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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

EN SAVOIR PLUS

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

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 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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Profilomètre de rugosité du papier de verre

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

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

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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

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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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Profilométrie pour la mesure des limites des surfaces en polystyrène expansé

Mesure des limites de la surface

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

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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

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

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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

Tribomètre pneumatique compact 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 à l'aide de la nanoindentation

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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

nanoindentateur et testeur de rayures 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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Matériaux multiphasés par nanoindentation NANOVEA

Nanoindentation métallique multiphase

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

En savoir plus

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

nanoindentateur et testeur de rayures 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 des contours à l'aide d'un profilomètre par NANOVEA

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

Référence pour la mesure de la profondeur des rainures des pneus montrant plusieurs modèles de rainures de pneus de voiture

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.
Échantillon de pneu utilisé pour mesurer la profondeur de la bande de roulement et la rugosité de la surface en caoutchouc

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

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Profilomètre optique 3D Nanovea ST400 pour l'analyse de la profondeur des rainures et de la rugosité de surface des pneus
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.
Profilométrie optique 3D en fausses couleurs de la profondeur de la bande de roulement et de la géométrie des rainures des pneus
Vue de surface en 3D du profilomètre pour la mesure de la profondeur de la bande de roulement des pneus

ANALYSE AVANCÉE DES CONTOURS

Analyse avancée du contour des rainures de la bande de roulement des pneus à l'aide de la profilométrie 3D

ANALYSE DE LA HAUTEUR DE MARCHE

Analyse de la hauteur des marches pour mesurer la profondeur de la bande de roulement des pneus à l'aide d'un profileur optique 3D
Profil de hauteur de pas en 3D montrant la mesure de la profondeur de la bande de roulement d'un pneu
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.
Analyse de la rugosité de surface du caoutchouc à l'aide d'un profilomètre optique 3D
ISO 25178 Paramètres de hauteur de la surface en caoutchouc des pneumatiques
Vue en profilométrie optique 3D de la rugosité de la surface en caoutchouc et de la zone développée
Paramètres du profileur de surface de caoutchouc de pneu

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

MESURE DE L'USURE IN-SITU Tribomètre aérospatial

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

Tribomètre LVDT Échantillon

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.

COF pendant les essais "pin-on-desk" à différentes températures

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

Profondeur de la trace d'usure de la plaque céramique en silicate d'alumine 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.

 
Taux d'usure et profondeur des traces d'usure de l'échantillon à différentes températures 1

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.

MESURE DE L'USURE IN-SITU

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Analyse de la surface des écailles de poisson à l'aide d'un profileur optique 3D

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En savoir plus

ANALYSE DE LA SURFACE DES ÉCAILLES DE POISSON

en utilisant le PROFILER OPTIQUE 3D

Profilomètre à écailles de poisson

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.

Profilomètre à échelle de poisson à vue 3D
Profilomètre 3D à volume de balayage en écailles de poisson
Scanner d'écailles de poisson Hauteur d'étape Profileur optique 3D

COMPARAISON DE LA RUGOSITÉ DE LA SURFACE

Profilomètre à écailles de poisson Scanning 3D

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

nanoindentateur et testeur de rayures 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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