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CONTACTEZ-NOUS

Catégorie : Test de rayures | Défaillance de la cohésion

 

Test d'usure du revêtement PTFE

TEST D'USURE DU REVÊTEMENT PTFE

UTILISATION DU TRIBOMETRE ET DU TESTEUR MECANIQUE

Préparé par

DUANJIE LI, PhD

INTRODUCTION

Le polytétrafluoroéthylène (PTFE), communément appelé Téflon, est un polymère doté d'un coefficient de frottement (COF) exceptionnellement bas et d'une excellente résistance à l'usure, en fonction des charges appliquées. Le PTFE présente une inertie chimique supérieure, un point de fusion élevé de 327 °C (620 °F) et maintient une résistance, une ténacité et une autolubrification élevées à basses températures. La résistance exceptionnelle à l'usure des revêtements PTFE les rend très recherchés dans un large éventail d'applications industrielles, telles que l'automobile, l'aérospatiale, le médical et, notamment, les ustensiles de cuisine.

IMPORTANCE DE L'ÉVALUATION QUANTITATIVE DES REVÊTEMENTS PTFE

La combinaison d'un très faible coefficient de frottement (COF), d'une excellente résistance à l'usure et d'une inertie chimique exceptionnelle à des températures élevées fait du PTFE un choix idéal pour les revêtements de casseroles antiadhésifs. Pour améliorer encore ses processus mécaniques pendant la R&D, ainsi que pour assurer un contrôle optimal de la prévention des dysfonctionnements et des mesures de sécurité dans le processus de contrôle qualité, il est crucial de disposer d'une technique fiable d'évaluation quantitative des processus tribomécaniques des revêtements PTFE. Un contrôle précis du frottement de surface, de l'usure et de l'adhérence des revêtements est essentiel pour garantir les performances prévues.

OBJECTIF DE MESURE

Dans cette application, le processus d'usure d'un revêtement PTFE pour une poêle antiadhésive est simulé à l'aide du tribomètre NANOVEA en mode linéaire alternatif.

NANOVEA T50

Tribomètre à poids libre compact

EN SAVOIR PLUS

De plus, le testeur mécanique NANOVEA a été utilisé pour effectuer un test d'adhérence aux micro-rayures afin de déterminer la charge critique de la défaillance de l'adhérence du revêtement PTFE.

NANOVEA PB1000

Testeur mécanique à grande plate-forme

EN SAVOIR PLUS

PROCÉDURE DE TEST

TEST D'USURE

USURE LINÉAIRE ALTERNATIVE À L'AIDE D'UN TRIBOMÈTRE

Le comportement tribologique de l'échantillon de revêtement PTFE, y compris le coefficient de frottement (COF) et la résistance à l'usure, a été évalué à l'aide du test NANOVEA. Tribomètre en mode alternatif linéaire. Une pointe sphérique en acier inoxydable 440 d'un diamètre de 3 mm (grade 100) a été utilisée contre le revêtement. Le COF a été surveillé en permanence pendant le test d'usure du revêtement PTFE.

 

Le taux d'usure, K, a été calculé à l'aide de la formule K=V/(F×s)=A/(F×n), où V représente le volume usé, F est la charge normale, s est la distance de glissement, A est la surface de la section transversale de la piste d'usure, et n est le nombre de courses. Les profils de traces d'usure ont été évalués à l'aide du NANOVEA Profilomètre optique, et la morphologie des traces d'usure a été examinée à l'aide d'un microscope optique.

