin contacto. Puede observarse que la muestra de Cu sometida a una amplitud de oscilación controlada de 5 N presenta una huella de desgaste mucho mayor, con un volumen de 1,35 x 109 µm3, en comparación con 5,03 x 108 µm3 sin oscilación impuesta. La oscilación controlada acelera significativamente la velocidad de desgaste en un factor de ~2,7, lo que demuestra el efecto crítico de la oscilación en el comportamiento de desgaste.
Oscilación controlada en el desgaste del revestimiento de TiN
En la Fig. 8 se muestran el COF y las huellas de desgaste de la muestra de revestimiento de TiN. El revestimiento de TiN muestra comportamientos de desgaste significativamente diferentes bajo oscilación, como indica la evolución del COF durante las pruebas. El recubrimiento de TiN muestra un COF constante de ~0,3 tras el periodo de rodaje al principio de la prueba de desgaste, debido al contacto de deslizamiento estable en la interfaz entre el recubrimiento de TiN y la bola de Al₂O₃. Sin embargo, cuando el revestimiento de TiN empieza a fallar, la bola de Al₂O₃ penetra a través del revestimiento y se desliza contra el sustrato de acero fresco que hay debajo. Al mismo tiempo, se genera una cantidad significativa de restos de revestimiento duro de TiN en la pista de desgaste, lo que convierte un desgaste por deslizamiento estable de dos cuerpos en un desgaste por abrasión de tres cuerpos. Este cambio de las características de la pareja de materiales provoca un aumento de las variaciones en la evolución del COF. La oscilación impuesta de 5 N y 10 N acelera el fallo del revestimiento de TiN de ~400 revoluciones a menos de 100 revoluciones. Las mayores huellas de desgaste en las muestras de revestimiento de TiN tras las pruebas de desgaste bajo la oscilación controlada concuerdan con dicho cambio en el COF.
Conclusión
El avanzado sistema de carga neumática del tribómetro Nanovea T2000 posee una ventaja intrínseca como amortiguador de vibraciones naturalmente rápido en comparación con los sistemas tradicionales de carga muerta. Esta ventaja tecnológica de los sistemas neumáticos es cierta en comparación con los sistemas de carga controlada que utilizan una combinación de servomotores y muelles para aplicar la carga. Esta tecnología garantiza una evaluación fiable y mejor controlada del desgaste con cargas elevadas, como se demuestra en este estudio. Además, el sistema de carga activa en bucle cerrado puede cambiar la carga normal a un valor deseado durante las pruebas de desgaste para simular las aplicaciones reales que se ven en los sistemas de frenado.
En lugar de tener influencia de condiciones de vibración no controladas durante las pruebas, hemos demostrado que el tribómetro de carga dinámica Nanovea T2000 permite a los usuarios evaluar cuantitativamente los comportamientos tribológicos de los materiales en diferentes condiciones de oscilación controlada. Las vibraciones desempeñan un papel importante en el comportamiento de desgaste de las muestras de recubrimientos metálicos y cerámicos.
El módulo de carga oscilante de electroimanes paralelos proporciona oscilaciones controladas con precisión a amplitudes y frecuencias establecidas, lo que permite a los usuarios simular el proceso de desgaste en condiciones reales, cuando las vibraciones ambientales suelen ser un factor importante. En presencia de oscilaciones impuestas durante el desgaste, tanto las muestras de revestimiento de Cu como las de TiN muestran un aumento sustancial de la tasa de desgaste. La evolución del coeficiente de fricción y el desplazamiento del palpador medidos in situ son indicadores importantes del rendimiento del material durante las aplicaciones tribológicas. El perfilómetro 3D sin contacto integrado ofrece una herramienta para medir con precisión el volumen de desgaste y analizar la morfología detallada de las huellas de desgaste en cuestión de segundos, proporcionando más información sobre la comprensión fundamental del mecanismo de desgaste.
El T2000 está equipado con un motor autoajustable, de alta calidad y alto par, con una velocidad interna de 20 bits y un codificador de posición externo de 16 bits. Esto permite al tribómetro proporcionar una gama incomparable de velocidades de rotación de 0,01 a 5000 rpm que pueden cambiar en saltos escalonados o a velocidades continuas. A diferencia de los sistemas que utilizan un sensor de par situado en la parte inferior, el tribómetro Nanovea utiliza una célula de carga de alta precisión situada en la parte superior para medir de forma precisa y separada las fuerzas de fricción.
