Propriétés mécaniques de l'hydrogel

PROPRIÉTÉS MÉCANIQUES DE L'HYDROGEL

EN UTILISANT LA NANOINDENTATION

Préparé par

DUANJIE LI, PhD & JORGE RAMIREZ

INTRODUCTION

L'hydrogel est connu pour sa grande capacité d'absorption de l'eau, ce qui lui confère une flexibilité très proche de celle des tissus naturels. Cette ressemblance a fait de l'hydrogel un choix courant non seulement dans les biomatériaux, mais aussi dans l'électronique, l'environnement et les applications de biens de consommation tels que les lentilles de contact. Chaque application unique requiert des propriétés mécaniques spécifiques de l'hydrogel.

IMPORTANCE DE LA NANOINDENTATION POUR LES HYDROGELS

Les hydrogels créent des défis uniques pour la nanoindentation, tels que la sélection des paramètres d'essai et la préparation des échantillons. De nombreux systèmes de nanoindentation présentent des limitations importantes car ils n'ont pas été conçus à l'origine pour les tests de nanodentation. ces matériaux mous. Certains des systèmes de nanoindentation utilisent un ensemble bobine/aimant pour appliquer une force sur l'échantillon. Il n'y a pas de mesure réelle de la force, ce qui entraîne une charge imprécise et non linéaire lors de l'essai de matériaux mous. matériaux. Déterminer le point de contact est extrêmement difficile car les La profondeur est le seul paramètre réellement mesuré. Il est presque impossible d'observer le changement de la pente dans les Profondeur en fonction du temps pendant le période pendant laquelle la pointe du pénétrateur s'approche du matériau hydrogel.

Afin de surmonter les limites de ces systèmes, le nanomodule du NANOVEA Testeur Méchanique mesure le retour de force avec une cellule de pesée individuelle pour garantir une grande précision sur tous les types de matériaux, mous ou durs. Le déplacement commandé par piézo est extrêmement précis et rapide. Cela permet une mesure inégalée des propriétés viscoélastiques en éliminant de nombreuses hypothèses théoriques que doivent prendre en compte les systèmes avec un ensemble bobine/aimant et sans retour de force.

OBJECTIF DE MESURE

Dans cette application, le NANOVEA Le testeur mécanique, en mode nanoindentation, est utilisé pour étudier la dureté, le module élastique et le fluage d'un échantillon d'hydrogel.

NANOVEA PB1000 Testeur Méchanique

CONDITIONS DE TEST

Un échantillon d'hydrogel placé sur une lamelle de verre a été testé par la technique de nanoindentation à l'aide d'une NANOVEA Testeur mécanique. Pour ce matériau mou, une pointe sphérique de 3 mm de diamètre a été utilisée. La charge a augmenté linéairement de 0,06 à 10 mN pendant la période de chargement. Le fluage a ensuite été mesuré par le changement de la profondeur d'indentation à la charge maximale de 10 mN pendant 70 secondes.

LA VITESSE D'APPROCHE : 100 μm/min

CHARGE DE CONTACT

0,06 mN

CHARGE MAXI

10 mN

TAUX DE CHARGEMENT

20 mN/min

CREEP

70 s

RÉSULTATS ET DISCUSSION

L'évolution de la charge et de la profondeur en fonction du temps est présentée dans le tableau suivant FUGURE 1. On peut observer que sur le tracé du Profondeur en fonction du tempsEn effet, il est très difficile de déterminer le point de changement de pente au début de la période de chargement, qui indique généralement le moment où le pénétrateur commence à entrer en contact avec le matériau mou. Cependant, le tracé de la Charge en fonction du temps montre le comportement particulier de l'hydrogel sous une charge appliquée. Lorsque l'hydrogel commence à entrer en contact avec le pénétrateur à bille, l'hydrogel tire le pénétrateur à bille en raison de sa tension de surface, ce qui tend à diminuer la surface. Ce comportement conduit à la charge négative mesurée au début de l'étape de chargement. La charge augmente progressivement à mesure que le pénétrateur s'enfonce dans l'hydrogel, et elle est ensuite contrôlée pour être constante à la charge maximale de 10 mN pendant 70 secondes afin d'étudier le comportement de fluage de l'hydrogel.

FIGURE 1: Évolution de la charge et de la profondeur en fonction du temps.

Le tracé de la Profondeur de fluage en fonction du temps est présenté dans FIGURE 2et le Charge en fonction du déplacement de l'essai de nanoindentation est illustré dans le tableau ci-dessous. FIGURE 3. L'hydrogel utilisé dans cette étude possède une dureté de 16,9 KPa et un module de Young de 160,2 KPa, calculés à partir de la courbe de déplacement de la charge selon la méthode Oliver-Pharr.

Le fluage est un facteur important pour l'étude des propriétés mécaniques d'un hydrogel. Le contrôle par rétroaction en boucle fermée entre le piézo et la cellule de charge ultrasensible assure une charge constante réelle pendant le temps de fluage à la charge maximale. Comme le montre FIGURE 2, l'hydrogel s'affaisse de ~42 μm en raison du fluage en 70 secondes sous la charge maximale de 10 mN appliquée par la pointe de la bille de 3 mm.

FIGURE 2 : Fluage à une charge maximale de 10 mN pendant 70 secondes.

FIGURE 3 : Tracé de la charge en fonction du déplacement de l'hydrogel.

CONCLUSION

Dans cette étude, nous avons montré que les NANOVEA Le testeur mécanique, en mode nanoindentation, fournit une mesure précise et répétable des propriétés mécaniques d'un hydrogel, notamment la dureté, le module de Young et le fluage. La grande pointe de la bille de 3 mm assure un bon contact avec la surface de l'hydrogel. La platine motorisée de haute précision permet de positionner avec précision la face plate de l'échantillon d'hydrogel sous la pointe de la bille. L'hydrogel utilisé dans cette étude présente une dureté de 16,9 KPa et un module de Young de 160,2 KPa. La profondeur de fluage est de ~42 μm sous une charge de 10 mN pendant 70 secondes.

NANOVEA Les testeurs mécaniques offrent des modules multifonctionnels inégalés, Nano et Micro, sur une seule plate-forme. Les deux modules comprennent un testeur de rayures, un testeur de dureté et un testeur d'usure, offrant ainsi la gamme de tests la plus large et la plus conviviale disponible sur une seule plate-forme.
système.

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Test d'usure des pistons

ESSAI D'USURE DES PISTONSUTILISATION DU TRIBOMÈTRE NANOVEA

Préparé par

FRANK LIU

Qu'est-ce que le test d'usure des pistons ?

Les essais d'usure des pistons évaluent le frottement, la lubrification et la durabilité des matériaux entre les jupes des pistons et les chemises de cylindre dans des conditions de laboratoire contrôlées. À l'aide d'un tribomètre, les ingénieurs peuvent reproduire le mouvement alternatif réel et mesurer avec précision le coefficient de frottement, le taux d'usure et la topographie 3D de la surface. Ces résultats fournissent des informations clés sur le comportement tribologique des revêtements, des lubrifiants et des alliages utilisés dans les pistons des moteurs, ce qui permet d'optimiser les performances, le rendement énergétique et la fiabilité à long terme.

Schéma du système de vérins de puissance et des interfaces jupe de piston-lubrifiant-revêtement de vérin.

💡 Vous souhaitez quantifier le taux d'usure et le frottement de vos propres échantillons ? Demandez un test tribologique personnalisé adapté à votre application.

Pourquoi les essais d'usure des pistons sont importants dans le développement des moteurs

L'huile moteur est un lubrifiant bien conçu pour son application. Outre l'huile de base, des additifs tels que des détergents, des dispersants, des améliorants de viscosité (VI), des agents anti-usure/anti-friction et des inhibiteurs de corrosion sont ajoutés pour améliorer ses performances. Ces additifs influent sur le comportement de l'huile dans différentes conditions de fonctionnement. Le comportement de l'huile affecte les interfaces P-L-C et détermine si une usure importante par contact métal-métal ou une lubrification hydrodynamique (très peu d'usure) se produit.

Il est difficile de comprendre les interfaces P-L-C sans isoler la zone des variables externes. Il est plus pratique de simuler l'événement avec des conditions représentatives de son application réelle. Le site NANOVEA Le Tribometer est idéal pour cela. Équipé de plusieurs capteurs de force, d'un capteur de profondeur, d'un module de lubrification goutte à goutte et d'une platine linéaire à mouvement alternatif, le NANOVEA T2000 est capable d'imiter fidèlement les événements qui se produisent dans un bloc moteur et d'obtenir des données précieuses pour mieux comprendre les interfaces P-L-C.

