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Céramique : Cartographie rapide par nanoindentation pour la détection des grains
INTRODUCTION
Nanoindentation est devenue une technique largement appliquée pour mesurer les comportements mécaniques des matériaux à petite échellei ii. Les courbes charge-déplacement à haute résolution issues d'une mesure de nanoindentation peuvent fournir diverses propriétés physico-mécaniques, notamment la dureté, le module d'Young, le fluage, la ténacité et bien d'autres.
Importance de l'indentation de cartographie rapide
Un goulot d’étranglement important pour une vulgarisation plus poussée de la technique de nanoindentation est la consommation de temps. Une cartographie des propriétés mécaniques par une procédure conventionnelle de nanoindentation peut facilement prendre des heures, ce qui entrave l'application de la technique dans les industries de production de masse, telles que les semi-conducteurs, l'aérospatiale, les MEMS, les produits de consommation tels que les carreaux de céramique et bien d'autres.
Une cartographie rapide peut s'avérer essentielle dans l'industrie de fabrication de carreaux de céramique. Les cartographies de module de Hardness and Young sur un seul carreau de céramique peuvent présenter une distribution de données indiquant l'homogénéité de la surface. Les régions plus molles sur une tuile peuvent être délimitées dans cette cartographie et montrer les emplacements plus sujets aux défaillances dues aux impacts physiques qui se produisent quotidiennement dans la résidence d'une personne. Des cartographies peuvent être réalisées sur différents types de carreaux pour des études comparatives et sur un lot de carreaux similaires pour mesurer la cohérence des carreaux dans un processus de contrôle qualité. La combinaison de configurations de mesures peut être étendue, précise et efficace grâce à la méthode de cartographie rapide.
OBJECTIF DE MESURE
Dans cette étude, le Nanovea Testeur Méchanique, en mode FastMap, est utilisé pour cartographier les propriétés mécaniques d'un carreau de sol à des vitesses élevées. Nous présentons la capacité du testeur mécanique Nanovea à effectuer deux cartographies de nanoindentation rapides avec une haute précision et reproductibilité.
Conditions d'essai
Le testeur mécanique Nanovea a été utilisé pour effectuer une série de nanoindentations avec le mode FastMap sur un carrelage à l'aide d'un pénétrateur Berkovich. Les paramètres de test sont résumés ci-dessous pour les deux matrices d'indent créées.
Tableau 1 : Résumé des paramètres de test.
RÉSULTATS ET DISCUSSION
Figure 1 : Vue 2D et 3D de la cartographie de dureté à 625 empreintes.
Figure 2 : Micrographie d’une matrice à 625 empreintes présentant le grain.
Une matrice de 625 empreintes a été réalisée sur un écran de 0,20 mm.2 zone avec un gros grain visible présent. Ce grain (figure 2) présentait une dureté moyenne inférieure à la surface globale du carreau. Le logiciel mécanique Nanovea permet à l'utilisateur de voir la carte de distribution de dureté en modes 2D et 3D, illustrée à la figure 1. Grâce au contrôle de position de haute précision de la platine d'échantillonnage, le logiciel permet aux utilisateurs de cibler des zones telles que celles-ci pour une analyse en profondeur. cartographie des propriétés mécaniques.
Figure 3 : Vue 2D et 3D de la cartographie de dureté à 1 600 empreintes.
Figure 4 : Micrographie d’une matrice de 1 600 retraits.
Une matrice de 1600 empreintes a également été créée sur le même carreau pour mesurer l'homogénéité de la surface. Là encore l'utilisateur a la possibilité de voir la répartition de la dureté en mode 3D ou 2D (Figure 3) ainsi que l'image au microscope de la surface indentée. Sur la base de la distribution de dureté présentée, on peut conclure que le matériau est poreux en raison de la dispersion uniforme des points de données de dureté élevée et faible.
Comparé aux procédures conventionnelles de nanoindentation, le mode FastMap dans cette étude prend beaucoup moins de temps et est plus rentable. Il permet une cartographie quantitative rapide des propriétés mécaniques, notamment la dureté et le module d'Young, et fournit une solution pour la détection des grains et la cohérence des matériaux, essentielles au contrôle qualité d'une variété de matériaux dans la production de masse.
CONCLUSION
Dans cette étude, nous avons présenté la capacité du testeur mécanique Nanovea à effectuer une cartographie de nanoindentation rapide et précise à l'aide du mode FastMap. Les cartes de propriétés mécaniques sur les carreaux de céramique utilisent le contrôle de position (avec une précision de 0,2 µm) des étages et la sensibilité du module de force pour détecter les grains de surface et mesurer l'homogénéité d'une surface à grande vitesse.
Les paramètres de test utilisés dans cette étude ont été déterminés en fonction de la taille de la matrice et du matériau de l'échantillon. Une variété de paramètres de test peuvent être choisis pour optimiser la durée totale du cycle d'indentation à 3 secondes par indentation (ou 30 secondes pour 10 indentations).
Les modules Nano et Micro du testeur mécanique Nanovea incluent tous des modes de test d'indentation, de rayures 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 toute la gamme des propriétés mécaniques des revêtements, films et substrats fins ou épais, souples ou durs, y compris la dureté, le module d'Young, la ténacité à la rupture, l'adhésion, la résistance à l'usure et bien d'autres.
De plus, un profileur 3D sans contact et un module AFM en option sont disponibles pour l'imagerie 3D haute résolution de l'indentation, des rayures et des traces d'usure, en plus d'autres mesures de surface telles que la rugosité.
Auteur : Duanjie Li, PhD Révisé par Pierre Leroux et Jocelyn Esparza
Améliorer les procédures d'exploitation minière grâce à la micro-indexation
RECHERCHE EN MICROINDENTATION ET CONTRÔLE DE QUALITÉ
La mécanique des roches est l'étude du comportement mécanique des masses rocheuses et est appliquée dans les industries de l'exploitation minière, du forage, de la production de réservoirs et de la construction civile. L'instrumentation avancée permettant de mesurer avec précision les propriétés mécaniques permet d'améliorer les pièces et les procédures dans ces industries. La compréhension de la mécanique des roches à l'échelle microscopique permet d'assurer le succès des procédures de contrôle de la qualité.
Microindentation est un outil essentiel pour les études liées à la mécanique des roches. Ces techniques font progresser les techniques d'excavation en permettant de mieux comprendre les propriétés de la masse rocheuse. La microindentation est utilisée pour améliorer les têtes de forage, ce qui permet d'améliorer les procédures d'exploitation minière. La microindentation a été utilisée pour étudier la formation de craie et de poudre à partir de minéraux. Les études de microindentation peuvent porter sur la dureté, le module d'Young, le fluage, la contrainte-déformation, la résistance à la rupture et la compression avec un seul instrument.
OBJECTIF DE MESURE
Dans cette application, le Nanovea testeur mécanique mesure la dureté Vickers (Hv), le module d'Young et la ténacité d'un échantillon de roche minérale. La roche est composée de biotite, de feldspath et de quartz qui forment le composite granitique standard. Chacun est testé séparément.
