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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Mesure de la profondeur de la bande de roulement des pneus et de la rugosité de la surface en caoutchouc | Profilomètre optique 3D

MESURE DE LA PROFONDEUR DE LA BANDE DE ROULEMENT ET DE LA RUGOSITÉ DE LA SURFACE DU CAOUTCHOUC à l'aide d'un profileur optique 3D

Préparé par

ANDREA HERRMANN

Alors que la profondeur des sculptures des pneus est généralement mesurée à l'aide de jauges manuelles pour la sécurité des consommateurs, la R&D industrielle et les fabricants de pneus ont besoin de méthodes plus avancées. Cette note d'application montre comment un profilomètre optique 3D permet de mesurer avec précision la profondeur des sculptures des pneus, de cartographier leur contour et d'analyser la rugosité de la surface du caoutchouc pour des études de haute précision.

INTRODUCTION

Comme tous les matériaux, le coefficient de frottement du caoutchouc est en partie lié à la rugosité de sa surface. Dans les pneus de véhicules, la profondeur de la bande de roulement et la rugosité de la surface ont une incidence directe sur la traction, le freinage et l'usure. Dans cette étude, la rugosité et les dimensions de la surface du caoutchouc et de la bande de roulement sont analysées à l'aide d'un profilomètre 3D sans contact.

L'ÉCHANTILLON

IMPORTANCE DE LA PROFILOMÉTRIE 3D SANS CONTACT POUR LA MESURE DE LA PROFONDEUR DE LA BANDE DE ROULEMENT DES PNEUS

Contrairement à d'autres techniques telles que les sondes tactiles ou l'interférométrie, Profilomètres optiques 3D sans contact de NANOVEA utilisez le chromatisme axial pour mesurer presque toutes les surfaces.

Le système Profiler est ouvert et permet d'analyser des échantillons de tailles très variées sans aucune préparation préalable. En un seul balayage, les utilisateurs peuvent mesurer à la fois la profondeur globale de la bande de roulement et la rugosité micro-superficielle, sans aucune influence de la réflectivité ou de l'absorption de l'échantillon. De plus, ces profileurs ont la capacité avancée de mesurer des angles de surface élevés sans nécessiter de manipulation logicielle des résultats.

Cette polyvalence rend les profileurs NANOVEA idéaux tant pour les essais d'usure des bandes de roulement des pneus que pour la recherche avancée sur les matériaux en caoutchouc.

OBJECTIF DE MESURE

Dans cette application, nous présentons le NANOVEA ST400, un profileur optique 3D sans contact qui mesure la profondeur de la bande de roulement, la géométrie du contour et la rugosité de la surface du caoutchouc. Une surface d'échantillon suffisamment grande pour représenter l'ensemble de la surface du pneu a été sélectionnée au hasard pour cette étude. Afin de quantifier les caractéristiques du caoutchouc, nous avons utilisé le logiciel d'analyse NANOVEA Ultra 3D pour mesurer les dimensions des rainures, la profondeur de la bande de roulement, la rugosité de la surface et la surface développée par rapport à la surface projetée.

NANOVEA ST400 Standard
Profilomètre optique 3D

ANALYSE : PNEU TREAD

La vue 3D et la vue en fausses couleurs des bandes de roulement montrent l'intérêt de cartographier les conceptions de surface en 3D. Cela fournit aux ingénieurs un outil simple pour évaluer l'uniformité de la profondeur des bandes de roulement, la conception des rainures et l'usure sous plusieurs angles. L'analyse avancée des contours et l'analyse de la hauteur des marches sont deux outils extrêmement puissants pour mesurer avec précision les dimensions des formes et la conception des échantillons.

ANALYSE AVANCÉE DES CONTOURS

ANALYSE DE LA HAUTEUR DE MARCHE

ANALYSE : SURFACE EN CAOUTCHOUC

La surface en caoutchouc peut être quantifiée de nombreuses façons à l'aide d'outils logiciels intégrés, comme le montrent les figures suivantes. On constate que la rugosité de surface est de 2,688 μm et que la surface développée par rapport à la surface projetée est de 9,410 mm² contre 8,997 mm². Ces résultats démontrent comment la rugosité de la surface en caoutchouc affecte la traction et les performances, permettant ainsi de comparer différentes formulations de caoutchouc ou différents niveaux d'usure de la surface.

CONCLUSION

Dans cette application, nous avons montré comment le profileur optique sans contact NANOVEA 3D peut caractériser avec précision la profondeur de la bande de roulement, les dimensions du contour et la rugosité de la surface en caoutchouc. Les données indiquent une rugosité de surface de 2,69 µm et une surface développée de 9,41 mm² avec une surface projetée de 9 mm². Diverses dimensions et rayons des bandes de roulement en caoutchouc ont également été mesurés. Ces informations peuvent être utilisées par les fabricants de pneus, les chercheurs automobiles et les ingénieurs en matériaux pour comparer les conceptions de bandes de roulement, les formulations de caoutchouc ou les pneus présentant différents degrés d'usure. Les données présentées ici ne représentent qu'une partie des calculs disponibles dans le logiciel d'analyse Ultra 3D.