Module liquide sur le tribomètre NANOVEA T2000

Le module goutte à goutte est crucial pour cette étude. Comme les pistons peuvent se déplacer à une vitesse très rapide (supérieure à 3 000 tr/min), il est difficile de créer un film mince de lubrifiant en immergeant l'échantillon. Pour remédier à ce problème, le module de goutte-à-goutte est capable d'appliquer une quantité constante de lubrifiant sur la surface de la jupe du piston.

L'application d'un lubrifiant frais élimine également le risque que des contaminants d'usure délogés influencent les propriétés du lubrifiant.

Comment les tribomètres simulent
Usure réelle du piston et de la chemise

Les interfaces piston-chemise-cylindre seront étudiées dans ce rapport. Les interfaces seront reproduites en effectuant un mouvement alternatif linéaire. test d'usure avec module de lubrification goutte à goutte.

Le lubrifiant sera appliqué à température ambiante et à chaud pour comparer les conditions de démarrage à froid et de fonctionnement optimal. Le COF et le taux d'usure seront observés pour mieux comprendre le comportement des interfaces dans des applications réelles.

NANOVEA T2000
Tribomètre à charge élevée

Paramètres et configuration du test d'usure des pistons

CHARGE ............................ 100 N

DURÉE DU TEST ............................ 30 minutes

VITESSE ............................ 2000 rpm

AMPLITUDE ............................ 10 mm

DISTANCE TOTALE ............................ 1200 m

REVÊTEMENT DE LA JUPE ............................ Moly-graphite

MATÉRIAU DE LA BROCHE ............................ Alliage d'aluminium 5052

DIAMÈTRE DE LA BROCHE ............................ 10 mm

LUBRIFIANT ............................ Huile moteur (10W-30)

APPROX. DÉBIT ............................ 60 mL/min

TEMPÉRATURE ............................ Température ambiante et 90°C

Pertinence dans le monde réel de
Test d'usure des pistons

Les essais d'usure des pistons à l'aide d'un tribomètre fournissent des informations essentielles sur l'influence du choix des matériaux et des stratégies de lubrification sur la fiabilité réelle des moteurs. Au lieu de recourir à des essais coûteux sur des moteurs complets, les laboratoires peuvent évaluer les revêtements, les huiles et les surfaces en alliage dans des conditions de charge mécanique et de température réalistes. NANOVEA Profilométrie 3D Les modules de tribologie permettent une cartographie précise de la profondeur d'usure et de la stabilité du frottement, aidant ainsi les équipes de R&D à optimiser les performances et à réduire les cycles de développement.

Résultats et analyse des essais d'usure des pistons

Dans cette expérience, l'A5052 a été utilisé comme matériau de référence. Bien que les blocs moteurs soient généralement fabriqués en aluminium moulé tel que l'A356, l'A5052 présente des propriétés mécaniques similaires à celles de l'A356 pour cet essai simulé [1].

Dans les conditions d'essai, une usure importante a été observée sur la jupe du piston à température ambiante par rapport à une température de 90 °C. Les rayures profondes observées sur les échantillons suggèrent que le contact entre le matériau statique et la jupe du piston se produit fréquemment tout au long de l'essai. La viscosité élevée à température ambiante peut empêcher l'huile de remplir complètement les interstices aux interfaces et créer un contact métal-métal. À une température plus élevée, l'huile s'amincit et peut s'écouler entre la goupille et le piston. Par conséquent, on observe une usure nettement moindre à une température plus élevée. La FIGURE 5 montre qu'un côté de la marque d'usure s'est usé nettement moins que l'autre côté. Cela est très probablement dû à l'emplacement de la sortie d'huile. L'épaisseur du film lubrifiant était plus importante d'un côté que de l'autre, ce qui a entraîné une usure inégale.

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

Le COF des essais de tribologie à mouvement alternatif linéaire peut être divisé en un passage haut et un passage bas. Le passage haut fait référence à l'échantillon se déplaçant dans la direction avant, ou positive, et le passage bas fait référence à l'échantillon se déplaçant dans la direction inverse, ou négative. On a observé que le COF moyen pour l'huile RT était inférieur à 0,1 dans les deux sens. Les COF moyens entre les passages étaient de 0,072 et 0,080. Le COF moyen de l'huile à 90°C s'est avéré différent entre les passages. Des valeurs moyennes de COF de 0,167 et 0,09 ont été observées. La différence de COF est une preuve supplémentaire que l'huile n'a pu mouiller correctement qu'un seul côté de l'axe. Un COF élevé a été obtenu lorsqu'un film épais s'est formé entre l'axe et la jupe du piston en raison de la lubrification hydrodynamique qui s'est produite. Un COF plus faible est observé dans l'autre sens lorsqu'une lubrification mixte se produit. Pour plus d'informations sur la lubrification hydrodynamique et la lubrification mixte, veuillez consulter notre note d'application sur Courbes de Stribeck.

Tableau 1 : Résultats d'un essai d'usure lubrifié sur des pistons.

FIGURE 1: Graphiques COF pour l'essai d'usure de l'huile à température ambiante A profil brut B passage élevé C passage bas.

FIGURE 2 : Graphiques COF pour un essai d'huile d'usure à 90°C A profil brut B passe haut C passe bas.

FIGURE 3 : Image optique d'une cicatrice d'usure provenant d'un test d'usure d'huile moteur RT.

FIGURE 4 : Volume d'un trou analyse de la cicatrice d'usure de l'essai d'usure de l'huile moteur RT.

FIGURE 5 : Scan de profilométrie d'une cicatrice d'usure provenant d'un test d'usure d'huile moteur RT.

FIGURE 6 : Image optique d'une cicatrice d'usure provenant d'un essai d'usure d'huile moteur à 90°C

FIGURE 7 : Volume de l'analyse d'un trou de la cicatrice d'usure provenant d'un essai d'usure d'huile moteur à 90°C.

FIGURE 8 : Balayage profilométrique d'une cicatrice d'usure provenant d'un essai d'usure d'huile moteur à 90°C.

Conclusion : Évaluation de l'usure des moteurs à l'aide des tribomètres NANOVEA

Des essais d'usure linéaire lubrifiée ont été réalisés sur un piston afin de simuler les événements se produisant dans un moteur en fonctionnement réel. Les interfaces entre la jupe du piston, le lubrifiant et la chemise du cylindre sont cruciales pour le fonctionnement d'un moteur. L'épaisseur du lubrifiant à l'interface est responsable de la perte d'énergie due au frottement ou à l'usure entre la jupe du piston et la chemise du cylindre. Pour optimiser le moteur, l'épaisseur du film doit être aussi fine que possible sans permettre à la jupe du piston et à la chemise de cylindre de se toucher. Le défi consiste toutefois à déterminer comment les variations de température, de vitesse et de force affectent les interfaces P-L-C.

Grâce à sa large plage de charge (jusqu'à 2000 N) et de vitesse (jusqu'à 15000 tr/min), le tribomètre NANOVEA T2000 est capable de simuler différentes conditions possibles dans un moteur. Les études futures possibles sur ce sujet portent notamment sur le comportement des interfaces P-L-C sous différentes charges constantes, charges oscillantes, températures de lubrifiant, vitesses et méthodes d'application du lubrifiant. Ces paramètres peuvent être facilement ajustés avec le tribomètre NANOVEA T2000 afin de permettre une compréhension complète des mécanismes des interfaces piston-lubrifiant-chemise de cylindre.

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Topographie de surfaces organiques à l'aide d'un profilomètre 3D portable

TOPOGRAPHIE DE LA SURFACE ORGANIQUE

UTILISATION D'UN PROFILOMÈTRE 3D PORTABLE

Préparé par

CRAIG LEISING

INTRODUCTION

La nature est devenue une source d'inspiration essentielle pour le développement de structures de surface améliorées. La compréhension des structures de surface que l'on trouve dans la nature a conduit à des études d'adhésion basées sur des pattes de gecko, à des études de résistance basées sur le changement de texture d'un concombre de mer et à des études de répulsion basées sur des feuilles, parmi beaucoup d'autres. Ces surfaces ont un certain nombre d'applications potentielles, du biomédical à l'automobile en passant par l'habillement. Pour que toutes ces percées en matière de surface soient couronnées de succès, des techniques de fabrication doivent être développées afin que les caractéristiques de la surface puissent être imitées et reproduites. C'est ce processus qui nécessitera une identification et un contrôle.