RÉSULTATS ET DISCUSSION
Cette section comprend un tableau récapitulatif qui compare les principaux résultats numériques pour les différents échantillons, suivi des listes de résultats complets, incluant chaque indentation réalisée, accompagnée de micrographies de l'indentation, lorsqu'elles sont disponibles. Ces résultats complets présentent les valeurs mesurées de la dureté et du module d'Young ainsi que la profondeur de pénétration (Δd) avec leurs moyennes et leurs écarts types. Il faut considérer que de grandes variations dans les résultats peuvent se produire dans le cas où la rugosité de surface est dans la même gamme de taille que l'indentation.
Tableau récapitulatif des principaux résultats numériques pour la dureté et la résistance à la rupture
CONCLUSION
Le testeur mécanique Nanovea démontre la reproductibilité et la précision des résultats d'indentation sur la surface dure d'une roche minérale. La dureté et le module de Young de chaque matériau constituant le granit ont été mesurés directement à partir des courbes de profondeur en fonction de la charge. La surface rugueuse a nécessité des essais à des charges plus élevées qui ont pu provoquer des microfissures. La microfissuration expliquerait certaines des variations observées dans les mesures. Les fissures n'étaient pas perceptibles par une observation microscopique standard en raison de la surface rugueuse de l'échantillon. Par conséquent, il n'est pas possible de calculer les chiffres traditionnels de ténacité à la rupture qui nécessitent des mesures de la longueur des fissures. Au lieu de cela, nous avons utilisé le système pour détecter l'initiation des fissures à travers les dislocations dans les courbes de profondeur par rapport à la charge tout en augmentant les charges.
Les charges de seuil de rupture ont été rapportées aux charges où les défaillances se sont produites. Contrairement aux essais traditionnels de ténacité à la rupture qui mesurent simplement la longueur de la fissure, on obtient une charge à laquelle la rupture seuil commence. De plus, l'environnement contrôlé et étroitement surveillé permet de mesurer la dureté afin de l'utiliser comme valeur quantitative pour comparer divers échantillons.
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Contrôle de la rugosité en ligne
Détection instantanée des erreurs avec les profileurs en ligne
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IMPORTANCE DU PROFILEUR SANS CONTACT POUR LE CONTRÔLE DE LA RUGOSITÉ EN LIGNE
Les défauts de surface proviennent du traitement des matériaux et de la fabrication des produits. L'inspection de la qualité des surfaces en ligne garantit le contrôle qualité le plus strict des produits finaux. La Nanovéa Profilomètres 3D sans contact utilise la technologie confocale chromatique avec une capacité unique pour déterminer la rugosité d'un échantillon sans contact. Plusieurs capteurs profileurs peuvent être installés pour surveiller simultanément la rugosité et la texture de différentes zones du produit. Le seuil de rugosité calculé en temps réel par le logiciel d’analyse constitue un outil réussite/échec rapide et fiable.
OBJECTIF DE MESURE
Dans cette étude, le système de convoyeur d'inspection de la rugosité Nanovea équipé d'un capteur ponctuel est utilisé pour inspecter la rugosité de surface des échantillons d'acrylique et de papier de verre. Nous démontrons la capacité du profilomètre sans contact Nanovea à fournir une inspection rapide et fiable de la rugosité en ligne sur une ligne de production en temps réel.
RÉSULTATS ET DISCUSSION
Le système de profilomètre à convoyeur peut fonctionner en deux modes, à savoir le mode déclenchement et le mode continu. Comme l'illustre la figure 2, la rugosité de surface des échantillons est mesurée lorsqu'ils passent sous les têtes de profilage optiques en mode Trigger. En comparaison, le mode continu permet de mesurer en continu la rugosité de la surface d'un échantillon continu, tel qu'une feuille de métal ou un tissu. Plusieurs capteurs de profileurs optiques peuvent être installés pour surveiller et enregistrer la rugosité de différentes zones de l'échantillon.
Pendant la mesure d'inspection de la rugosité en temps réel, les alertes de réussite et d'échec s'affichent sur les fenêtres du logiciel, comme le montrent la Figure 4 et la Figure 5. Lorsque la valeur de la rugosité se situe dans les limites des seuils fixés, la rugosité mesurée est mise en évidence en vert. Cependant, la surbrillance devient rouge lorsque la rugosité de surface mesurée est en dehors de la plage des valeurs seuils définies. L'utilisateur dispose ainsi d'un outil lui permettant de déterminer la qualité de la finition de surface d'un produit.
Dans les sections suivantes, deux types d'échantillons, par exemple de l'acrylique et du papier de verre, sont utilisés pour démontrer les modes de déclenchement et continu du système d'inspection.
Mode de déclenchement : Inspection de la surface de l'échantillon d'acrylique
Une série d'échantillons d'acrylique sont alignés sur la bande transporteuse et se déplacent sous la tête du profileur optique, comme le montre la figure 1. La vue en fausses couleurs de la figure 6 montre le changement de la hauteur de la surface. Certains des échantillons d'acrylique finis en miroir ont été poncés pour créer une texture de surface rugueuse, comme le montre la figure 6b.
Lorsque les échantillons d'acrylique se déplacent à une vitesse constante sous la tête du profileur optique, le profil de la surface est mesuré, comme le montrent les Figure 7 et Figure 8. La valeur de rugosité du profil mesuré est calculée en même temps et comparée aux valeurs seuils. L'alerte rouge est déclenchée lorsque la valeur de rugosité est supérieure au seuil fixé, ce qui permet aux utilisateurs de détecter et de localiser immédiatement le produit défectueux sur la ligne de production.
Mode continu : Inspection de la surface de l'échantillon de papier de verre
Carte de hauteur de surface, carte de distribution de la rugosité et carte de seuil de rugosité Pass / Fail de la surface de l'échantillon de papier de verre, comme le montre la figure 9. L'échantillon de papier de verre présente quelques pics plus élevés dans la partie utilisée, comme le montre la carte de hauteur de surface. Les différentes couleurs de la palette de la figure 9C représentent la valeur de rugosité de la surface locale. La carte de rugosité montre une rugosité homogène dans la zone intacte de l'échantillon de papier de verre, tandis que la zone utilisée est surlignée en bleu foncé, indiquant la valeur de rugosité réduite dans cette région. Un seuil de rugosité Pass/Fail peut être défini pour localiser ces régions, comme le montre la figure 9D.
Lorsque le papier de verre passe en continu sous le capteur du profileur en ligne, la valeur de la rugosité locale en temps réel est calculée et enregistrée, comme le montre la figure 10. Les alertes de réussite/échec sont affichées sur l'écran du logiciel en fonction des valeurs seuils de rugosité définies, ce qui constitue un outil rapide et fiable pour le contrôle de la qualité. La qualité de la surface du produit dans la ligne de production est inspectée in situ pour découvrir à temps les zones défectueuses.
CONCLUSION
Dans cette application, nous avons montré que le profilomètre de convoyeur Nanovea équipé d'un capteur de profilage optique sans contact fonctionne comme un outil fiable de contrôle de la qualité en ligne de manière efficace et efficiente.
Le système d'inspection peut être installé sur la ligne de production pour contrôler la qualité de surface des produits sur place. Le seuil de rugosité est un critère fiable pour déterminer la qualité de la surface des produits, ce qui permet aux utilisateurs de détecter à temps les produits défectueux. Deux modes d'inspection, à savoir le mode de déclenchement et le mode continu, sont prévus pour répondre aux besoins d'inspection de différents types de produits.