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Mesure de l'usure in situ à haute température

MESURE DE L'USURE IN SITU À HAUTE TEMPÉRATURE

EN UTILISANT UN TRIBOMÈTRE

Préparé par

Duanjie Li, PhD

INTRODUCTION

Le transformateur différentiel variable linéaire (LVDT) est un type de transformateur électrique robuste utilisé pour mesurer un déplacement linéaire. Il a été largement utilisé dans une variété d'applications industrielles, y compris les turbines de puissance, l'hydraulique, l'automatisation, les avions, les satellites, les réacteurs nucléaires, et bien d'autres.

Dans cette étude, nous présentons les modules complémentaires LVDT et haute température du NANOVEA. Tribomètre qui permettent de mesurer le changement de profondeur de la trace d'usure de l'échantillon testé pendant le processus d'usure à des températures élevées. Cela 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 matériaux destinés aux applications à haute température.

OBJECTIF DE MESURE

Dans cette étude, nous souhaitons mettre en évidence la capacité du tribomètre NANOVEA T50 à surveiller in situ l'évolution du processus d'usure des matériaux à des températures élevées.

Le processus d'usure de la céramique de silicate d'alumine à différentes températures est simulé de manière contrôlée et surveillée.

NANOVEA

T50

PROCÉDURE DE TEST

Le comportement tribologique, par exemple le coefficient de friction (COF) et la résistance à l'usure des plaques en céramique de silicate d'alumine, a été évalué par le tribomètre NANOVEA. La plaque en céramique de silicate d'alumine a été chauffée par un four de la température ambiante, RT, à des températures élevées (400°C et 800°C), suivies par des tests d'usure à ces températures.

À titre de comparaison, les essais d'usure ont été réalisés lorsque l'échantillon a refroidi de 800°C à 400°C, puis à la température ambiante. Une bille en AI2O3 (6 mm de diamètre, grade 100) a été appliquée contre les échantillons testés. Le COF, la profondeur d'usure et la température ont été contrôlés in situ.

PARAMÈTRES D'ESSAI

de la mesure de l'épingle sur le disque

Le taux d'usure, K, a été évalué à l'aide de la formule K=V/(Fxs)=A/(Fxn), où V est le volume usé, F est la charge normale, s est la distance de glissement, A est la surface de section transversale de la piste d'usure et n est le nombre de tours. La rugosité de surface et les profils des traces d'usure ont été évalués par le profileur optique NANOVEA, et la morphologie des traces d'usure a été examinée à l'aide d'un microscope optique.

RÉSULTATS ET DISCUSSION

Le COF et la profondeur de la trace d'usure enregistrés in situ sont représentés respectivement sur la FIGURE 1 et la FIGURE 2. Sur la FIGURE 1, "-I" indique le test effectué lorsque la température a été augmentée de la température ambiante à une température élevée. "-D" représente la température diminuée à partir d'une température plus élevée de 800°C.

Comme le montre la FIGURE 1, les échantillons testés à différentes températures présentent un COF comparable de ~0,6 tout au long des mesures. Un COF aussi élevé conduit à un processus d'usure accéléré qui crée une quantité importante de débris. La profondeur de la trace d'usure a été contrôlée pendant les essais d'usure par LVDT, comme le montre la FIGURE 2. Les essais réalisés à température ambiante avant le chauffage de l'échantillon et après le refroidissement de l'échantillon montrent que la plaque céramique en silicate d'alumine présente un processus d'usure progressif à RT, la profondeur de la trace d'usure augmente progressivement tout au long de l'essai d'usure pour atteindre ~170 et ~150 μm, respectivement.

En comparaison, les essais d'usure à des températures élevées (400°C et 800°C) présentent un comportement d'usure différent - la profondeur de la trace d'usure augmente rapidement au début du processus d'usure, et elle ralentit au fur et à mesure que l'essai se poursuit. Les profondeurs des traces d'usure pour les essais réalisés aux températures 400°C-I, 800°C et 400°C-D sont respectivement de ~140, ~350 et ~210 μm.

FIGURE 1. Coefficient de frottement pendant les essais "pin-on-disk" à différentes températures

FIGURE 2. Évolution de la profondeur des traces d'usure de la plaque céramique en silicate d'alumine à différentes températures

Le taux d'usure moyen et la profondeur des traces d'usure des plaques céramiques en silicate d'alumine à différentes températures ont été mesurés à l'aide de la méthode suivante NANOVEA Optical Profiler comme résumé dans FIGURE 3. La profondeur de la trace d'usure est en accord avec celle enregistrée par LVDT. La plaque en céramique de silicate d'alumine présente un taux d'usure sensiblement accru de ~0,5 mm3/Nm à 800°C, par rapport aux taux d'usure inférieurs à 0,2 mm3/Nm à des températures inférieures à 400°C. La plaque en céramique de silicate d'alumine ne présente pas de propriétés mécaniques/tribologiques significativement améliorées après le court processus de chauffage, possédant un taux d'usure comparable avant et après le traitement thermique.