IMPORTANCE DU PROFILEUR OPTIQUE PORTABLE 3D SANS CONTACT POUR LES SURFACES ORGANIQUES

Utilisant la technologie Chromatic Light, le NANOVEA Jr25 Portable Profileur optique a une capacité supérieure pour mesurer presque tous les matériaux. Cela inclut les angles uniques et abrupts, les surfaces réfléchissantes et absorbantes que l’on retrouve dans le large éventail de caractéristiques de surface de la nature. Les mesures 3D sans contact fournissent une image 3D complète pour donner une compréhension plus complète des caractéristiques de la surface. Sans capacités 3D, l'identification des surfaces naturelles reposerait uniquement sur des informations 2D ou sur l'imagerie microscopique, qui ne fournissent pas suffisamment d'informations pour imiter correctement la surface étudiée. Comprendre la gamme complète des caractéristiques de la surface, notamment la texture, la forme et les dimensions, entre autres, sera essentiel à une fabrication réussie.

La possibilité d'obtenir facilement des résultats de qualité laboratoire sur le terrain ouvre la porte à de nouvelles possibilités de recherche.

OBJECTIF DE MESURE

Dans cette application, le NANOVEA Jr25 est utilisé pour mesurer la surface d'une feuille. Il existe une liste infinie de paramètres de surface qui peuvent être calculés automatiquement après le balayage de surface 3D.

Ici, nous allons examiner la surface 3D et sélectionner
des domaines d'intérêt à analyser plus en profondeur, notamment
quantifier et étudier la rugosité de la surface, les canaux et la topographie

NANOVEA

JR25

CONDITIONS DE TEST

PROFONDEUR DE L'ARC

Densité moyenne des sillons : 16,471 cm/cm2
Profondeur moyenne des sillons : 97.428 μm
Profondeur maximale : 359,769 μm

CONCLUSION

Dans cette application, nous avons montré comment le NANOVEA Le profileur optique 3D sans contact Jr25 portable peut caractériser avec précision la topographie et les détails à l'échelle nanométrique de la surface d'une feuille sur le terrain. À partir de ces mesures de surface 3D, les zones d'intérêt peuvent être rapidement identifiées et ensuite analysées avec une liste d'études sans fin (Dimension, rugosité, texture de finition, forme, topographie, planéité, déformation, planéité, surface volumique, hauteur de marche. et autres). Une section transversale 2D peut être facilement choisie pour analyser des détails supplémentaires. Grâce à ces informations, les surfaces organiques peuvent être largement étudiées avec un ensemble complet de moyens de mesure de surface. Des domaines d'intérêt particuliers auraient pu être analysés plus en détail avec le module AFM intégré sur des modèles de table.

NANOVEA propose également des profilomètres portables à grande vitesse pour la recherche sur le terrain et une large gamme de systèmes de laboratoire, ainsi que des services de laboratoire.

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Propriétés d'adhésion d'un revêtement d'or sur un substrat de cristal de quartz

Propriétés d'adhésion du revêtement d'or

sur un substrat de cristal de quartz

Préparé par

DUANJIE LIPhD

INTRODUCTION

La microbalance à cristal de quartz (QCM) est un capteur de masse extrêmement sensible capable d'effectuer des mesures précises de petites masses de l'ordre du nanogramme. La QCM mesure le changement de masse sur la surface en détectant les variations de la fréquence de résonance du cristal de quartz avec deux électrodes fixées de chaque côté de la plaque. La capacité de mesurer des masses extrêmement faibles en fait un composant clé dans une variété d'instruments de recherche et industriels pour détecter et surveiller la variation de la masse, l'adsorption, la densité et la corrosion, etc.

IMPORTANCE DU TEST SCRATCH POUR LE QCM

En tant qu'appareil extrêmement précis, le QCM mesure la variation de masse jusqu'à 0,1 nanogramme. Toute perte de masse ou délamination des électrodes sur la plaque de quartz sera détectée par le cristal de quartz et provoquera des erreurs de mesure importantes. Par conséquent, la qualité intrinsèque du revêtement des électrodes et l'intégrité interfaciale du système revêtement/substrat jouent un rôle essentiel dans la réalisation de mesures de masse précises et reproductibles. Le test de micro-rayures est une mesure comparative largement utilisée pour évaluer les propriétés relatives de cohésion ou d'adhérence des revêtements sur la base de la comparaison des charges critiques auxquelles les défaillances apparaissent. C'est un outil supérieur pour un contrôle de qualité fiable des QCMs.

OBJECTIF DE MESURE

Dans cette application, le NANOVEA Testeur Méchanique, en mode Micro Scratch, est utilisé pour évaluer la force de cohésion et d'adhérence du revêtement d'or sur le substrat de quartz d'un échantillon QCM. Nous aimerions mettre en valeur la capacité du NANOVEA Testeur mécanique permettant d'effectuer des tests de micro-rayures sur un échantillon délicat avec une précision et une répétabilité élevées.

NANOVEA

PB1000

CONDITIONS DE TEST

Le site NANOVEA Le testeur mécanique PB1000 a été utilisé pour effectuer les tests de micro-rayures sur un échantillon QCM en utilisant les paramètres de test résumés ci-dessous. Trois rayures ont été effectuées pour assurer la reproductibilité des résultats.

TYPE DE CHARGE : Progressif

CHARGE INITIALE

0.01 N

CHARGE FINALE

30 N

ATMOSPHÈRE : Air 24°C

VITESSE DE GLISSEMENT

2 mm/min

DISTANCE DE GLISSEMENT

2 mm

RÉSULTATS ET DISCUSSION

La trace complète de micro-rayures sur l'échantillon QCM est montrée dans l'image suivante FIGURE 1. Les comportements de rupture à différentes charges critiques sont présentés dans la FIGURE 2.où la charge critique, LC1 est définie comme la charge à laquelle le premier signe de rupture de l'adhésif apparaît dans la piste de grattage, LC2 est la charge après laquelle les défaillances répétitives de l'adhésif se produisent, et LC3 est la charge à laquelle le revêtement est complètement retiré du substrat. On peut observer que peu d'écaillage a lieu à LC1 de 11,15 N, premier signe de défaillance du revêtement.

Comme la charge normale continue d'augmenter pendant l'essai de micro-rayures, des défaillances répétitives de l'adhésif se produisent après LC2 de 16,29 N. Lorsque LC3 de 19,09 N est atteint, le revêtement se délamine complètement du substrat de quartz. Ces charges critiques peuvent être utilisées pour comparer quantitativement la force cohésive et adhésive du revêtement et sélectionner le meilleur candidat pour les applications ciblées.

FIGURE 1: Trace complète de micro-rayures sur l'échantillon QCM.

FIGURE 2 : Piste de micro-rayures à différentes charges critiques.

FIGURE 3 trace l'évolution du coefficient de friction et de la profondeur, ce qui peut donner un meilleur aperçu de la progression des défaillances du revêtement pendant l'essai de micro-rayures.

FIGURE 3 : Évolution du COF et de la profondeur pendant le test de micro-rayures.

CONCLUSION

Dans cette étude, nous avons montré que les NANOVEA Le Mechanical Tester effectue des tests de micro-rayures fiables et précis sur un échantillon QCM. En appliquant des charges linéairement croissantes de manière contrôlée et étroitement surveillée, la mesure des rayures permet aux utilisateurs d'identifier la charge critique à laquelle se produit la rupture typique des revêtements cohésifs et adhésifs. Il fournit un outil supérieur pour évaluer quantitativement et comparer la qualité intrinsèque du revêtement et l'intégrité interfaciale du système revêtement/substrat pour la QCM.

Les modules Nano, Micro ou Macro de la NANOVEA Les testeurs mécaniques comprennent tous des modes d'indentation, de rayure et d'usure conformes aux normes ISO et ASTM, offrant ainsi la gamme d'essais la plus large et la plus conviviale disponible dans un seul système. NANOVEALa gamme inégalée de l'entreprise est une solution idéale pour déterminer l'ensemble des propriétés mécaniques des revêtements, films et substrats minces ou épais, souples ou durs, notamment la dureté, le module de Young, la résistance à la rupture, l'adhésion, la résistance à l'usure et bien d'autres encore.