Les données présentées ici ne représentent qu'une partie des calculs disponibles dans le logiciel d'analyse. Les profilomètres Nanovea mesurent pratiquement n'importe quelle surface dans des domaines tels que les semi-conducteurs, la microélectronique, le solaire, les fibres, l'optique, l'automobile, l'aérospatiale, la métallurgie, l'usinage, les revêtements, la pharmacie, le biomédical, l'environnement et bien d'autres.
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Essai d'usure du bloc sur la bague
IMPORTANCE DE L'ÉVALUATION DE L'USURE DU BLOC SUR LA BAGUE
L'usure par glissement est la perte progressive de matière qui résulte du glissement de deux matériaux l'un contre l'autre au niveau de la zone de contact sous charge. Elle se produit inévitablement dans une grande variété d'industries où des machines et des moteurs sont en fonctionnement, notamment dans l'automobile, l'aérospatiale, le pétrole et le gaz et bien d'autres encore. Ce mouvement de glissement provoque une usure mécanique importante et un transfert de matière à la surface, ce qui peut entraîner une réduction de l'efficacité de la production, des performances de la machine ou même des dommages à la machine.
L'usure par glissement implique souvent des mécanismes d'usure complexes se produisant au niveau de la surface de contact, tels que l'usure par adhérence, l'abrasion à deux corps, l'abrasion à trois corps et l'usure par fatigue. Le comportement à l'usure des matériaux est fortement influencé par l'environnement de travail, comme la charge normale, la vitesse, la corrosion et la lubrification. Un polyvalent tribomètre capable de simuler différentes conditions de travail réalistes sera idéal pour l’évaluation de l’usure.
Le test Block-on-Ring (ASTM G77) est une technique largement utilisée qui évalue les comportements d'usure par glissement des matériaux dans différentes conditions simulées et permet un classement fiable des couples de matériaux pour des applications tribologiques spécifiques.
Le test Block-on-Ring (ASTM G77) est une technique largement utilisée qui évalue les comportements d'usure par glissement des matériaux dans différentes conditions simulées et permet un classement fiable des couples de matériaux pour des applications tribologiques spécifiques.
OBJECTIF DE MESURE
Dans cette application, le testeur mécanique de Nanovea mesure l'YS et l'UTS d'échantillons d'acier inoxydable SS304 et d'alliage métallique d'aluminium Al6061. Les échantillons ont été choisis pour leurs valeurs YS et UTS communément reconnues, montrant la fiabilité des méthodes d'indentation de Nanovea.
Le comportement à l'usure par glissement d'un bloc H-30 sur un anneau S-10 a été évalué par le tribomètre de Nanovea utilisant le module Block-on-Ring. Le bloc H-30 est fabriqué en acier à outils 01 d'une dureté de 30HRC, tandis que l'anneau S-10 est en acier de type 4620 d'une dureté de surface de 58 à 63 HRC et d'un diamètre d'anneau d'environ 34,98 mm. Des tests Block-on-Ring ont été effectués dans des environnements secs et lubrifiés pour étudier l'effet sur le comportement à l'usure. Des tests de lubrification ont été effectués avec de l'huile minérale lourde USP. La trace d'usure a été examinée à l'aide du système Nanovea Profilomètre 3D sans contact. Les paramètres de test sont résumés dans le tableau 1. Le taux d'usure (K) a été évalué 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.
RÉSULTATS ET DISCUSSION
La figure 2 compare le coefficient de frottement (COF) des tests Block-on-Ring dans des environnements secs et lubrifiés. Le bloc présente nettement plus de friction dans un environnement sec que dans un environnement lubrifié. COF
fluctue pendant la période de rodage au cours des 50 premiers tours et atteint un COF constant d'environ 0,8 pour le reste de l'essai d'usure de 200 tours. En comparaison, le test Block-on-Ring effectué dans le cadre de la lubrification à l'huile minérale lourde USP présente un faible COF constant de 0,09 tout au long du test d'usure de 500 000 tours. Le lubrifiant réduit considérablement le COF entre les surfaces d'environ 90 fois.
Les figures 3 et 4 montrent les images optiques et les profils 2D en coupe transversale des traces d'usure sur les blocs après les essais d'usure à sec et lubrifiés. Les volumes des traces d'usure et les taux d'usure sont indiqués dans le tableau 2. Le bloc d'acier après l'essai d'usure à sec à une vitesse de rotation inférieure de 72 tr/min pendant 200 tours présente un grand volume de cicatrices d'usure de 9,45 mm˙. En comparaison, l'essai d'usure réalisé à une vitesse plus élevée de 197 rpm pour 500 000 révolutions dans le lubrifiant à base d'huile minérale crée un volume de traces d'usure sensiblement plus petit de 0,03 mm˙.
Les images de la ÿgure 3 montrent qu'une usure sévère a lieu pendant les tests dans les conditions sèches par rapport à l'usure légère du test d'usure lubrifié. La chaleur élevée et les vibrations intenses générées pendant le test d'usure à sec favorisent l'oxydation des débris métalliques, ce qui entraîne une abrasion sévère des trois corps. Dans l'essai lubrifié, l'huile minérale réduit la friction et refroidit la face de contact tout en transportant les débris abrasifs créés par l'usure. Cela conduit à une réduction signiÿcative du taux d'usure par un facteur de ~8×10ˆ. Une telle di˛erence substantielle dans la résistance à l'usure dans des environnements di˛erents montre l'importance d'une simulation appropriée de l'usure par glissement dans des conditions de service réalistes.
Le comportement de l'usure peut changer radicalement lorsque de petits changements sont introduits dans les conditions d'essai. La polyvalence du tribomètre de Nanovea permet de mesurer l'usure dans des conditions de haute température, de lubrification et de tribocorrosion. Le contrôle précis de la vitesse et de la position par le moteur avancé permet d'effectuer des tests 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/essai pour étudier l'usure dans des conditions tribologiques di˛erentes.
L'état de surface des échantillons a été examiné par le proÿlomètre optique sans contact de Nanovea. La figure 5 montre la morphologie de la surface des anneaux après les tests d'usure. La forme cylindrique est enlevée pour mieux présenter la morphologie de la surface et la rugosité créée par le processus d'usure par glissement. Une rugosité de surface significative a eu lieu en raison du processus d'abrasion à trois corps pendant l'essai d'usure à sec de 200 tours. Le bloc et la bague après l'essai d'usure à sec présentent une rugosité Ra de 14,1 et 18,1 µm, respectivement, contre 5,7 et 9,1 µm pour l'essai d'usure lubrifié à long terme de 500 000 tours à une vitesse plus élevée. Ce test démontre l'importance d'une lubrification correcte du contact entre le piston et le cylindre. Une usure importante endommage rapidement la surface de contact sans lubrification et entraîne une détérioration irréversible de la qualité de service, voire la casse du moteur.