Los tribómetros Nanovea ofrecen pruebas de desgaste y fricción precisas y repetibles mediante modos rotativos y lineales conformes con las normas ISO y ASTM (incluidas pruebas de 4 bolas, arandela de empuje y bloque sobre anillo), con módulos opcionales de desgaste a alta temperatura, lubricación y tribo-corrosión disponibles en un sistema preintegrado. La incomparable gama de Nanovea T2000 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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Análisis de la textura de la piel de naranja mediante perfilometría 3D
Análisis de la textura de la piel de naranja mediante perfilometría 3D
Introducción
El tamaño y la frecuencia de las estructuras superficiales de los sustratos afectan a la calidad de los recubrimientos brillantes. La textura de la piel de naranja, llamada así por su aspecto, puede desarrollarse por influencia del sustrato y de la técnica de aplicación de la pintura. Los problemas de textura suelen cuantificarse por la ondulación, la longitud de onda y el efecto visual que tienen en los recubrimientos brillantes. Las texturas más pequeñas provocan una reducción del brillo, mientras que las texturas más grandes dan lugar a ondulaciones visibles en la superficie recubierta. Comprender el desarrollo de estas texturas y su relación con los sustratos y las técnicas es fundamental para el control de calidad.
Importancia de la perfilometría para medir la textura
A diferencia de los instrumentos tradicionales 2D utilizados para medir la textura del brillo, la medición 3D sin contacto proporciona rápidamente una imagen 3D utilizada para comprender las características de la superficie con la capacidad añadida de investigar rápidamente las áreas de interés. Sin la velocidad y la revisión en 3D, un entorno de control de calidad dependería únicamente de información en 2D que ofrece poca previsibilidad de toda la superficie. Comprender las texturas en 3D permite seleccionar mejor las medidas de procesamiento y control. Garantizar el control de calidad de tales parámetros depende en gran medida de una inspección cuantificable, reproducible y fiable. Nanovea 3D sin contacto Perfilómetros utilizan la tecnología confocal cromática para tener la capacidad única de medir los ángulos pronunciados que se encuentran durante la medición rápida. Los perfilómetros Nanovea tienen éxito allí donde otras técnicas no proporcionan datos fiables debido al contacto de la sonda, la variación de la superficie, el ángulo o la reflectividad.
Objetivo de medición
En esta aplicación, el Nanovea HS2000L mide la textura de la piel de naranja de una pintura brillante. Hay un sinfín de parámetros de superficie que se calculan automáticamente a partir del escaneado 3D de la superficie. Aquí analizamos una superficie escaneada en 3D cuantificando las características de la textura de la piel de naranja de la pintura.
Resultados y debate
El Nanovea HS2000L cuantificó los parámetros de isotropía y altura de la pintura de piel de naranja. La textura de la piel de naranja cuantificó la dirección del patrón aleatorio con una isotropía de 94,4%. Los parámetros de altura cuantifican la textura con una diferencia de altura de 24,84µm.
La curva de coeficiente de carga de la figura 4 es una representación gráfica de la distribución de la profundidad. Se trata de una función interactiva del software que permite al usuario ver distribuciones y porcentajes a distintas profundidades. Un perfil extraído en la Figura 5 proporciona valores de rugosidad útiles para la textura de la piel de naranja. La extracción de picos por encima de un umbral de 144 micras muestra la textura de la piel de naranja. Estos parámetros pueden ajustarse fácilmente a otras zonas o parámetros de interés.
Conclusión
En esta aplicación, el perfilómetro 3D sin contacto Nanovea HS2000L caracteriza con precisión tanto la topografía como los detalles nanométricos de la textura de la piel de naranja en un revestimiento brillante. Las áreas de interés de las mediciones de superficie 3D se identifican y analizan rápidamente con muchas mediciones útiles (Dimensión, Rugosidad Textura de Acabado, Forma Topografía, Planitud Alabeo Planaridad, Área de Volumen, Paso-Altura, etc.). Las secciones transversales 2D elegidas rápidamente proporcionan un conjunto completo de recursos de medición de superficies en textura brillante. Las áreas especiales de interés pueden analizarse más a fondo con un módulo AFM integrado. La velocidad del perfilómetro 3D Nanovea oscila entre <1 mm/s y 500 mm/s, por lo que es adecuado tanto para aplicaciones de investigación como para las necesidades de inspección a alta velocidad. Los perfilómetros 3D Nanovea disponen de una amplia gama de configuraciones para adaptarse a su aplicación.