En outre, un profileur 3D sans contact et un module AFM sont disponibles en option pour l'imagerie 3D haute résolution des traces d'indentation, de rayure et d'usure, en plus d'autres mesures de surface, telles que la rugosité et le gauchissement.

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Le premier testeur micro-mécanique au monde

DÉSORMAIS LE LEADER MONDIAL

ESSAIS MICRO-MÉCANIQUES

Préparé par

PIERRE LEROUX & DUANJIE LI, PhD

INTRODUCTION

Les appareils de test de dureté micro Vickers standard ont des plages de charge utilisables de 10 à 2000 grammes de force (gf). Les duromètres standards Vickers Macro ont des charges de 1 à 50 kgf. Ces instruments sont non seulement très limités dans la gamme de charges, mais ils sont également imprécis lorsqu'il s'agit de surfaces plus rugueuses ou de faibles charges, lorsque les empreintes deviennent trop petites pour être mesurées visuellement. Ces limitations sont intrinsèques à l'ancienne technologie et, par conséquent, l'indentation instrumentée devient le choix standard en raison de la précision et des performances supérieures qu'elle apporte.

Avec Grâce aux systèmes d'essais micro-mécaniques de NANOVEA, leaders dans le monde, la dureté Vickers est automatiquement calculée à partir des données de profondeur en fonction de la charge, avec la plus large gamme de charges jamais disponible sur un seul module (0,3 gramme à 2 kg ou 6 grammes à 40 kg). Parce qu'il mesure la dureté à partir des courbes de profondeur en fonction de la charge, le micro-module NANOVEA peut mesurer tous les types de matériaux, y compris les matériaux très élastiques. Il peut également fournir non seulement la dureté Vickers, mais aussi des données précises sur le module élastique et le fluage, en plus d'autres types d'essais tels que les tests d'adhérence aux rayures, l'usure, les tests de fatigue, la limite d'élasticité et la résistance à la rupture, pour une gamme complète de données de contrôle de la qualité.

DÉSORMAIS LE LEADER MONDIAL DES ESSAIS MICRO-MÉCANIQUES

Dans cette note d'application, il sera expliqué comment le Micro Module a été conçu pour offrir les meilleurs essais instrumentés d'indentation et de rayure au monde. La large gamme de tests du Micro Module est idéale pour de nombreuses applications. Par exemple, la plage de charge permet de mesurer avec précision la dureté et le module d'élasticité de revêtements minces et d'appliquer ensuite des charges beaucoup plus élevées pour mesurer l'adhérence de ces mêmes revêtements.

OBJECTIF DE MESURE

La capacité du micro-module est illustrée par les données suivantes NANOVEA CB500 Testeur Méchanique par
réaliser des essais d'indentation et de rayure avec une précision et une fiabilité supérieures en utilisant une large gamme de charges allant de 0,03 à 200 N.

NANOVEA

CB500

CONDITIONS DE TEST

Une série (3×4, 12 indentations au total) de micro-indentations a été réalisée sur un échantillon d'acier standard à l'aide d'un pénétrateur Vickers. La charge et la profondeur ont été mesurées et enregistrées pour le cycle complet de l'essai d'indentation. Les indentations ont été réalisées à différentes charges maximales allant de 0,03 N à 200 N (0,0031 à 20,4 kgf) afin de démontrer la capacité du micro module à réaliser des tests d'indentation précis à différentes charges. Il convient de noter qu'une cellule de charge optionnelle de 20 N est également disponible pour fournir une résolution 10 fois plus élevée pour les tests dans la gamme de charge inférieure de 0,3 gf à 2 kgf.

Deux essais de rayure ont été réalisés à l'aide du Micro Module avec une charge augmentée linéairement de 0,01 N à 200 N et de 0,01 N à 0,5 N, respectivement, à l'aide d'un stylet en diamant conico-sphérique dont le rayon de la pointe est de 500 μm et 20 μm.

Vingt Microindentation ont été effectués sur l'échantillon standard d'acier à 4 N, mettant en évidence la répétabilité supérieure des résultats du Micro Module qui contraste avec les performances des testeurs de dureté Vickers conventionnels.

*microindent sur l'échantillon d'acier

PARAMÈTRES D'ESSAI

de la cartographie de l'indentation

MAPPING : 3 PAR 4 INDENTS

RÉSULTATS ET DISCUSSION

Le nouveau Micro Module possède une combinaison unique de moteur Z, de cellule de charge à haute force et d'un capteur de profondeur capacitif de haute précision. L'utilisation unique de capteurs de profondeur et de charge indépendants garantit une grande précision dans toutes les conditions.

Les essais de dureté Vickers conventionnels utilisent des pointes de pénétrateur pyramidales à base de diamant qui créent des empreintes de forme carrée. En mesurant la longueur moyenne de la diagonale, d, la dureté Vickers peut être calculée.

En comparaison, la technique d'indentation instrumentée utilisée par NANOVEALe micro-module de l'entreprise mesure directement les propriétés mécaniques à partir des mesures de charge et de déplacement de l'empreinte. Aucune observation visuelle de l'indentation n'est nécessaire. Cela élimine les erreurs de traitement d'image de l'utilisateur ou de l'ordinateur dans la détermination des valeurs d de l'indentation. Le capteur de profondeur à condensateur de haute précision, avec un très faible niveau de bruit de 0,3 nm, peut mesurer avec précision la profondeur des empreintes qu'il est difficile, voire impossible, de mesurer visuellement au microscope avec les appareils de mesure de dureté Vickers traditionnels.

En outre, la technique du cantilever utilisée par les concurrents applique la charge normale sur une poutre en porte-à-faux par un ressort, et cette charge est à son tour appliquée sur le pénétrateur. Une telle conception présente un défaut en cas d'application d'une charge élevée - la poutre en porte-à-faux ne peut pas fournir une rigidité structurelle suffisante, ce qui entraîne une déformation de la poutre en porte-à-faux et, par conséquent, un désalignement du pénétrateur. En comparaison, le micro-module applique la charge normale via le moteur Z agissant sur la cellule de charge, puis le pénétrateur pour une application directe de la charge. Tous les éléments sont alignés verticalement pour une rigidité maximale, garantissant des mesures d'indentation et de rayure répétables et précises dans toute la plage de charge.

Vue rapprochée du nouveau Micro Module

INDENTATION DE 0,03 À 200 N

L'image de la carte d'indentation est présentée dans la FIGURE 1. La distance entre les deux indentations adjacentes au-dessus de 10 N est de 0,5 mm, tandis que celle aux charges inférieures est de 0,25 mm. Le contrôle de position de haute précision de la platine de l'échantillon permet aux utilisateurs de sélectionner l'emplacement cible pour la cartographie des propriétés mécaniques. Grâce à l'excellente rigidité du micro module due à l'alignement vertical de ses composants, le pénétrateur Vickers conserve une orientation verticale parfaite lorsqu'il pénètre dans l'échantillon d'acier sous une charge allant jusqu'à 200 N (400 N en option). Cela crée des impressions de forme carrée symétrique sur la surface de l'échantillon à différentes charges.

Les indentations individuelles à différentes charges sous le microscope sont affichées à côté des deux rayures comme le montre la FIGURE 2, afin de démontrer la capacité du nouveau micro-module à effectuer des tests d'indentation et de rayure dans une large gamme de charges avec une grande précision. Comme le montrent les graphiques de la charge normale en fonction de la longueur de la rayure, la charge normale augmente linéairement lorsque le stylet diamanté conico-sphérique glisse sur la surface de l'échantillon d'acier. Il crée une trace de rayure lisse et droite dont la largeur et la profondeur augmentent progressivement.

FIGURE 1: Carte d'indentation

Vingt tests de microindentation ont été effectués sur l'échantillon standard d'acier à 4 N, mettant en évidence la répétabilité supérieure des résultats du micro-module, qui contraste avec les performances des duromètres Vickers conventionnels.

A : INDENTATION ET RAYURE AU MICROSCOPE (360X)

B : INDENTATION ET RAYURE AU MICROSCOPE (3000X)

FIGURE 2 : Courbes de charge en fonction du déplacement pour différentes charges maximales.