La céramique de silicate d'alumine, également connue sous le nom de lave et de pierre des merveilles, est molle et usinable avant le traitement thermique. Un long processus de cuisson à des températures élevées (jusqu'à 1093°C) peut considérablement améliorer sa dureté et sa résistance, après quoi un usinage au diamant est nécessaire. Cette caractéristique unique fait de la céramique de silicate d'alumine un matériau idéal pour la sculpture.

Dans cette étude, nous montrons que le traitement thermique à une température inférieure à celle requise pour la cuisson (800°C vs 1093°C) dans un temps court n'améliore pas les caractéristiques mécaniques et tribologiques de la céramique de silicate d'alumine, faisant de la cuisson appropriée un processus essentiel pour ce matériau avant son utilisation dans les applications réelles.

FIGURE 3. Taux d'usure et profondeur des traces d'usure de l'échantillon à différentes températures

CONCLUSION

Sur la base de l'analyse tribologique complète de cette étude, nous montrons que la plaque en céramique de silicate d'alumine présente un coefficient de frottement comparable à différentes températures, de la température ambiante à 800°C. Cependant, elle présente un taux d'usure sensiblement accru de ~0,5 mm3/Nm à 800°C, ce qui démontre l'importance d'un traitement thermique approprié de cette céramique.

Les tribomètres NANOVEA sont capables d'évaluer les propriétés tribologiques des matériaux pour des applications à des températures élevées allant jusqu'à 1000°C. La fonction de mesure in situ du COF et de la profondeur des traces d'usure 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 matériaux utilisés à des températures élevées.

Les tribomètres NANOVEA 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. La gamme inégalée de NANOVEA est une solution idéale pour déterminer la gamme complète des propriétés tribologiques des revêtements, films et substrats minces ou épais, souples ou durs.

Des profileurs 3D sans contact sont disponibles en option pour l'imagerie 3D haute résolution des traces d'usure en plus d'autres mesures de surface telles que la rugosité.

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en utilisant le PROFILER OPTIQUE 3D

Préparé par

Andrea Novitsky

INTRODUCTION

La morphologie, les motifs et d'autres caractéristiques d'une écaille de poisson sont étudiés à l'aide du NANOVEA Profileur optique 3D sans contact. La nature délicate de cet échantillon biologique ainsi que ses rainures très petites et fortement inclinées soulignent également l'importance de la technique sans contact du profileur. Les rainures de l'échelle sont appelées cercles et peuvent être étudiées pour estimer l'âge du poisson, et même distinguer des périodes de taux de croissance différents, semblables aux cernes d'un arbre. Il s’agit d’informations très importantes pour la gestion des populations de poissons sauvages afin de prévenir la surpêche.

Importance de la profilométrie 3D sans contact pour les études biologiques

Contrairement à d'autres techniques telles que les palpeurs tactiles ou l'interférométrie, le profileur optique 3D sans contact, qui utilise le chromatisme axial, peut mesurer presque toutes les surfaces. La taille des échantillons peut varier considérablement grâce à la mise en scène ouverte et aucune préparation d'échantillon n'est nécessaire. Les caractéristiques allant du nanomètre au macromètre sont obtenues pendant la mesure du profil de la surface, sans aucune influence de la réflectivité ou de l'absorption de l'échantillon. L'instrument offre une capacité avancée de mesurer des angles de surface élevés sans manipulation logicielle des résultats. Tout matériau peut être facilement mesuré, qu'il soit transparent, opaque, spéculaire, diffus, poli ou rugueux. La technique offre une capacité idéale, large et conviviale pour maximiser les études de surface ainsi que les avantages des capacités combinées 2D et 3D.

OBJECTIF DE MESURE

Dans cette application, nous présentons NANOVEA ST400, un profileur 3D sans contact doté d'un capteur à grande vitesse, qui permet une analyse complète de la surface d'une échelle.

L'instrument a été utilisé pour scanner l'ensemble de l'échantillon, ainsi qu'un scan à plus haute résolution de la zone centrale. La rugosité de la surface extérieure et intérieure de l'écaille a également été mesurée à des fins de comparaison.

NANOVEA

ST400

Caractérisation de surface 3D et 2D de l'écaille extérieure

La vue 3D et la vue en fausses couleurs de l'écaille extérieure montrent une structure complexe semblable à une empreinte digitale ou aux anneaux d'un arbre. Les utilisateurs disposent ainsi d'un outil simple pour observer directement la caractérisation de la surface de l'écaille sous différents angles. Diverses autres mesures de l'écaille extérieure sont présentées, ainsi que la comparaison des côtés extérieur et intérieur de l'écaille.

COMPARAISON DE LA RUGOSITÉ DE LA SURFACE

CONCLUSION

Dans cette application, nous avons montré comment le profileur optique sans contact NANOVEA 3D peut caractériser une écaille de poisson de diverses manières.

Les surfaces externe et interne de l'écaille peuvent être facilement distinguées par la seule rugosité de surface, avec des valeurs de rugosité de 15,92μm et 1,56μm respectivement. En outre, des informations précises et exactes peuvent être obtenues sur une écaille de poisson en analysant les rainures, ou circuli, sur la surface externe de l'écaille. La distance des bandes de circuli par rapport au foyer central a été mesurée, et la hauteur des circuli s'est également avérée être d'environ 58μm de haut en moyenne.