CONCLUSION
Dans cette étude, nous montrons comment le tribomètre de Nanovea est utilisé pour évaluer le comportement à l'usure par glissement d'un couple acier-métal à l'aide du module Block-on-Ring conforme à la norme ASTM G77. Le lubrifiant joue un rôle essentiel dans les propriétés d’usure du couple de matériaux. L'huile minérale réduit le taux d'usure du bloc H-30 d'un facteur d'environ 8 × 10 et le COF d'environ 90 fois. La polyvalence du tribomètre de Nanovea en fait un outil idéal pour mesurer le comportement à l'usure dans diverses conditions de lubrification, de température élevée et de tribocorrosion.
Le tribomètre de Nanovea propose des tests d'usure et de friction précis et reproductibles en utilisant les modes rotatif et linéaire conformes aux normes ISO et ASTM, avec des modules optionnels d'usure à haute température, de lubrification et de tribocorrosion 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 fins ou épais, souples ou durs.
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Analyse des matériaux composites à l'aide de la profilométrie 3D
Importance de la profilométrie sans contact pour les matériaux composites
Il est essentiel de minimiser les défauts pour que les matériaux composites soient aussi solides que possible dans les applications de renforcement. Comme il s'agit d'un matériau anisotrope, il est essentiel que la direction du tissage soit cohérente pour maintenir la prévisibilité des performances. Les matériaux composites présentent l'un des rapports résistance/poids les plus élevés, ce qui les rend plus résistants que l'acier dans certains cas. Il est important de limiter la surface exposée dans les composites pour minimiser la vulnérabilité chimique et les effets de l'expansion thermique. L'inspection de surface par profilométrie est essentielle pour le contrôle de la qualité de la production des composites afin de garantir des performances solides sur une longue période de service.
de Nanovéa Profilomètre 3D sans contact est différent des autres techniques de mesure de surface telles que les sondes tactiles ou l'interférométrie. Nos profilomètres utilisent le chromatisme axial pour mesurer presque toutes les surfaces et l'étagement ouvert permet d'échantillonner des échantillons de toutes tailles sans aucune préparation nécessaire. Les mesures nano à macro sont obtenues lors de la mesure du profil de surface sans aucune influence de la réflectivité ou de l'absorption de l'échantillon. Nos profilomètres mesurent facilement n'importe quel matériau : transparent, opaque, spéculaire, diffusif, poli et rugueux avec la capacité avancée de mesurer des angles de surface élevés sans manipulation logicielle. La technique du profilomètre sans contact offre la capacité idéale et conviviale pour maximiser les études de surface des matériaux composites ; ainsi que les avantages des capacités combinées 2D et 3D.
Objectif de la mesure
Le profilomètre Nanovea HS2000L utilisé dans cette application a mesuré la surface de deux tissages de composites en fibre de carbone. La rugosité de surface, la longueur du tissage, l'isotropie, l'analyse fractale et d'autres paramètres de surface sont utilisés pour caractériser les composites. La surface mesurée a été choisie au hasard et supposée suffisamment grande pour que les valeurs des propriétés puissent être comparées à l'aide du puissant logiciel d'analyse de surface de Nanovea.
Résultats et discussion
Analyse de surface
Les paramètres de hauteur déterminent la rugosité des pièces composites avec un faible rapport fibre/matrice. Nos résultats comparent différents types de tissage et de tissu pour déterminer la finition de surface après traitement. La finition de surface devient critique dans les applications où l'aérodynamisme peut être impliqué.
Isotropie
L'isotropie montre la directionnalité du tissage pour déterminer les valeurs de propriétés attendues. Notre étude montre comment le composite bidirectionnel est ~60% isotrope comme prévu. Pendant ce temps, le composite unidirectionnel est ~13% isotrope en raison de la forte direction du chemin de la fibre unique.
Analyse du tissage
La taille du tissage détermine l'uniformité du tassement et de la largeur des fibres utilisées dans le composite. Notre étude montre qu'il est facile de mesurer la taille du tissage au micron près pour garantir la qualité des pièces.
Analyse des textures
L'analyse de la texture de la longueur d'onde dominante suggère que les brins des deux composites ont une épaisseur de 4,27 microns. L'analyse de la dimension fractale de la surface de la fibre détermine la régularité pour trouver la facilité avec laquelle les fibres se fixent dans une matrice. La dimension fractale de la fibre unidirectionnelle est plus élevée que celle de la fibre bidirectionnelle, ce qui peut affecter le traitement des composites.
Conclusion
Dans cette application, nous avons montré que le profilomètre sans contact Nanovea HS2000L caractérise précisément la surface fibreuse des matériaux composites. Nous avons distingué les différences entre les types de tissage de la fibre de carbone avec les paramètres de hauteur, l'isotropie, l'analyse de la texture et les mesures de distance, et bien plus encore.
Les mesures de surface de nos profilomètres atténuent précisément et rapidement les dommages causés aux composites, ce qui réduit les défauts dans les pièces et maximise la capacité des matériaux composites. La vitesse du profilomètre 3D de Nanovea va de <1mm/s à 500mm/s pour convenir aux applications de recherche jusqu'aux besoins d'inspection à grande vitesse. Le profilomètre Nanovea est la solution
à tout besoin de mesure composite.
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Évaluation de la dureté des tissus biologiques par nanoindentation
Importance de la nanoindentation des tissus biologiques
Les essais mécaniques traditionnels (dureté, adhésion, compression, perforation, limite d'élasticité, etc.) exigent une précision et une fiabilité accrues dans les environnements actuels de contrôle de la qualité, avec un large éventail de matériaux avancés, allant des tissus aux matériaux fragiles. L'instrumentation mécanique traditionnelle ne parvient pas à fournir le contrôle sensible de la charge et la résolution nécessaires pour les matériaux avancés. Les défis associés aux biomatériaux nécessitent le développement de tests mécaniques capables de contrôler précisément la charge sur des matériaux extrêmement mous. Ces matériaux nécessitent des charges d'essai très faibles, inférieures au mN, avec une grande plage de profondeur pour garantir une mesure correcte des propriétés. En outre, de nombreux types d'essais mécaniques différents peuvent être réalisés sur un seul système, ce qui permet une plus grande fonctionnalité. Cela permet d'effectuer une série de mesures importantes sur les biomatériaux, notamment la dureté, le module d'élasticité, le module de perte et de stockage et le fluage, en plus de la résistance aux rayures et des points de rupture de la limite élastique.
Objectif de la mesure
Dans cette application, le testeur mécanique de Nanovea en mode nanoindentation est utilisé pour étudier la dureté et le module d'élasticité de 3 zones distinctes d'un substitut de biomatériau sur les régions de gras, de viande claire et de viande foncée du prosciutto.
La nanoindentation est basée sur les normes d'indentation instrumentée ASTM E2546 et ISO 14577. Elle utilise des méthodes établies où une pointe de pénétration de géométrie connue est enfoncée dans un site spécifique du matériau d'essai avec une charge normale croissante contrôlée. Lorsqu'une profondeur maximale prédéfinie est atteinte, la charge normale est réduite jusqu'à ce qu'une relaxation complète se produise. La charge est appliquée par un actionneur piézoélectrique et mesurée dans une boucle contrôlée avec une cellule de charge à haute sensibilité. Pendant les expériences, la position du pénétrateur par rapport à la surface de l'échantillon est contrôlée par un capteur capacitif de haute précision. Les courbes de charge et de déplacement qui en résultent fournissent des données spécifiques à la nature mécanique du matériau testé. Des modèles établis calculent des valeurs quantitatives de dureté et de module à partir des données mesurées. La nanoindentation est adaptée aux mesures de faible charge et de profondeur de pénétration à l'échelle nanométrique.