Les courbes charge-déplacement pendant l'indentation à différentes charges maximales sont illustrées dans le tableau ci-dessous. FIGURE 3. La dureté et le module d'élasticité sont résumés et comparés dans la FIGURE 4. L'échantillon d'acier présente un module d'élasticité constant tout au long de la charge d'essai allant de 0,03 à 200 N (plage possible de 0,003 à 400 N), ce qui donne une valeur moyenne de ~211 GPa. La dureté présente une valeur relativement constante de ~6,5 GPa mesurée sous une charge maximale supérieure à 100 N. Lorsque la charge diminue dans une plage de 2 à 10 N, une dureté moyenne de ~9 GPa est mesurée.

FIGURE 3 : Courbes de charge en fonction du déplacement pour différentes charges maximales.

FIGURE 4 : Dureté et module de Young de l'échantillon d'acier mesurés par différentes charges maximales.

INDENTATION DE 0,03 À 200 N

Vingt essais de microindentation ont été réalisés à une charge maximale de 4N. Les courbes charge-déplacement sont présentées dans FIGURE 5 et la dureté Vickers et le module de Young qui en résultent sont indiqués dans le tableau suivant FIGURE 6.

FIGURE 5 : Courbes charge-déplacement pour les essais de microindentation à 4 N.

FIGURE 6 : Dureté Vickers et module d'Young pour 20 microindentations à 4 N.

Les courbes charge-déplacement démontrent la répétabilité supérieure du nouveau Micro Module. L'étalon d'acier possède une dureté Vickers de 842±11 HV mesurée par le nouveau Micro Module, par rapport à 817±18 HV mesurée à l'aide du duromètre Vickers conventionnel. Le faible écart-type de la mesure de dureté garantit une caractérisation fiable et reproductible des propriétés mécaniques dans la R&D et le contrôle de la qualité des matériaux, tant dans le secteur industriel que dans la recherche universitaire.

En outre, un module d'Young de 208±5 GPa est calculé à partir de la courbe charge-déplacement, qui n'est pas disponible pour le duromètre Vickers conventionnel en raison de l'absence de mesure de la profondeur pendant l'indentation. Au fur et à mesure que la charge diminue et que la taille de l'indentation diminue, le module d'Young est plus élevé. NANOVEA Les avantages des micro-modules en termes de répétabilité par rapport aux duromètres Vickers augmentent jusqu'à ce qu'il ne soit plus possible de mesurer l'empreinte par inspection visuelle.

L'avantage de mesurer la profondeur pour calculer la dureté devient également évident lorsqu'on a affaire à des échantillons plus rugueux ou plus difficiles à observer avec les microscopes standard fournis avec les duromètres Vickers.

CONCLUSION

Dans cette étude, nous avons montré comment le nouveau Micro Module NANOVEA (gamme 200 N), leader mondial, réalise des mesures d'indentation et de rayure d'une précision et d'une reproductibilité inégalées dans une large gamme de charges allant de 0,03 à 200 N (3 gf à 20,4 kgf). Un micro-module optionnel de gamme inférieure permet de réaliser des tests de 0,003 à 20 N (0,3 gf à 2 kgf). L'alignement vertical unique du moteur Z, de la cellule de charge à haute force et du capteur de profondeur garantit une rigidité structurelle maximale pendant les mesures. Les indentations mesurées à différentes charges possèdent toutes une forme carrée symétrique sur la surface de l'échantillon. Une trace de rayure droite dont la largeur et la profondeur augmentent progressivement est créée lors du test de rayure d'une charge maximale de 200 N.

Le nouveau Micro Module peut être configuré sur la base mécanique PB1000 (150 x 200 mm) ou CB500 (100 x 50 mm) avec une motorisation en Z (portée de 50 mm). Associés à un système de caméra puissant (précision de position de 0,2 micron), les systèmes offrent les meilleures capacités d'automatisation et de cartographie du marché. NANOVEA propose également une fonction brevetée unique (EP n° 30761530) qui permet de vérifier et d'étalonner les pénétrateurs Vickers en effectuant une seule pénétration sur toute la gamme de charges. En revanche, les duromètres Vickers standard ne peuvent fournir un étalonnage que pour une seule charge.

En outre, le logiciel NANOVEA permet à l'utilisateur de mesurer la dureté Vickers via la méthode traditionnelle de mesure des diagonales de l'empreinte si nécessaire (pour ASTM E92 & E384). Comme le montre ce document, les essais de dureté en fonction de la profondeur et de la charge (ASTM E2546 et ISO 14577) effectués par un micro module NANOVEA sont précis et reproductibles par rapport aux duromètres traditionnels. En particulier pour les échantillons qui ne peuvent pas être observés/mesurés avec un microscope.

En conclusion, la précision et la répétabilité supérieures de la conception du Micro Module, avec sa large gamme de charges et de tests, ses options d'automatisation et de cartographie élevées, rendent obsolètes les duromètres Vickers traditionnels. Il en va de même pour les testeurs de rayures et de micro-rayures qui sont encore proposés actuellement mais qui ont été conçus avec des défauts dans les années 1980.

Le développement et l'amélioration continus de cette technologie font de NANOVEA un leader mondial des essais micro-mécaniques.

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Papier de verre : Analyse de la rugosité et du diamètre des particules

SANDPAPER

Analyse de la rugosité et du diamètre des particules

Préparé par

FRANK LIU

INTRODUCTION

Le papier de verre est un produit courant, disponible dans le commerce, utilisé comme abrasif. L'utilisation la plus courante du papier de verre consiste à enlever des revêtements ou à polir une surface grâce à ses propriétés abrasives. Ces propriétés abrasives sont classées en grains, chacun d'entre eux étant lié au degré de lissage ou de polissage de la surface.
La finition de la surface sera plus ou moins rugueuse. Pour obtenir les propriétés abrasives souhaitées, les fabricants de papier de verre doivent s'assurer que les particules abrasives ont une taille spécifique et présentent peu de déviations. Pour quantifier la qualité du papier de verre, le système 3D Non-Contact Profilomètre peut être utilisé pour obtenir le paramètre de hauteur moyenne arithmétique (Sa) et le diamètre moyen des particules d'une zone d'échantillonnage.

IMPORTANCE DU PROFILEUR OPTIQUE SANS CONTACT 3D PROFILEUR POUR PAPIER DE VERRE

Lors de l'utilisation de papier de verre, l'interaction entre les particules abrasives et la surface à poncer doit être uniforme pour obtenir des finitions de surface cohérentes. Pour quantifier cela, la surface du papier de verre peut être observée à l'aide du profileur optique 3D sans contact de NANOVEA afin de voir les déviations dans la taille, la hauteur et l'espacement des particules.

OBJECTIF DE MESURE

Dans cette étude, cinq grains de papier de verre différents (120,
180, 320, 800 et 2000) sont scannées avec le logiciel
Profileur optique sans contact NANOVEA ST400 3D.
Le Sa est extrait du scan et la particule
La taille est calculée en effectuant une analyse des motifs pour
trouver leur diamètre équivalent

NANOVEA

ST400

RÉSULTATS ET DISCUSSION

La rugosité de surface (Sa) et la taille des particules du papier de verre diminuent à mesure que le grain augmente, comme prévu. La Sa est comprise entre 42,37 μm et 3,639 μm. La taille des particules varie de 127 ± 48,7 à 21,27 ± 8,35. Les particules plus grandes et les variations de hauteur élevées créent une action abrasive plus forte sur les surfaces, contrairement aux particules plus petites avec une faible variation de hauteur.
Veuillez noter que toutes les définitions des paramètres de hauteur donnés sont énumérées à la page.A.1.

TABLEAU 1 : Comparaison entre les grains de papier de verre et les paramètres de hauteur.

TABLEAU 2 : Comparaison entre les grains de papier de verre et le diamètre des particules.

VUE 2D ET 3D DU PAPIER DE VERRE

Vous trouverez ci-dessous les vues en fausses couleurs et en 3D des échantillons de papier de verre.
Un filtre gaussien de 0,8 mm a été utilisé pour supprimer la forme ou l'ondulation.

ANALYSE DES MOTIFS

Pour trouver avec précision les particules à la surface, le seuil de l'échelle de hauteur a été redéfini pour ne montrer que la couche supérieure du papier de verre. Une analyse des motifs a ensuite été effectuée pour détecter les pics.

CONCLUSION

Le profileur optique 3D sans contact de NANOVEA a été utilisé pour inspecter les propriétés de surface de différents grains de papier de verre en raison de sa capacité à scanner avec précision des surfaces présentant des micro et nano-éléments.