Les données présentées ici ne représentent qu'une partie des calculs disponibles dans le logiciel d'analyse.

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Balayage de fréquence d'une analyse mécanique dynamique (DMA) sur un polymère

BALAYAGE DE FRÉQUENCE DMA

SUR LE POLYMÈRE EN UTILISANT LA NANOINDENTATION

Préparé par

Duanjie Li, PhD

INTRODUCTION

IMPORTANCE DE L'ANALYSE MÉCANIQUE DYNAMIQUE ESSAI DE BALAYAGE DE FRÉQUENCE

La fréquence variable des contraintes entraîne souvent des variations du module complexe, qui constitue une propriété mécanique critique des polymères. Par exemple, les pneumatiques sont soumis à de fortes déformations cycliques lorsque les véhicules circulent sur la route. La fréquence de la pression et de la déformation change à mesure que la voiture accélère vers des vitesses plus élevées. Un tel changement peut entraîner une variation des propriétés viscoélastiques du pneu, qui sont des facteurs importants dans les performances de la voiture. Un test fiable et reproductible du comportement viscoélastique des polymères à différentes fréquences est nécessaire. Le module Nano du NANOVEA Testeur Méchanique génère une charge sinusoïdale par un actionneur piézo-électrique de haute précision et mesure directement l'évolution de la force et du déplacement à l'aide d'une cellule de charge et d'un condensateur ultrasensibles. La combinaison d'une configuration facile et d'une grande précision en fait un outil idéal pour le balayage de fréquence d'analyse mécanique dynamique.

Les matériaux viscoélastiques présentent à la fois des caractéristiques visqueuses et élastiques lorsqu'ils subissent une déformation. Les longues chaînes moléculaires des matériaux polymères contribuent à leurs propriétés viscoélastiques uniques, c'est-à-dire une combinaison des caractéristiques des solides élastiques et des fluides newtoniens. La contrainte, la température, la fréquence et d'autres facteurs jouent tous un rôle dans les propriétés viscoélastiques. L'analyse mécanique dynamique, également appelée DMA, étudie le comportement viscoélastique et le module complexe du matériau en appliquant une contrainte sinusoïdale et en mesurant la variation de la déformation.

OBJECTIF DE MESURE

Dans cette application, nous étudions les propriétés viscoélastiques d'un échantillon de pneu poli à différentes fréquences DMA à l'aide du testeur mécanique le plus puissant, NANOVEA PB1000, dans Nanoindentation mode.

NANOVEA

PB1000

CONDITIONS DE TEST

FREQUENCES (Hz) :

0.1, 1.5, 10, 20

TEMPS DE REPTATION À CHAQUE FRÉQUENCE.

50 secondes

TENSION D'OSCILLATION

0.1 V

TENSION DE CHARGE

1 V

type de pénétrateur

Sphérique

Diamant | 100 μm

RÉSULTATS ET DISCUSSION

Le balayage de fréquence de l'analyse mécanique dynamique à la charge maximale permet une mesure rapide et simple des caractéristiques viscoélastiques de l'échantillon à différentes fréquences de chargement en un seul essai. Le déphasage et les amplitudes des ondes de charge et de déplacement à différentes fréquences peuvent être utilisés pour calculer une variété de propriétés viscoélastiques fondamentales du matériau, notamment Module de stockage, Module de perte et Tan (δ) comme le montrent les graphiques suivants.

Les fréquences de 1, 5, 10 et 20 Hz dans cette étude, correspondent à des vitesses d'environ 7, 33, 67 et 134 km par heure. Lorsque la fréquence d'essai augmente de 0,1 à 20 Hz, on peut observer que le module de stockage et le module de perte augmentent progressivement. Le Tan (δ) diminue de ~0,27 à 0,18 lorsque la fréquence augmente de 0,1 à 1 Hz, puis il augmente progressivement jusqu'à ~0,55 lorsque la fréquence de 20 Hz est atteinte. Le balayage de fréquence de la DMA permet de mesurer les tendances du module de stockage, du module de perte et du Tan (δ), qui fournissent des informations sur le mouvement des monomères et la réticulation ainsi que sur la transition vitreuse des polymères. En augmentant la température à l'aide d'une plaque chauffante pendant le balayage de fréquence, on peut obtenir une image plus complète de la nature du mouvement moléculaire dans différentes conditions d'essai.