Résultats et discussion
Les tableaux ci-dessous présentent les valeurs mesurées de la dureté et du module d'Young avec les moyennes et les écarts types. Une rugosité de surface élevée peut entraîner de grandes variations dans les résultats en raison de la petite taille des empreintes.
La zone grasse présentait une dureté deux fois moindre que celle des zones de viande. Le traitement de la viande a rendu la zone de viande plus foncée plus dure que la zone de viande claire. Le module d'élasticité et la dureté sont en relation directe avec la sensation de mastication des zones de gras et de viande. Après 60 secondes, la graisse et la viande claire continuent à se déformer plus rapidement que la viande foncée.
Résultats détaillés - Graisse
Résultats détaillés - Viande légère
Résultats détaillés - Viande brune
Conclusion
Dans cette application, Nanovea testeur mécanique en mode nanoindentation, les propriétés mécaniques des zones de graisse et de viande ont été déterminées de manière fiable tout en surmontant la rugosité élevée de la surface de l'échantillon. Cela a démontré les capacités étendues et inégalées du testeur mécanique de Nanovea. Le système fournit simultanément des mesures précises des propriétés mécaniques sur des matériaux extrêmement durs et des tissus biologiques mous.
La cellule de charge en boucle fermée avec la table piézoélectrique assure une mesure précise des matériaux en gel dur ou mou de 1 à 5kPa. En utilisant le même système, il est possible de tester des biomatériaux à des charges plus élevées, jusqu'à 400N. Un chargement multi-cycle peut être utilisé pour les essais de fatigue et des informations sur la limite d'élasticité dans chaque zone peuvent être obtenues à l'aide d'une pointe de diamant cylindrique plate. En outre, grâce à l'analyse mécanique dynamique (DMA), les modules de perte et de stockage des propriétés viscoélastiques peuvent être évalués avec une grande précision en utilisant le contrôle de la charge en boucle fermée. Des tests à différentes températures et sous des liquides sont également disponibles sur le même système.
Le testeur mécanique de Nanovea continue d'être l'outil supérieur pour les applications biologiques et les polymères/gel mous.
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Évaluation de l'usure et des rayures d'un fil de cuivre traité en surface
Importance de l'évaluation de l'usure et de la rayure des fils de cuivre
Le cuivre a une longue histoire d'utilisation dans le câblage électrique depuis l'invention de l'électroaimant et du télégraphe. Les fils de cuivre sont utilisés dans une large gamme d'équipements électroniques tels que les panneaux, les compteurs, les ordinateurs, les machines commerciales et les appareils électroménagers, grâce à leur résistance à la corrosion, à leur soudabilité et à leurs performances à des températures élevées (jusqu'à 150 °C). Environ la moitié de tout le cuivre extrait est utilisé pour la fabrication de fils et de câbles électriques.
La qualité de la surface des fils de cuivre est essentielle pour les performances et la durée de vie des applications. Les micro-défauts des fils peuvent entraîner une usure excessive, l'apparition et la propagation de fissures, une diminution de la conductivité et une soudabilité inadéquate. Un traitement de surface approprié des fils de cuivre élimine les défauts de surface générés lors du tréfilage, améliorant ainsi la résistance à la corrosion, aux rayures et à l'usure. De nombreuses applications aérospatiales utilisant des fils de cuivre nécessitent un comportement contrôlé afin d'éviter une défaillance inattendue de l'équipement. Des mesures quantifiables et fiables sont nécessaires pour évaluer correctement la résistance à l'usure et aux rayures de la surface des fils de cuivre.
Objectif de la mesure
Dans cette application, nous simulons un processus d'usure contrôlée de différents traitements de surface de fils de cuivre. Essais par rayures mesure la charge nécessaire pour provoquer une rupture sur la couche de surface traitée. Cette étude présente le Nanovea Tribomètre et Testeur Méchanique comme outils idéaux pour l’évaluation et le contrôle qualité des fils électriques.
Procédure d'essai et procédures
Le coefficient de frottement (COF) et la résistance à l'usure de deux traitements de surface différents sur des fils de cuivre (fil A et fil B) ont été évalués par le tribomètre Nanovea à l'aide d'un module d'usure linéaire alternatif. Une bille d'Al₂O₃ (diamètre 6 mm) est le contre-matériau utilisé dans cette application. La trace d'usure a été examinée à l'aide du système Nanovea Profilomètre 3D sans contact. Les paramètres de test sont résumés dans le tableau 1.
Une bille lisse en Al₂O₃ comme contre-matériau a été utilisée comme exemple dans cette étude. Tout matériau solide de forme et de finition de surface différentes peut être appliqué à l'aide d'un dispositif de fixation personnalisé pour simuler la situation d'application réelle.
Le testeur mécanique de Nanovea équipé d'un stylet en diamant Rockwell C (rayon de 100 μm) a effectué des tests de rayure à charge progressive sur les fils revêtus en utilisant le mode micro-rayure. Les paramètres du test de rayure et la géométrie de la pointe sont indiqués dans le tableau 2.
Résultats et discussion
Usure du fil de cuivre :
La figure 2 montre l'évolution du COF des fils de cuivre pendant les tests d'usure. Le fil A présente un COF stable de ~0,4 tout au long de l'essai d'usure tandis que le fil B présente un COF de ~0,35 dans les 100 premiers tours et augmente progressivement jusqu'à ~0,4.
La figure 3 compare les traces d'usure des fils de cuivre après les tests. Le profilomètre 3D sans contact de Nanovea a offert une analyse supérieure de la morphologie détaillée des traces d'usure. Il permet une détermination directe et précise du volume des traces d'usure en fournissant une compréhension fondamentale du mécanisme d'usure. La surface du fil B présente des traces d'usure significatives après un test d'usure de 600 tours. La vue 3D du profilomètre montre que la couche traitée en surface du fil B a été complètement retirée, ce qui a considérablement accéléré le processus d'usure. Cela a laissé une trace d'usure aplatie sur le fil B, là où le substrat de cuivre est exposé. Cela peut entraîner une réduction significative de la durée de vie des équipements électriques dans lesquels le fil B est utilisé. En comparaison, le fil A présente une usure relativement faible, comme le montre une trace d'usure peu profonde sur la surface. La couche traitée en surface sur le fil A ne s'est pas retirée comme la couche sur le fil B dans les mêmes conditions.
Résistance à la rayure de la surface du fil de cuivre :
La figure 4 montre les traces de rayures sur les fils après les tests. La couche protectrice du fil A présente une très bonne résistance aux rayures. Elle se délamine à une charge de ~12,6 N. En comparaison, la couche protectrice du fil B s'est rompue à une charge de ~1,0 N. Une telle différence significative dans la résistance à la rayure de ces fils contribue à leur performance d'usure, où le fil A possède une résistance à l'usure considérablement améliorée. L'évolution de la force normale, du COF et de la profondeur au cours des tests de rayure illustrés à la Fig. 5 fournit un meilleur aperçu de la rupture du revêtement pendant les tests.