Les paramètres de hauteur de surface et les diamètres équivalents des particules ont été obtenus pour chacun des échantillons de papier de verre en utilisant un logiciel avancé pour analyser les scans 3D. Il a été observé qu'à mesure que la taille des grains augmente, la rugosité de surface (Sa) et la taille des particules diminuent comme prévu.

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Mesure des limites de la surface

Mesure des limites d'une surface à l'aide de la profilométrie 3D

MESURE DES LIMITES DE LA SURFACE

EN UTILISANT LA PROFILOMÉTRIE 3D

Préparé par

Craig Leising

INTRODUCTION

Dans les études où l'interface des caractéristiques de surface, des motifs, des formes, etc., est évaluée pour l'orientation, il sera utile d'identifier rapidement les zones d'intérêt sur l'ensemble du profil de mesure. En segmentant une surface en zones significatives, l'utilisateur peut rapidement évaluer les limites, les pics, les creux, les zones, les volumes et bien d'autres encore pour comprendre leur rôle fonctionnel dans l'ensemble du profil de la surface étudiée. Par exemple, comme pour l'imagerie du joint de grain des métaux, l'importance de l'analyse est l'interface de nombreuses structures et leur orientation globale. La compréhension de chaque zone d'intérêt permet d'identifier les défauts ou les anomalies de la zone globale. Bien que l'imagerie du joint de grain soit généralement étudiée à une distance dépassant la capacité du profilomètre et qu'il s'agisse uniquement d'une analyse d'image 2D, elle constitue une référence utile pour illustrer le concept de ce qui sera présenté ici à plus grande échelle, ainsi que les avantages de la mesure de surface 3D.

IMPORTANCE DU PROFILOMÈTRE 3D SANS CONTACT POUR L'ÉTUDE DE LA SÉPARATION DES SURFACES

Contrairement à d'autres techniques telles que les sondes tactiles ou l'interférométrie, Profilomètre 3D sans contact, utilisant le chromatisme axial, peut mesurer presque toutes les surfaces, la taille des échantillons peut varier considérablement en raison de la mise en scène ouverte et aucune préparation d'échantillon n'est nécessaire. La plage nano à macro est obtenue lors de la mesure du profil de surface sans influence de la réflectivité ou de l'absorption de l'échantillon, a une capacité avancée de mesurer des angles de surface élevés et il n'y a aucune manipulation logicielle des résultats. Mesurez facilement n'importe quel matériau : transparent, opaque, spéculaire, diffusif, poli, rugueux, etc. La technique du profilomètre sans contact offre une capacité idéale, large et conviviale pour maximiser les études de surface lorsqu'une analyse des limites de surface sera nécessaire ; ainsi que les avantages des capacités combinées 2D et 3D.

OBJECTIF DE MESURE

Dans cette application, le profilomètre Nanovea ST400 est utilisé pour mesurer la surface du polystyrène. Les limites ont été établies en combinant un fichier d'intensité réfléchie et la topographie, qui sont acquis simultanément à l'aide du NANOVEA ST400. Ces données ont ensuite été utilisées pour calculer les différentes informations de forme et de taille de chaque " grain " de polystyrène.

NANOVEA

ST400

RÉSULTATS ET DISCUSSION : Mesure des limites de la surface 2D

Image de topographie (en bas à gauche) masquée par l'image d'intensité réfléchie (en bas à droite) pour définir clairement les limites des grains. Tous les grains de moins de 565µm de diamètre ont été ignorés en appliquant le filtre.

Nombre total de grains : 167
Surface totale projetée occupée par les grains : 166.917 mm² (64.5962 %)
Superficie totale projetée occupée par les frontières : (35,4038 %)
Densité des grains : 0,646285 grains / mm2

Surface = 0,999500 mm² +/- 0,491846 mm².
Périmètre = 9114.15 µm +/- 4570.38 µm
Diamètre équivalent = 1098,61 µm +/- 256,235 µm
Diamètre moyen = 945.373 µm +/- 248.344 µm
Diamètre min. = 675.898 µm +/- 246.850 µm
Diamètre maximum = 1312.43 µm +/- 295.258 µm

RÉSULTATS ET DISCUSSION : Mesure des limites de la surface en 3D

En utilisant les données de topographie 3D obtenues, le volume, la hauteur, le pic, le rapport d'aspect et les informations générales sur la forme peuvent être analysés sur chaque grain. Surface 3D totale occupée : 2.525mm3

CONCLUSION

Dans cette application, nous avons montré comment le profilomètre sans contact NANOVEA 3D peut caractériser avec précision la surface du polystyrène. Des informations statistiques peuvent être obtenues sur l'ensemble de la surface d'intérêt ou sur des grains individuels, qu'il s'agisse de pics ou de creux. Dans cet exemple, tous les grains plus grands qu'une taille définie par l'utilisateur ont été utilisés pour montrer la surface, le périmètre, le diamètre et la hauteur. Les caractéristiques présentées ici peuvent être essentielles à la recherche et au contrôle de la qualité des surfaces naturelles et préfabriquées, qu'il s'agisse d'applications bio-médicales, de micro-usinage ou autres.

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Test d'usure du revêtement de verre en fonction de l'humidité par tribomètre

HUMIDITÉ DE LA COUCHE DE VERRE

TEST D'USURE PAR TRIBOMÈTRE

Préparé par

DUANJIE LIPhD

INTRODUCTION

Le revêtement de verre autonettoyant crée une surface de verre facile à nettoyer qui empêche l'accumulation de saleté, de crasse et de taches. Sa caractéristique autonettoyante réduit considérablement la fréquence, le temps, l'énergie et les coûts de nettoyage, ce qui en fait un choix intéressant pour une variété d'applications résidentielles et commerciales, telles que les façades en verre, les miroirs, les verres de douche, les fenêtres et les pare-brise.

IMPORTANCE DE LA RÉSISTANCE À L'USURE DU REVÊTEMENT DE VERRE AUTONETTOYANT

Une application majeure du revêtement autonettoyant est la surface extérieure de la façade en verre des gratte-ciel. La surface du verre est souvent attaquée par des particules à haute vitesse transportées par des vents forts. Les conditions météorologiques jouent également un rôle important dans la durée de vie du revêtement en verre. Il peut être très difficile et coûteux de traiter la surface du verre et d'appliquer un nouveau revêtement lorsque l'ancien est défaillant. Par conséquent, la résistance à l'usure du revêtement en verre sous
Les différentes conditions météorologiques sont critiques.

Afin de simuler les conditions environnementales réalistes du revêtement autonettoyant dans différentes conditions climatiques, une évaluation répétable de l'usure dans une humidité contrôlée et surveillée est nécessaire. Elle permet aux utilisateurs de comparer correctement la résistance à l'usure des revêtements autonettoyants exposés à différentes humidités et de sélectionner le meilleur candidat pour l'application visée.

OBJECTIF DE MESURE

Dans cette étude, nous avons montré que les NANOVEA Le tribomètre T100 équipé d'un contrôleur d'humidité est un outil idéal pour étudier la résistance à l'usure des revêtements de verre autonettoyants dans différentes conditions d'humidité.

NANOVEA

T100

PROCÉDURES DE TEST

Les lames de microscope en verre sodocalcique ont été recouvertes de revêtements de verre autonettoyants avec deux recettes de traitement différentes. Ces deux revêtements sont identifiés comme Revêtement 1 et Revêtement 2. Une lame de verre nue non revêtue est également testée à des fins de comparaison.

NANOVEA Tribomètre équipé d'un module de contrôle de l'humidité, a été utilisé pour évaluer le comportement tribologique, par exemple le coefficient de frottement, le COF et la résistance à l'usure des revêtements de verre autonettoyants. Une pointe sphérique WC (diamètre 6 mm) a été appliquée contre les échantillons testés. Le COF a été enregistré in situ. Le contrôleur d'humidité fixé à la tribo-chambre contrôlait avec précision la valeur de l'humidité relative (HR) dans la plage de ± 1 %. La morphologie des traces d'usure a été examinée au microscope optique après les tests d'usure.

CHARGE MAXIMALE 40 mN

RÉSULTATS ET DISCUSSION

Les essais d'usure de l'axe sur le disque dans différentes conditions d'humidité ont été réalisés sur le verre revêtu et non revêtu.
échantillons. Le COF a été enregistré in situ pendant les essais d'usure, comme le montre l'illustration suivante FIGURE 1 et le COF moyen est résumé dans FIGURE 2. FIGURE 4 compare les traces d'usure après les tests d'usure.