ÉVOLUTION DE LA CHARGE ET DE LA PROFONDEUR

DU BALAYAGE COMPLET DE LA FRÉQUENCE DU DMA

Charge et profondeur en fonction du temps à différentes fréquences

MODULE DE STOCKAGE

À DIFFÉRENTES FRÉQUENCES

MODULE DE PERTE

À DIFFÉRENTES FRÉQUENCES

TAN (δ)

À DIFFÉRENTES FRÉQUENCES

CONCLUSION

Dans cette étude, nous avons montré la capacité du testeur mécanique NANOVEA à effectuer le test de balayage de fréquence de l'analyse mécanique dynamique sur un échantillon de pneu. Ce test mesure les propriétés viscoélastiques du pneu à différentes fréquences de contrainte. Le pneu montre une augmentation du module de stockage et de perte lorsque la fréquence de chargement augmente de 0,1 à 20 Hz. Il fournit des informations utiles sur les comportements viscoélastiques du pneu fonctionnant à différentes vitesses, ce qui est essentiel pour améliorer les performances des pneus pour des trajets plus doux et plus sûrs. Le test de balayage de fréquence de la DMA peut être effectué à différentes températures pour imiter l'environnement de travail réaliste du pneu sous différentes conditions météorologiques.

Dans le module Nano du testeur mécanique NANOVEA, l'application de la charge avec le piézo rapide est indépendante de la mesure de la charge effectuée par une jauge de contrainte séparée à haute sensibilité. Cela présente un avantage certain lors de l'analyse mécanique dynamique puisque la phase entre la profondeur et la charge est mesurée directement à partir des données recueillies par le capteur. Le calcul de la phase est direct et ne nécessite pas de modélisation mathématique qui ajoute de l'imprécision à la perte résultante et au module de stockage. Ce n'est pas le cas pour un système à bobine.

En conclusion, la DMA mesure le module de perte et de stockage, le module complexe et le Tan (δ) en fonction de la profondeur de contact, du temps et de la fréquence. Un étage de chauffage optionnel permet de déterminer la température de transition de phase des matériaux pendant la DMA. Les testeurs mécaniques NANOVEA offrent des modules multifonctions Nano et Micro inégalés sur une seule plateforme. Les modules Nano et Micro comprennent tous deux des modes de test de rayure, de dureté et d'usure, offrant ainsi la gamme de tests la plus large et la plus conviviale disponible sur un seul module.

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Topographie de la lentille de Fresnel

TOPOGRAPHIE DE LA LENTILLE DE FRESNELUTILISATION 3D PROFILOMÈTRE OPTIQUE SANS CONTACT

Préparé par

Duanjie Li & Benjamin Mell

INTRODUCTION

Une lentille est un dispositif optique à symétrie axiale qui transmet et réfracte la lumière. Une lentille simple est constituée d'un seul composant optique permettant de faire converger ou diverger la lumière. Même si les surfaces sphériques ne sont pas la forme idéale pour fabriquer une lentille, elles sont souvent utilisées comme la forme la plus simple à laquelle le verre peut être meulé et poli.

Une lentille de Fresnel est constituée d'une série d'anneaux concentriques, qui sont les parties fines d'une lentille simple dont la largeur ne dépasse pas quelques millièmes de pouce. Les lentilles de Fresnel ont une grande ouverture et une courte distance focale, et leur conception compacte réduit le poids et le volume des matériaux nécessaires, par rapport aux lentilles classiques ayant les mêmes propriétés optiques. Une très faible quantité de lumière est perdue par absorption en raison de la géométrie fine de la lentille de Fresnel.

IMPORTANCE DE LA PROFILOMETRIE 3D SANS CONTACT POUR L'INSPECTION DES LENTILLES DE FRESNEL

Les lentilles de Fresnel sont largement utilisées dans l'industrie automobile, les phares, l'énergie solaire et les systèmes d'atterrissage optiques pour les porte-avions. Le moulage ou l’estampage des lentilles à partir de plastiques transparents peut rendre leur production rentable. La qualité de service des lentilles de Fresnel dépend principalement de la précision et de la qualité de surface de leur anneau concentrique. Contrairement à une technique de palpage, NANOVEA Profilers optiques effectuer des mesures de surface 3D sans toucher la surface, évitant ainsi le risque de créer de nouvelles rayures. La technique Chromatic Light est idéale pour numériser avec précision des formes complexes, telles que des lentilles de géométries différentes.

SCHÉMA DE LA LENTILLE DE FRESNEL

Les lentilles de Fresnel en plastique transparent peuvent être fabriquées par moulage ou estampage. Un contrôle de qualité précis et efficace est essentiel pour révéler les moules ou les timbres de production défectueux. En mesurant la hauteur et le pas des anneaux concentriques, les variations de production peuvent être détectées en comparant les valeurs mesurées aux valeurs de spécification données par le fabricant de la lentille.

La mesure précise du profil de la lentille garantit que les moules ou les étampes sont correctement usinés pour répondre aux spécifications du fabricant. En outre, le tampon peut s'user progressivement avec le temps, ce qui lui fait perdre sa forme initiale. Une déviation constante par rapport aux spécifications du fabricant de la lentille est une indication positive que le moule doit être remplacé.

OBJECTIF DE MESURE

Dans cette application, nous présentons le NANOVEA ST400, un profileur 3D sans contact équipé d'un capteur haute vitesse, qui permet une analyse complète du profil 3D d'un composant optique de forme complexe. Afin de démontrer les capacités remarquables de notre technologie Chromatic Light, l'analyse des contours est effectuée sur une lentille de Fresnel.