Conclusion
Dans cette étude contrôlée, nous avons présenté le tribomètre Nanovea qui effectue une évaluation quantitative de la résistance à l'usure des fils de cuivre traités en surface et le testeur mécanique Nanovea qui fournit une évaluation fiable de la résistance à la rayure des fils de cuivre. Le traitement de surface des fils joue un rôle essentiel dans les propriétés tribo-mécaniques pendant leur durée de vie. Le traitement de surface approprié du fil A a considérablement amélioré la résistance à l'usure et aux rayures, ce qui est essentiel pour la performance et la durée de vie des fils électriques dans des environnements difficiles.
Le tribomètre de Nanovea offre 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.
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Limite d'élasticité et résistance à la traction de l'acier et de l'aluminium
Importance de la mesure de la limite d'élasticité et de la résistance ultime à la traction par indentation
Traditionnellement, la limite d'élasticité et la résistance ultime à la traction sont testées à l'aide d'une grande machine d'essai de traction qui nécessite une force énorme pour séparer les échantillons d'essai. Il est coûteux et long d'usiner correctement de nombreux coupons d'essai pour un matériau dont chaque échantillon ne peut être testé qu'une seule fois. De petits défauts dans l'échantillon créent une variance notable dans les résultats des tests. Les différentes configurations et alignements des appareils d'essai de traction disponibles sur le marché entraînent souvent des variations substantielles dans les mécanismes d'essai et les résultats.
La méthode innovante d'indentation de Nanovea fournit directement des valeurs de limite d'élasticité et de résistance ultime à la traction comparables aux valeurs mesurées par les essais de traction conventionnels. Cette mesure ouvre un nouveau domaine de possibilités d'essais pour toutes les industries. La simplicité du dispositif expérimental réduit considérablement le temps et le coût de préparation des échantillons par rapport à la forme complexe des coupons requise pour les essais de traction. La petite taille de l'indentation permet d'effectuer plusieurs mesures sur un seul échantillon. Elle évite l'influence des défauts observés dans les coupons d'essai de traction créés lors de l'usinage des échantillons. Les mesures d'YS et d'UTS sur de petits échantillons dans des zones localisées permettent de cartographier et de détecter des défauts locaux dans les pipelines ou les structures automobiles.
Objectif de la mesure
Dans cette application, le système Nanovea Testeur Méchanique mesure la limite d'élasticité et la résistance à la traction ultime des échantillons d'acier inoxydable SS304 et d'alliage métallique d'aluminium Al6061. Les échantillons ont été choisis pour leurs valeurs de limite d'élasticité et de résistance à la traction communément reconnues, démontrant la fiabilité des méthodes d'indentation de Nanovea.
Procédure d'essai et procédures
Les essais de limite d'élasticité et de résistance ultime à la traction ont été réalisés sur l'appareil d'essai mécanique Nanovea dans le laboratoire de l'Institut de recherche et de développement de l'Union européenne. Microindentation mode. Une pointe cylindrique plate en diamant de 200 μm de diamètre a été utilisée pour cette application. Les alliages SS304 et Al6061 ont été sélectionnés pour leur application industrielle étendue et leurs valeurs de limite d'élasticité et de résistance ultime à la traction communément reconnues, afin de montrer le grand potentiel et la fiabilité de la méthode d'indentation. Les échantillons ont été polis mécaniquement jusqu'à l'obtention d'une finition miroir avant l'essai afin d'éviter que la rugosité de la surface ou les défauts n'influencent les résultats de l'essai. Les conditions d'essai sont énumérées dans le tableau 1. Plus de dix essais ont été réalisés sur chaque échantillon afin de garantir la répétabilité des valeurs d'essai.
Résultats et discussion
Les courbes charge-déplacement des échantillons d'alliage SS304 et Al6061 sont illustrées à la figure 3 avec les empreintes de pénétrateur plat sur les échantillons d'essai en médaillon. L'analyse de la courbe de charge en forme de " S " à l'aide d'algorithmes spéciaux développés par Nanovea permet de calculer la limite d'élasticité et la résistance ultime à la traction. Les valeurs sont automatiquement calculées par le logiciel comme résumé dans le tableau 1. Les valeurs de la limite d'élasticité et de la résistance ultime à la traction obtenues par des essais de traction conventionnels sont indiquées à titre de comparaison.
Conclusion
Dans cette étude, nous avons démontré la capacité du Nanovea Mechanical Tester à évaluer la limite d'élasticité et la résistance ultime à la traction d'échantillons de feuilles en acier inoxydable et en alliage d'aluminium. La simplicité du dispositif expérimental réduit considérablement le temps et le coût de la préparation des échantillons nécessaires aux essais de traction. La petite taille de l'indentation permet d'effectuer plusieurs mesures sur un seul échantillon. Cette méthode permet de mesurer les YS/UTS sur de petits échantillons et des zones localisées, offrant ainsi une solution pour la cartographie des YS/UTS et la détection des défauts locaux des pipelines ou des structures automobiles.
Les modules Nano, Micro ou Macro du testeur mécanique Nanovea incluent tous des modes de test d'indentation, de rayures 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 toute la gamme des propriétés mécaniques des revêtements, films et substrats fins ou épais, souples ou durs, y compris la dureté, le module d'Young, la ténacité à la rupture, l'adhésion, la résistance à l'usure et bien d'autres. De plus, un profileur 3D sans contact et un module AFM en option sont disponibles pour l'imagerie 3D haute résolution de l'indentation, des rayures et des traces d'usure, en plus d'autres mesures de surface telles que la rugosité.
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Tribologie des charges dynamiques
Tribologie des charges dynamiques
Introduction
L'usure se produit dans pratiquement tous les secteurs industriels et impose des coûts de ~0,75% du PIB1. La recherche en tribologie est essentielle pour améliorer l'efficacité de la production, les performances des applications, ainsi que la conservation des matériaux, de l'énergie et de l'environnement. Les vibrations et les oscillations sont inévitables dans un large éventail d'applications tribologiques. Des vibrations externes excessives accélèrent le processus d'usure et réduisent les performances de service, ce qui entraîne des défaillances catastrophiques des pièces mécaniques.
Les tribomètres conventionnels à charge morte appliquent des charges normales par des poids de masse. Une telle technique de chargement limite non seulement les options de chargement à une charge constante, mais elle crée également des vibrations intenses et incontrôlées à des charges et des vitesses élevées, ce qui conduit à des évaluations limitées et incohérentes du comportement d'usure. Une évaluation fiable de l'effet des oscillations contrôlées sur le comportement d'usure des matériaux est souhaitable pour la R&D et le CQ dans différentes applications industrielles.
La charge élevée révolutionnaire de Nanovea tribomètre a une capacité de charge maximale de 2000 N avec un système de contrôle de charge dynamique. Le système avancé de chargement pneumatique à air comprimé permet aux utilisateurs d'évaluer le comportement tribologique d'un matériau sous des charges normales élevées avec l'avantage d'amortir les vibrations indésirables créées pendant le processus d'usure. Par conséquent, la charge est mesurée directement sans avoir besoin des ressorts tampons utilisés dans les conceptions plus anciennes. Un module de charge oscillant à électro-aimant parallèle applique une oscillation bien contrôlée d'amplitude souhaitée jusqu'à 20 N et de fréquence jusqu'à 150 Hz.