Comme indiqué dans FIGURE 1Le verre non revêtu présente un COF élevé de ~0,45 lorsque le mouvement de glissement commence dans le 30% RH, et il augmente progressivement jusqu'à ~0,6 à la fin du test d'usure de 300 révolutions. En comparaison, le verre
Les échantillons de verre revêtus Coating 1 et Coating 2 présentent un faible COF inférieur à 0,2 au début de l'essai. Le COF
du revêtement 2 se stabilise à ~0,25 pendant le reste de l'essai, tandis que le revêtement 1 présente une forte augmentation du COF à ~0,25.
~250 tours et le COF atteint une valeur de ~0,5. Lorsque les essais d'usure sont effectués dans la 60% RH, la
Le verre non revêtu présente toujours un COF plus élevé de ~0,45 tout au long du test d'usure. Les revêtements 1 et 2 présentent des valeurs de COF de 0,27 et 0,22, respectivement. Pour le 90% RH, le verre non revêtu présente un COF élevé de ~0,5 à la fin du test d'usure. Les revêtements 1 et 2 présentent un COF comparable de ~0,1 au début du test d'usure. Le revêtement 1 maintient un COF relativement stable de ~0,15. Le revêtement 2, cependant, échoue à ~ 100 tours, suivi d'une augmentation significative du COF à ~0,5 vers la fin de l'essai d'usure.

La faible friction du revêtement de verre autonettoyant est due à sa faible énergie de surface. Il crée une très haute statique
angle de contact avec l'eau et un faible angle de roulement. Cela conduit à la formation de petites gouttelettes d'eau sur la surface du revêtement dans le 90% RH, comme le montre le microscope en FIGURE 3. Il en résulte également une diminution du COF moyen de ~0,23 à ~0,15 pour le revêtement 2 lorsque la valeur de l'HR augmente de 30% à 90%.

FIGURE 1: Coefficient de friction pendant les essais "pin-on-disk" dans différentes conditions d'humidité relative.

FIGURE 2 : Moyenne du COF pendant les tests "pin-on-disk" dans différentes conditions d'humidité relative.

FIGURE 3 : Formation de petites gouttelettes d'eau sur la surface du verre revêtu.

FIGURE 4 compare les traces d'usure sur la surface du verre après les tests d'usure dans différentes humidités. Le revêtement 1 présente des signes d'usure légère après les tests d'usure dans les HR de 30% et 60%. Il possède une grande trace d'usure après le test dans l'HR de 90%, en accord avec l'augmentation significative du COF pendant le test d'usure. Le revêtement 2 ne montre pratiquement aucun signe d'usure après les tests d'usure en environnement sec et humide, et il présente également un faible COF constant pendant les tests d'usure dans différentes humidités. La combinaison de bonnes propriétés tribologiques et d'une faible énergie de surface fait du revêtement 2 un bon candidat pour les applications de revêtement de verre autonettoyant dans des environnements difficiles. En comparaison, le verre non revêtu présente des traces d'usure plus importantes et un COF plus élevé dans différentes conditions d'humidité, ce qui démontre la nécessité de la technique du revêtement autonettoyant.

FIGURE 4 : Traces d'usure après les tests pin-on-disk dans différentes conditions d'humidité relative (grossissement 200x).

CONCLUSION

NANOVEA Le tribomètre T100 est un outil supérieur pour l'évaluation et le contrôle de qualité des revêtements de verre autonettoyants dans différentes conditions d'humidité. La capacité de mesure in situ du COF permet aux utilisateurs de corréler les différentes étapes du processus d'usure avec l'évolution du COF, ce qui est essentiel pour améliorer la compréhension fondamentale du mécanisme d'usure et des caractéristiques tribologiques des revêtements en verre. Sur la base de l'analyse tribologique complète des revêtements de verre autonettoyants testés dans différentes conditions d'humidité, nous montrons que le revêtement 2 possède un faible COF constant et une résistance à l'usure supérieure dans des environnements secs et humides, ce qui en fait un meilleur candidat pour les applications de revêtements de verre autonettoyants exposés à différents temps.

NANOVEA Les tribomètres offrent des tests d'usure et de friction précis et répétables en utilisant des modes rotatifs et linéaires conformes aux normes ISO et ASTM, avec des modules optionnels d'usure à haute température, de lubrification et de tribo-corrosion disponibles dans un système pré-intégré. Un profileur 3D sans contact est disponible en option pour les essais à haute température.
l'imagerie 3D à haute résolution des traces d'usure, en plus d'autres mesures de surface telles que la rugosité.

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Déformation par fluage des polymères à l'aide de la nanoindentation

DÉFORMATION PAR FLUAGE

DES POLYMÈRES PAR NANOINDENTATION

Préparé par

DUANJIE LIPhD

INTRODUCTION

En tant que matériaux viscoélastiques, les polymères subissent souvent une déformation en fonction du temps sous une certaine charge appliquée, également appelée fluage. Le fluage devient un facteur critique lorsque les pièces polymères sont conçues pour être exposées à une contrainte continue, comme les composants structurels, les joints et les raccords, et les récipients à pression hydrostatique.

IMPORTANCE DE LA MESURE DU FLUAGE POUR POLYMÈRES

La nature inhérente de la viscoélasticité joue un rôle essentiel dans les performances des polymères et influence directement leur fiabilité de service. Les conditions environnementales telles que la charge et la température affectent le comportement au fluage des polymères. Les ruptures de fluage se produisent souvent en raison du manque de vigilance quant au comportement au fluage en fonction du temps des matériaux polymères utilisés dans des conditions de service spécifiques. De ce fait, il est important de développer un test fiable et quantitatif des comportements mécaniques viscoélastiques des polymères. Le module Nano du NANOVEA Testeurs mécaniques applique la charge avec un piézo de haute précision et mesure directement l'évolution de la force et du déplacement in situ. La combinaison de précision et de répétabilité en fait un outil idéal pour la mesure du fluage.

OBJECTIF DE MESURE

Dans cette application, nous avons montré que
le testeur mécanique NANOVEA PB1000
en Nanoindentation est un outil idéal
pour l'étude des propriétés mécaniques viscoélastiques
y compris la dureté, le module de Young
et le fluage des matériaux polymères.

NANOVEA

PB1000

CONDITIONS DE TEST

Huit échantillons de polymères différents ont été testés par la technique de nanoindentation à l'aide du testeur mécanique NANOVEA PB1000. Comme la charge a augmenté linéairement de 0 à 40 mN, la profondeur a progressivement augmenté pendant la phase de chargement. Le fluage a ensuite été mesuré par le changement de la profondeur d'indentation à la charge maximale de 40 mN pendant 30 s.

CHARGE MAXIMALE 40 mN

TAUX DE CHARGEMENT
80 mN/min

TAUX DE DÉCHARGEMENT 80 mN/min

TEMPS DE CRÈPE
30 s

INDENTER TYPE

Berkovich

Diamant

*configuration de l'essai de nanoindentation

RÉSULTATS ET DISCUSSION

Le graphique de la charge en fonction du déplacement des essais de nanoindentation sur différents échantillons de polymère est illustré à la FIGURE 1 et les courbes de fluage sont comparées à la FIGURE 2. La dureté et le module de Young sont résumés dans la FIGURE 3, et la profondeur de fluage est illustrée dans la FIGURE 4. À titre d'exemple dans la FIGURE 1, les parties AB, BC et CD de la courbe charge-déplacement pour la mesure de nanoindentation représentent respectivement les processus de chargement, de fluage et de déchargement.

Le Delrin et le PVC présentent la dureté la plus élevée de 0,23 et 0,22 GPa, respectivement, tandis que le LDPE possède la dureté la plus faible de 0,026 GPa parmi les polymères testés. En général, les polymères les plus durs présentent des taux de fluage plus faibles. Le LDPE le plus souple présente la profondeur de fluage la plus élevée, soit 798 nm, contre ~120 nm pour le Delrin.

Les propriétés de fluage des polymères sont critiques lorsqu'ils sont utilisés dans des pièces structurelles. En mesurant précisément la dureté et le fluage des polymères, il est possible de mieux comprendre la fiabilité des polymères en fonction du temps. Le fluage, c'est-à-dire la variation du déplacement à une charge donnée, peut également être mesuré à différentes températures et humidités élevées à l'aide du testeur mécanique NANOVEA PB1000, ce qui constitue un outil idéal pour mesurer de manière quantitative et fiable les comportements mécaniques viscoélastiques des polymères.
dans l'environnement d'application réaliste simulé.