NANOVEA ST400 Grande surface
Profilomètre optique 3D

La lentille de Fresnel en acrylique de 2,3" x 2,3" utilisée pour cette étude est composée de

une série d'anneaux concentriques et un profil de section transversale dentelé complexe.

Il a une longueur focale de 1,5", un diamètre de taille effective de 2,0",

125 rainures par pouce, et un indice de réfraction de 1,49.

Le scan NANOVEA ST400 de la lentille de Fresnel montre une augmentation notable de la hauteur des anneaux concentriques, en partant du centre vers l'extérieur.

2D FALSE COLOR

Représentation de la hauteur

VUE 3D

PROFILÉ EXTRAIT

PEAK & VALLEY

Analyse dimensionnelle du profil

CONCLUSION

Dans cette application, nous avons montré que le profileur optique sans contact NANOVEA ST400 mesure avec précision la topographie de la surface des lentilles de Fresnel.

Les dimensions de la hauteur et du pas peuvent être déterminées avec précision à partir du profil dentelé complexe à l'aide du logiciel d'analyse NANOVEA. Les utilisateurs peuvent contrôler efficacement la qualité des moules ou des timbres de production en comparant les dimensions de la hauteur et du pas de l'anneau des lentilles fabriquées à la spécification de l'anneau idéal.

Les données présentées ici ne représentent qu'une partie des calculs disponibles dans le logiciel d'analyse.

Les profileurs optiques NANOVEA mesurent pratiquement n'importe quelle surface dans des domaines tels que les semi-conducteurs, la microélectronique, le solaire, les fibres optiques, l'automobile, l'aérospatiale, la métallurgie, l'usinage, les revêtements, l'industrie pharmaceutique, le biomédical, l'environnement et bien d'autres encore.

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Inspection des pièces usinées

PIÈCES USINÉES

inspection à partir d'un modèle CAO à l'aide de la profilométrie 3D

Auteur :

Duanjie Li, PhD

Révisé par

Jocelyn Esparza

INTRODUCTION

La demande d'usinage de précision capable de créer des géométries complexes est en hausse dans un large éventail d'industries. Qu'il s'agisse de l'aérospatiale, de la médecine, de l'automobile, des engrenages, des machines ou des instruments de musique, l'innovation et l'évolution continues poussent les attentes et les normes de précision vers de nouveaux sommets. Par conséquent, nous constatons une augmentation de la demande de techniques et d'instruments d'inspection rigoureux afin de garantir la plus haute qualité des produits.

Importance de la profilométrie 3D sans contact pour le contrôle des pièces

La comparaison des propriétés des pièces usinées avec leurs modèles CAO est essentielle pour vérifier les tolérances et le respect des normes de production. L'inspection pendant la période de service est également cruciale, car l'usure des pièces peut nécessiter leur remplacement. L'identification en temps utile de tout écart par rapport aux spécifications requises permet d'éviter des réparations coûteuses, des arrêts de production et une réputation ternie.

Contrairement à une technique de palpage, le NANOVEA Profilers optiques effectuez des numérisations de surfaces 3D sans contact, permettant des mesures rapides, précises et non destructives de formes complexes avec la plus haute précision.

OBJECTIF DE MESURE

Dans cette application, nous présentons le NANOVEA HS2000, un profileur 3D sans contact doté d'un capteur à grande vitesse, qui effectue une inspection complète de la dimension, du rayon et de la rugosité de la surface.

Le tout en moins de 40 secondes.

NANOVEA

HS2000

MODÈLE DE CAO

Une mesure précise de la dimension et de la rugosité de surface de la pièce usinée est essentielle pour s'assurer qu'elle répond aux spécifications, tolérances et finitions de surface souhaitées. Le modèle 3D et le dessin technique de la pièce à inspecter sont présentés ci-dessous.

VUE EN FAUSSE COULEUR

La vue en fausses couleurs du modèle CAO et la surface de la pièce usinée scannée sont comparées dans la FIGURE 3. La variation de hauteur sur la surface de l'échantillon peut être observée par le changement de couleur.

Trois profils 2D sont extraits du balayage de la surface 3D, comme indiqué sur la FIGURE 2, afin de vérifier davantage la tolérance dimensionnelle de la pièce usinée.

COMPARAISON DES PROFILS ET RÉSULTATS

Les profils 1 à 3 sont illustrés aux FIGURES 3 à 5. Un contrôle quantitatif de la tolérance est effectué en comparant le profil mesuré avec le modèle CAO afin de respecter des normes de fabrication rigoureuses. Le profil 1 et le profil 2 mesurent le rayon de différentes zones sur la pièce usinée incurvée. La variation de hauteur du profil 2 est de 30 µm sur une longueur de 156 mm, ce qui répond à l'exigence de tolérance souhaitée de ±125 µm.

En définissant une valeur limite de tolérance, le logiciel d'analyse peut déterminer automatiquement la réussite ou l'échec de la pièce usinée.

La rugosité et l'uniformité de la surface de la pièce usinée jouent un rôle important pour garantir sa qualité et sa fonctionnalité. La FIGURE 6 est une surface extraite du scan parent de la pièce usinée qui a été utilisée pour quantifier l'état de surface. La rugosité moyenne de la surface (Sa) a été calculée à 2,31 µm.