La friction est mesurée avec une grande précision directement à partir de la force latérale appliquée au support supérieur. Le déplacement est surveillé in situ, ce qui donne un aperçu de l'évolution du comportement à l'usure des échantillons d'essai. Le test d'usure sous charge d'oscillation contrôlée peut également être effectué dans des environnements de corrosion, de température élevée, d'humidité et de lubrification pour simuler les conditions de travail réelles pour les applications tribologiques. Un haut débit intégré profilomètre sans contact mesure automatiquement la morphologie des traces d'usure et le volume d'usure en quelques secondes.
Objectif de la mesure
Dans cette étude, nous démontrons la capacité du tribomètre à charge dynamique Nanovea T2000 à étudier le comportement tribologique de différents échantillons de revêtement et de métal dans des conditions de charge d'oscillation contrôlée.
Procédure d'essai
Le comportement tribologique, par exemple le coefficient de friction, COF, et la résistance à l'usure d'un revêtement résistant à l'usure de 300 µm d'épaisseur a été évalué et comparé par le tribomètre Nanovea T2000 avec un tribomètre conventionnel à charge morte utilisant une configuration broche sur disque selon ASTM G992.
Des échantillons séparés recouverts de Cu et de TiN contre une bille d'Al₂0₃ de 6 mm sous oscillation contrôlée ont été évalués par le mode de tribologie de charge dynamique du tribomètre Nanovea T2000.
Les paramètres de l'essai sont résumés dans le tableau 1.
Le profilomètre 3D intégré, équipé d'un capteur de ligne, scanne automatiquement la piste d'usure après les essais, fournissant ainsi la mesure la plus précise du volume d'usure en quelques secondes.
Résultats et discussion
Système de chargement pneumatique vs. système de chargement mort
Le comportement tribologique d'un revêtement résistant à l'usure en utilisant le tribomètre Nanovea T2000 est comparé à un tribomètre conventionnel à charge morte (DL). L'évolution du COF du revêtement est présentée à la Fig. 2. Nous observons que le revêtement présente une valeur COF comparable de ~0.6 pendant le test d'usure. Cependant, les 20 profils de section transversale à différents endroits de la piste d'usure de la Fig. 3 indiquent que le revêtement a subi une usure beaucoup plus sévère sous le système de charge morte.
Des vibrations intenses ont été générées par le processus d'usure du système de charge morte à charge et vitesse élevées. La pression massive concentrée au niveau de la face de contact, combinée à une vitesse de glissement élevée, crée des vibrations importantes au niveau du poids et de la structure, entraînant une usure accélérée. Le tribomètre conventionnel à charge morte applique la charge à l'aide de poids de masse. Cette méthode est fiable pour des charges de contact faibles dans des conditions d'usure légères ; cependant, dans des conditions d'usure agressives à des charges et des vitesses plus élevées, les vibrations importantes font rebondir les poids de manière répétée, ce qui donne une trace d'usure irrégulière et une évaluation tribologique peu fiable. Le taux d'usure calculé est de 8,0±2,4 x 10-4 mm3/N m, ce qui montre un taux d'usure élevé et un écart-type important.
Le tribomètre Nanovea T2000 est conçu avec un système de chargement à contrôle dynamique pour amortir les oscillations. Il applique la charge normale avec de l'air comprimé, ce qui minimise les vibrations indésirables créées pendant le processus d'usure. En outre, le contrôle actif de la charge en boucle fermée garantit qu'une charge constante est appliquée tout au long de l'essai d'usure et que le stylet suit le changement de profondeur de la trace d'usure. Un profil de piste d'usure nettement plus cohérent est mesuré, comme le montre la figure 3a, ce qui se traduit par un faible taux d'usure de 3,4±0,5 x 10-4 mm3/N m.
L'analyse de la trace d'usure présentée à la figure 4 confirme que l'essai d'usure effectué par le système de chargement pneumatique à air comprimé du tribomètre Nanovea T2000 crée une trace d'usure plus lisse et plus cohérente par rapport au tribomètre conventionnel à charge morte. En outre, le tribomètre Nanovea T2000 mesure le déplacement du stylet pendant le processus d'usure, ce qui donne un aperçu supplémentaire de la progression du comportement d'usure in situ.
Oscillation contrôlée sur l'usure de l'échantillon de Cu
Le module d'électroaimant de charge à oscillation parallèle du tribomètre Nanovea T2000 permet aux utilisateurs d'étudier l'effet des oscillations à amplitude et fréquence contrôlées sur le comportement d'usure des matériaux. Le COF des échantillons de Cu est enregistré in situ comme le montre la figure 6. L'échantillon de Cu présente un COF constant de ~0,3 pendant la première mesure de 330 révolutions, ce qui signifie la formation d'un contact stable à l'interface et une piste d'usure relativement lisse. Lorsque le test d'usure se poursuit, la variation du COF indique un changement dans le mécanisme d'usure. En comparaison, les essais d'usure sous une oscillation contrôlée par une amplitude de 5 N à 50 N présentent un comportement d'usure différent : le COF augmente rapidement au début du processus d'usure, et montre une variation significative tout au long de l'essai d'usure. Ce comportement du COF indique que l'oscillation imposée dans la charge normale joue un rôle dans l'état de glissement instable au niveau du contact.
La figure 7 compare la morphologie des traces d'usure mesurées par le profilomètre optique sans contact intégré. On peut observer que l'échantillon de Cu soumis à une amplitude d'oscillation contrôlée de 5 N présente une trace d'usure beaucoup plus grande avec un volume de 1,35 x 109 µm3, comparé à 5,03 x 108 µm3 sans oscillation imposée. L'oscillation contrôlée accélère significativement la vitesse d'usure par un facteur de ~2.7, montrant l'effet critique de l'oscillation sur le comportement d'usure.
Oscillation contrôlée sur l'usure du revêtement de TiN
Le COF et les traces d'usure de l'échantillon de revêtement TiN sont présentés à la Fig. 8. Le revêtement TiN présente des comportements d'usure très différents sous oscillation, comme l'indique l'évolution du COF pendant les tests. Le revêtement TiN présente un COF constant de ~0,3 après la période de rodage au début du test d'usure, en raison du contact glissant stable à l'interface entre le revêtement TiN et la bille en Al₂O₃. Cependant, lorsque le revêtement TiN commence à céder, la bille Al₂O₃ pénètre à travers le revêtement et glisse contre le substrat en acier frais situé en dessous. Une quantité importante de débris de revêtement TiN dur est générée dans la piste d'usure au même moment, transformant une usure par glissement stable à deux corps en une usure par abrasion à trois corps. Un tel changement des caractéristiques du couple de matériaux conduit à des variations accrues de l'évolution du COF. L'oscillation imposée de 5 N et 10 N accélère la rupture du revêtement TiN de ~400 révolutions à moins de 100 révolutions. Les traces d'usure plus importantes sur les échantillons de revêtement TiN après les tests d'usure sous oscillation contrôlée sont en accord avec un tel changement de COF.