FIGURE 1: Les courbes de charge en fonction du déplacement
de différents polymères.

FIGURE 2 : Fluage à une charge maximale de 40 mN pendant 30 s.

FIGURE 3 : Dureté et module de Young des polymères.

FIGURE 4 : Profondeur de fluage des polymères.

CONCLUSION

Dans cette étude, nous avons montré que le NANOVEA PB1000
Le testeur mécanique mesure les propriétés mécaniques de différents polymères, notamment la dureté, le module de Young et le fluage. Ces propriétés mécaniques sont essentielles pour sélectionner le matériau polymère approprié pour les applications prévues. Le Derlin et le PVC présentent la dureté la plus élevée, respectivement de 0,23 et 0,22 GPa, tandis que le LDPE possède la dureté la plus faible, de 0,026 GPa, parmi les polymères testés. En général, les polymères les plus durs présentent des taux de fluage plus faibles. Le LDPE le plus souple présente la profondeur de fluage la plus élevée de 798 nm, contre ~120 nm pour le Derlin.

Les testeurs mécaniques NANOVEA offrent des modules Nano et Micro multifonctions inégalés sur une seule plate-forme. Les modules Nano et Micro comprennent tous deux un testeur de rayures, un testeur de dureté et un testeur d'usure, offrant ainsi la gamme de tests la plus large et la plus conviviale disponible sur un seul système.

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Nanoindentation métallique multiphase

Étude métallurgique d'un matériau multiphasé à l'aide de la nanoindentation

ÉTUDE MÉTALLURGIQUE
D'UN MATÉRIAU MULTIPHASE

EN UTILISANT LA NANOINDENTATION

Préparé par

DUANJIE LIPhD & ALEXIS CELESTIN

INTRODUCTION

La métallurgie étudie le comportement physique et chimique des éléments métalliques, ainsi que de leurs composés intermétalliques et alliages. Les métaux qui subissent des processus de travail, tels que le moulage, le forgeage, le laminage, l'extrusion et l'usinage, subissent des changements dans leurs phases, leur microstructure et leur texture. Ces changements se traduisent par des propriétés physiques variées, notamment la dureté, la résistance, la ténacité, la ductilité et la résistance à l'usure du matériau. La métallographie est souvent appliquée pour connaître le mécanisme de formation de ces phases, microstructures et textures spécifiques.

L'IMPORTANCE DES PROPRIÉTÉS MÉCANIQUES LOCALES POUR LA CONCEPTION DES MATÉRIAUX

Les matériaux avancés présentent souvent des phases multiples dans une microstructure et une texture particulières afin d'obtenir les propriétés mécaniques souhaitées pour les applications cibles dans la pratique industrielle. Nanoindentation est largement utilisé pour mesurer le comportement mécanique des matériaux à petite échelle. ^{i ii}.Cependant, il est difficile et long de sélectionner avec précision des emplacements spécifiques pour l'indentation dans une très petite zone. Une procédure fiable et conviviale de test de nanoindentation est demandée pour déterminer les propriétés mécaniques des différentes phases d'un matériau avec une grande précision et des mesures rapides.

OBJECTIF DE MESURE

Dans cette application, nous mesurons les propriétés mécaniques d'un échantillon métallurgique multiphase à l'aide du testeur mécanique le plus puissant : le NANOVEA PB1000.

Ici, nous démontrons la capacité du PB1000 à effectuer des mesures de nanoindentation sur plusieurs phases (grains) d'une grande surface d'échantillon avec une grande précision et une grande convivialité en utilisant notre contrôleur de position avancé.

NANOVEA

PB1000

CONDITIONS DE TEST

Dans cette étude, nous utilisons un échantillon métallurgique à phases multiples. L'échantillon a été poli jusqu'à obtenir une surface de type miroir avant les tests d'indentation. Quatre phases ont été identifiées dans l'échantillon, à savoir PHASE 1, PHASE 2, PHASE 3 et PHASE 4 comme indiqué ci-dessous.

L'Advanced Stage Controller est un outil de navigation intuitif qui ajuste automatiquement la vitesse de déplacement de l'échantillon sous le microscope optique en fonction de la position de la souris. Plus la souris est éloignée du centre du champ de vision, plus la platine se déplace rapidement dans la direction de la souris. Cela fournit une méthode conviviale pour naviguer sur toute la surface de l'échantillon et sélectionner l'emplacement prévu pour les tests mécaniques. Les coordonnées des emplacements d'essai sont enregistrées et numérotées, ainsi que leurs configurations d'essai individuelles, telles que les charges, le taux de chargement/déchargement, le nombre d'essais dans une carte, etc. Une telle procédure d'essai permet aux utilisateurs d'examiner une grande surface d'échantillon pour trouver des zones d'intérêt spécifiques pour l'indentation et d'effectuer tous les essais d'indentation à différents endroits en une seule fois, ce qui en fait un outil idéal pour les essais mécaniques d'échantillons métallurgiques à phases multiples.

Dans cette étude, nous avons localisé les phases spécifiques de l'échantillon sous le microscope optique intégré au NANOVEA Testeur mécanique tel que numéroté sur FIGURE 1. Les coordonnées des emplacements sélectionnés sont enregistrées, puis des essais automatiques de nanoindentation sont réalisés en une seule fois dans les conditions d'essai résumées ci-dessous

FIGURE 1: SÉLECTION DE L'EMPLACEMENT DE LA NANOINDENTATION SUR LA SURFACE DE L'ÉCHANTILLON.

RÉSULTATS : NANOINDENTATIONS SUR DIFFÉRENTES PHASES

Les indentations aux différentes phases de l'échantillon sont affichées ci-dessous. Nous démontrons que l'excellent contrôle de la position de la platine de l'échantillon dans la NANOVEA Testeur Méchanique permet aux utilisateurs de localiser précisément l'emplacement cible pour les tests de propriétés mécaniques.

Les courbes charge-déplacement représentatives des indentations sont présentées dans le tableau suivant FIGURE 2et la dureté et le module d'Young correspondants calculés selon la méthode d'Oliver et Pharrⁱⁱⁱ sont résumés et comparés dans FIGURE 3.

Le site PHASES 1, 2, 3 et 4 possèdent une dureté moyenne de ~5,4, 19,6, 16,2 et 7,2 GPa, respectivement. La taille relativement petite pour PHASES 2 contribue à son écart type plus élevé des valeurs de dureté et de module d'Young.

FIGURE 2 : COURBES CHARGE-DÉPLACEMENT
DES NANOINDENTATIONS

FIGURE 3 : DURETÉ ET MODULE DE YOUNG DE DIFFÉRENTES PHASES

CONCLUSION

Dans cette étude, nous avons présenté le testeur mécanique NANOVEA effectuant des mesures de nanoindentation sur plusieurs phases d'un grand échantillon métallurgique à l'aide du contrôleur de scène avancé. Le contrôle précis de la position permet aux utilisateurs de naviguer facilement sur une grande surface d'échantillon et de sélectionner directement les zones d'intérêt pour les mesures de nanoindentation.

Les coordonnées de l'emplacement de toutes les indentations sont sauvegardées et ensuite exécutées consécutivement. Une telle procédure d'essai rend la mesure des propriétés mécaniques locales à petite échelle, par exemple l'échantillon métallique multiphase de cette étude, nettement moins longue et plus conviviale. Les PHASES dures 2, 3 et 4 améliorent les propriétés mécaniques de l'échantillon, possédant une dureté moyenne de ~19,6, 16,2 et 7,2 GPa, respectivement, par rapport à ~5,4 GPa pour la PHASE 1.

Les modules Nano, Micro ou Macro de l'instrument comprennent tous des modes de test d'indentation, de rayure et d'usure conformes aux normes ISO et ASTM, offrant ainsi la gamme de tests la plus large et la plus conviviale disponible dans un seul système. La gamme inégalée de NANOVEA est une solution idéale pour déterminer la gamme complète des propriétés mécaniques des revêtements, films et substrats minces ou épais, mous ou durs, y compris la dureté, le module de Young, la ténacité à la rupture, l'adhésion, la résistance à l'usure et bien d'autres encore.

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

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