CONCLUSION

Dans cette étude, nous avons montré comment le profileur sans contact NANOVEA HS2000, équipé d'un capteur à haute vitesse, effectue un contrôle complet des dimensions et de la rugosité de la surface.

Les scans haute résolution permettent aux utilisateurs de mesurer la morphologie détaillée et les caractéristiques de surface des pièces usinées et de les comparer quantitativement avec leurs modèles CAO. L'instrument est également capable de détecter tous les défauts, y compris les rayures et les fissures.

L'analyse avancée des contours est un outil inégalé qui permet non seulement de déterminer si les pièces usinées répondent aux spécifications définies, mais aussi d'évaluer les mécanismes de défaillance des composants usés.

Les données présentées ici ne représentent qu'une partie des calculs possibles avec le logiciel d'analyse avancé qui est fourni avec chaque profileur optique NANOVEA.

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Évaluation de l'usure par frottement

ÉVALUATION DE L'USURE PAR FROTTEMENT

Auteur :

Duanjie Li, PhD

Révisé par

Jocelyn Esparza

INTRODUCTION

L'usure par frottement est "un processus d'usure particulier qui se produit dans la zone de contact entre deux matériaux soumis à une charge et à un mouvement relatif minime sous l'effet de vibrations ou d'une autre force". Lorsque les machines sont en fonctionnement, des vibrations se produisent inévitablement dans les assemblages boulonnés ou goupillés, entre des composants qui ne sont pas destinés à bouger, ainsi que dans les accouplements et les roulements oscillants. L'amplitude de ce mouvement de glissement relatif est souvent de l'ordre du micromètre ou du millimètre. Ce mouvement répétitif de faible amplitude provoque une usure mécanique localisée importante et un transfert de matière à la surface, ce qui peut entraîner une réduction de l'efficacité de la production et des performances de la machine, voire l'endommager.

Importance de l'aspect quantitatif
Évaluation de l'usure par frottement

L'usure par frottement implique souvent plusieurs mécanismes d'usure complexes se produisant au niveau de la surface de contact, notamment l'abrasion à deux corps, l'adhérence et/ou l'usure par fatigue par frottement. Afin de comprendre le mécanisme d'usure par frottement et de sélectionner le meilleur matériau pour la protection contre l'usure par frottement, une évaluation fiable et quantitative de l'usure par frottement est nécessaire. Le comportement à l'usure par frottement est considérablement influencé par l'environnement de travail, tel que l'amplitude de déplacement, la charge normale, la corrosion, la température, l'humidité et la lubrification. Un polyvalent tribomètre capable de simuler différentes conditions de travail réalistes sera idéal pour l'évaluation de l'usure par fretting.

Steven R. Lampman, ASM Handbook : Volume 19 : Fatigue et Fracture
http://www.machinerylubrication.com/Read/693/fretting-wear

OBJECTIF DE MESURE

Dans cette étude, nous avons évalué les comportements d'usure par fretting d'un échantillon d'acier inoxydable SS304 à différentes vitesses d'oscillation et températures afin de mettre en évidence la capacité de l'acier inoxydable SS304 à résister à l'usure par fretting. NANOVÉA T50 Le tribomètre permet de simuler le processus d'usure par frottement du métal d'une manière bien contrôlée et surveillée.

NANOVEA

T50

CONDITIONS DE TEST

La résistance à l'usure par frottement d'un échantillon d'acier inoxydable SS304 a été évaluée par NANOVEA Tribomètre utilisant un module d'usure à mouvement alternatif linéaire. Une bille en WC (6 mm de diamètre) a été utilisée comme contre-matériau. La trace d'usure a été examinée à l'aide d'un NANOVEA Profileur 3D sans contact.

L'essai de fretting a été réalisé à température ambiante (RT) et à 200 °C pour étudier l'effet de la haute température sur la résistance à l'usure par frottement de l'échantillon de SS304. Une plaque chauffante sur le plateau de l'échantillon a chauffé l'échantillon pendant l'essai de fretting à 200 °C. Le taux d'usure, Ka été évaluée à l'aide de la formule K=V/(F×s)où V est le volume usé, F est la charge normale, et s est la distance de glissement.

Veuillez noter qu'une boule de WC comme contre-matériau a été utilisée comme exemple dans cette étude. Tout matériau solide de différentes formes et finitions de surface peut être appliqué à l'aide d'un dispositif de fixation personnalisé afin de simuler la situation d'application réelle.

PARAMÈTRES D'ESSAI

des mesures d'usure

RÉSULTATS ET DISCUSSION

Le profil 3D de la trace d'usure permet de déterminer directement et avec précision la perte de volume de la trace d'usure calculée par l'analyse de la trace d'usure. NANOVEA Logiciel d'analyse des montagnes.