Conclusion
Le système de chargement pneumatique avancé du tribomètre Nanovea T2000 possède un avantage intrinsèque en tant qu'amortisseur de vibrations naturellement rapide par rapport aux systèmes traditionnels de charge morte. Cet avantage technologique des systèmes pneumatiques est vrai par rapport aux systèmes à charge contrôlée qui utilisent une combinaison de servomoteurs et de ressorts pour appliquer la charge. Cette technologie garantit une évaluation fiable et mieux contrôlée de l'usure à des charges élevées, comme le démontre cette étude. En outre, le système de chargement actif en boucle fermée peut modifier la charge normale à une valeur souhaitée pendant les tests d'usure afin de simuler les applications réelles observées dans les systèmes de freinage.
Au lieu de subir l'influence de conditions de vibrations non contrôlées pendant les essais, nous avons montré que le tribomètre à charge dynamique Nanovea T2000 permet aux utilisateurs d'évaluer quantitativement les comportements tribologiques des matériaux dans différentes conditions d'oscillations contrôlées. Les vibrations jouent un rôle important dans le comportement d'usure des échantillons de revêtement en métal et en céramique.
Le module de chargement oscillant à électroaimant parallèle fournit des oscillations contrôlées avec précision à des amplitudes et des fréquences définies, permettant aux utilisateurs de simuler le processus d'usure dans des conditions réelles où les vibrations environnementales sont souvent un facteur important. En présence d'oscillations imposées pendant l'usure, les échantillons de revêtement en Cu et en TiN présentent tous deux un taux d'usure considérablement accru. L'évolution du coefficient de friction et le déplacement du stylet mesurés in situ sont des indicateurs importants de la performance du matériau pendant les applications tribologiques. Le profilomètre 3D sans contact intégré offre un outil permettant de mesurer précisément le volume d'usure et d'analyser la morphologie détaillée des traces d'usure en quelques secondes, ce qui permet de mieux comprendre les mécanismes fondamentaux de l'usure.
Le T2000 est équipé d'un moteur auto-réglable, de haute qualité et à couple élevé, avec une vitesse interne de 20 bits et un codeur de position externe de 16 bits. Il permet au tribomètre de fournir une gamme inégalée de vitesses de rotation de 0,01 à 5000 tr/min qui peuvent changer par bonds ou en continu. Contrairement aux systèmes qui utilisent un capteur de couple situé en bas, le tribomètre Nanovea utilise une cellule de charge de haute précision située en haut pour mesurer avec précision et séparément les forces de friction.
Les tribomètres Nanovea offrent des essais d'usure et de friction précis et répétables en utilisant des modes rotatifs et linéaires conformes aux normes ISO et ASTM (y compris les essais à 4 billes, à rondelle de butée et à bloc sur bague), avec des modules optionnels d'usure à haute température, de lubrification et de tribo-corrosion disponibles dans un système pré-intégré. La gamme inégalée du Nanovea T2000 est une solution idéale pour déterminer la gamme complète des propriétés tribologiques des revêtements, films et substrats minces ou épais, mous ou durs.
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Analyse de la texture de la peau d'orange d'une peinture à l'aide de la profilométrie 3D
Analyse de la texture de la peau d'orange d'une peinture à l'aide de la profilométrie 3D
Introduction
La taille et la fréquence des structures de surface sur les substrats affectent la qualité des revêtements brillants. La texture de la peau d'orange, ainsi nommée en raison de son aspect, peut se développer à partir de l'influence du substrat et de la technique d'application de la peinture. Les problèmes de texture sont généralement quantifiés par l'ondulation, la longueur d'onde et l'effet visuel qu'ils ont sur les revêtements brillants. Les textures les plus petites entraînent une réduction de la brillance, tandis que les plus grandes entraînent des ondulations visibles sur la surface revêtue. La compréhension du développement de ces textures et de sa relation avec les substrats et les techniques est essentielle au contrôle de la qualité.
Importance de la profilométrie pour la mesure de la texture
Contrairement aux instruments 2D traditionnels utilisés pour mesurer la texture brillante, la mesure 3D sans contact fournit rapidement une image 3D permettant de comprendre les caractéristiques de la surface, avec la possibilité supplémentaire d'examiner rapidement les zones d'intérêt. Sans la rapidité et l'examen en 3D, un environnement de contrôle de la qualité s'appuierait uniquement sur des informations en 2D qui ne permettent guère de prévoir l'ensemble de la surface. La compréhension des textures en 3D permet de sélectionner au mieux les mesures de traitement et de contrôle. Le contrôle de la qualité de ces paramètres repose en grande partie sur une inspection quantifiable, reproductible et fiable. Nanovea 3D sans contact Profilomètres Les profilomètres Nanovea utilisent la technologie confocale chromatique pour avoir la capacité unique de mesurer les angles abrupts rencontrés lors des mesures rapides. Les profilomètres Nanovea réussissent là où d'autres techniques ne parviennent pas à fournir des données fiables en raison du contact de la sonde, de la variation de la surface, de l'angle ou de la réflectivité.
Objectif de la mesure
Dans cette application, le Nanovea HS2000L mesure la texture de la peau d'orange d'une peinture brillante. Il existe d'innombrables paramètres de surface calculés automatiquement à partir de la numérisation de la surface 3D. Ici, nous analysons une surface 3D scannée en quantifiant les caractéristiques de la texture de la peau d'orange de la peinture.
Résultats et discussion
Le Nanovea HS2000L a quantifié les paramètres d'isotropie et de hauteur de la peinture à peau d'orange. La texture de la peau d'orange a quantifié la direction du motif aléatoire avec une isotropie de 94,4%. Les paramètres de hauteur quantifient la texture avec une différence de hauteur de 24.84µm.
La courbe du rapport de portance de la figure 4 est une représentation graphique de la distribution de la profondeur. Il s'agit d'une fonction interactive du logiciel qui permet à l'utilisateur de visualiser les distributions et les pourcentages à différentes profondeurs. Un profil extrait dans la Figure 5 donne des valeurs de rugosité utiles pour la texture de la peau d'orange. L'extraction des pics au-dessus d'un seuil de 144 microns montre la texture de la peau d'orange. Ces paramètres sont facilement ajustables à d'autres zones ou paramètres d'intérêt.
Conclusion
Dans cette application, le profilomètre 3D sans contact Nanovea HS2000L caractérise avec précision la topographie et les détails nanométriques de la texture de la peau d'orange sur un revêtement brillant. Les zones d'intérêt des mesures de surface 3D sont rapidement identifiées et analysées à l'aide de nombreuses mesures utiles (dimension, rugosité, texture de finition, topographie de forme, planéité, gauchissement, planéité, aire volumique, hauteur de marche, etc.) Des coupes transversales 2D rapidement choisies fournissent un ensemble complet de ressources de mesures de surface sur la texture de brillance. Les zones d'intérêt particulier peuvent être analysées plus en détail avec un module AFM intégré. La vitesse du profilomètre Nanovea 3D varie de <1 mm/s à 500 mm/s pour convenir aux applications de recherche et aux besoins d'inspection à grande vitesse. Les profilomètres 3D Nanovea ont une large gamme de configurations pour s'adapter à votre application.