L'essai d'usure alternatif à faible vitesse de 100 tr/min et à température ambiante présente une petite trace d'usure de 0,014 mm.³. En comparaison, l'essai d'usure par frottement effectué à une vitesse élevée de 1000 tr/min crée une trace d'usure nettement plus importante, d'un volume de 0,12 mm.³. Ce processus d'usure accéléré peut être attribué à la chaleur élevée et aux vibrations intenses générées pendant l'essai d'usure par frottement, qui favorisent l'oxydation des débris métalliques et entraînent une forte abrasion des trois corps. L'essai d'usure par frottement à une température élevée de 200 °C forme une plus grande trace d'usure de 0,27 mm³.

L'essai d'usure par frottement à 1000 tr/min présente un taux d'usure de 1,5×10^-4 mm³/Nm, soit près de neuf fois plus que lors d'un essai d'usure alternatif à 100 tr/min. L'essai d'usure par frottement à une température élevée accélère encore le taux d'usure à 3,4×10^-4 mm³/Nm. Une différence aussi importante dans la résistance à l'usure mesurée à différentes vitesses et températures montre l'importance de simuler correctement l'usure de contact pour des applications réalistes.

Le comportement de l'usure peut changer radicalement lorsque de petites modifications des conditions d'essai sont introduites dans le tribosystème. La polyvalence de la NANOVEA Le tribomètre permet de mesurer l'usure dans diverses conditions, notamment la température élevée, la lubrification, la corrosion et autres. Le contrôle précis de la vitesse et de la position par le moteur avancé permet aux utilisateurs d'effectuer le test d'usure à des vitesses allant de 0,001 à 5000 tr/min, ce qui en fait un outil idéal pour les laboratoires de recherche et d'essai pour étudier l'usure de contact dans différentes conditions tribologiques.

Traces d'usure par frottement dans diverses conditions

sous le microscope optique

PROFILS 3D DES PISTES D'USAGE

fournir plus d'informations sur la compréhension fondamentale
du mécanisme d'usure par frottement

RÉSUMÉ DES RÉSULTATS DES TRACES D'USURE

mesurée à l'aide de différents paramètres d'essai

CONCLUSION

Dans cette étude, nous avons mis en évidence la capacité de la NANOVEA Tribomètre pour évaluer le comportement de l'usure de contact d'un échantillon d'acier inoxydable SS304 de manière bien contrôlée et quantitative.

La vitesse et la température de l'essai jouent un rôle essentiel dans la résistance à l'usure par frottement des matériaux. La chaleur élevée et les vibrations intenses pendant l'usure par frottement ont entraîné une accélération substantielle de l'usure de l'échantillon de SS304, de près de neuf fois. La température élevée de 200 °C a encore augmenté le taux d'usure à 3,4×10^-4 mm³/Nm.

La polyvalence de la NANOVEA Le tribomètre est un outil idéal pour mesurer l'usure de contact dans diverses conditions, notamment la température élevée, la lubrification, la corrosion et autres.

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. Notre gamme inégalée est une solution idéale pour déterminer l'ensemble des propriétés tribologiques des revêtements, films et substrats minces ou épais, souples ou durs.

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Produits

Profilomètres

PS50 - Compact avancé

JR25 - Portable Compact

JR100 - Portable à grande vitesse

ST400 - Standard modulaire

ST500 - Modulaire grande surface

AFM Pro - Gamme étendue

Contrôle de qualité en ligne - rugosité, texture et finition

Nanoindeurs et testeurs de rayures

CB500 - Compacte avancée

PB1000 - Grande plate-forme avancée

Systèmes Sous Vides

Tribomètres

T50 - Banc de musculation

T200 - Pneumatique Compact

T2000 - Pneumatique à forte charge

T2000 MAX - High Torque Friction Tester

CR-8R - Épaisseur de la couche de cratérisation des billes

Systèmes Sous Vides

Services de laboratoire

Analyse de la profilométrie sans contact

Essais d'indentation et de rayure

Essais de frottement et d'usure

Topologie des surfaces et analyse chimique

Types de Solution

Profilométrie

Rugosité et finition

Géométrie et formes

Planéité et gauchissement

Volume et surface

Hauteur et épaisseur des marches

Texture et grain

Essais mécaniques

Indentation | Dureté et élasticité

Indentation | Contrainte et déformation

Indentation | Fluage et relaxation

Indentation | Perte et stockage

Indentation | Ténacité à la rupture

Indentation | Limite d'élasticité & Fatigue

Haute Température

Humidité

Le vide

Rayure | Défaillance adhesive

Rayure | Défaillance cohésive

Dureté par Rayure

Rayure | Usure multi-passages

Friction | Coefficient de friction

Basse températures

Liquide

Essais de tribologie

Linéaire

Rotation

Block on Ring

Ring on Ring

Test de rayure

Test de friction des freins

Haute Température

Basse températures

Corrosion

Liquide

Humidité et gaz inertes

Le vide

Applications

Par industrie

Bio et biotechnologie

Matériaux de construction

Produits de consommation

Dispositifs médicaux

Fabrication et usinage des métaux

Pétrole et mines

Optique

Peinture et revêtement

Pharmaceutique

Semi-conducteurs et électronique

Textiles, cuir et papier

Outillage et machines

Transport terrestre

Espace et aviation

Militaire et défense

ÉTUDE MÉTALLURGIQUE
D'UN MATÉRIAU MULTIPHASE