PARAMÈTRES DES ESSAIS D'USURE

CHARGE 30 N
DURÉE DU TEST 5 minutes
TAUX GLISSANT 80 tr/min
AMPLITUDE DE PISTE 8 millimètres
RÉVOLUTIONS 300
DIAMÈTRE DE LA BOULE 3 mm
MATÉRIAU DE LA BOULE Acier inoxydable 440
LUBRIFIANT Aucun
ATMOSPHÈRE Air
TEMPÉRATURE 230C (TA)
HUMIDITÉ 43%

PROCÉDURE DE TEST

TEST D'ÉRAFLURE

TEST D'ADHÉRENCE MICRO SCRATCH À L'AIDE D'UN TESTEUR MÉCANIQUE

La mesure de l'adhérence des rayures du PTFE a été réalisée à l'aide du NANOVEA Testeur Méchanique avec un stylet diamant 1200 Rockwell C (rayon de 200 μm) en mode Micro Scratch Tester.

 

Afin d'assurer la reproductibilité des résultats, trois tests ont été réalisés dans des conditions de test identiques.

PARAMÈTRES DE L'ESSAI DE GRATTAGE

TYPE DE CHARGE Progressif
CHARGE INITIALE 0,01 mN
CHARGE FINALE 20 mN
TAUX DE CHARGEMENT 40 mN/min
LONGUEUR DU GRATTAGE 3 mm
VITESSE DE SCRATCHAGE, dx/dt 6.0 mm/min
GÉOMÉTRIE DU PÉNÉTRATEUR 120o Rockwell C
MATÉRIAU DE L'INDENTATEUR (pointe) Diamant
RAYON DE LA POINTE DU PÉNÉTRATEUR 200 μm

RÉSULTATS ET DISCUSSION

USURE LINÉAIRE ALTERNATIVE À L'AIDE D'UN TRIBOMÈTRE

Le COF enregistré in situ est présenté dans la FIGURE 1. L'échantillon de test présentait un COF d'environ 0,18 au cours des 130 premiers tours, en raison de la faible adhérence du PTFE. Cependant, il y a eu une augmentation soudaine du COF jusqu’à environ 1 une fois que le revêtement a percé, révélant le substrat situé en dessous. Suite aux essais linéaires alternatifs, le profil de la trace d'usure a été mesuré à l'aide du NANOVEA Profilomètre optique sans contact, comme le montre la FIGURE 2. À partir des données obtenues, le taux d'usure correspondant a été calculé comme étant d'environ 2,78 × 10-3 mm3/Nm, tandis que la profondeur de la trace d'usure a été déterminée comme étant de 44,94 µm.

Configuration du test d'usure du revêtement PTFE sur le tribomètre NANOVEA T50.

FIGURE 1: Évolution du COF lors du test d'usure du revêtement PTFE.

FIGURE 2 : Extraction de profil de piste d'usure PTFE.

PTFE Avant percée

Max COF 0.217
Min COF 0.125
CAF moyen 0.177

PTFE Après percée

Max COF 0.217
Min COF 0.125
CAF moyen 0.177

TABLEAU 1 : COF avant et après percée lors du test d'usure.

RÉSULTATS ET DISCUSSION

TEST D'ADHÉRENCE MICRO SCRATCH À L'AIDE D'UN TESTEUR MÉCANIQUE

L'adhérence du revêtement PTFE au substrat est mesurée à l'aide de tests de rayure avec un stylet en diamant de 200 µm. La micrographie est illustrée à la FIGURE 3 et à la FIGURE 4, Évolution du COF et de la profondeur de pénétration à la FIGURE 5. Les résultats du test de rayure du revêtement PTFE sont résumés dans le TABLEAU 4. Au fur et à mesure que la charge sur le stylet en diamant augmentait, il pénétrait progressivement dans le revêtement, entraînant une augmentation du COF. Lorsqu'une charge d'environ 8,5 N a été atteinte, la percée du revêtement et l'exposition du substrat se sont produites sous haute pression, conduisant à un COF élevé d'environ 0,3. Le faible St Dev indiqué dans le TABLEAU 2 démontre la répétabilité du test de rayure du revêtement PTFE effectué à l'aide du testeur mécanique NANOVEA.

FIGURE 3 : Micrographie de la rayure complète sur PTFE (10X).

FIGURE 4 : Micrographie de la rayure complète sur PTFE (10X).

FIGURE 5 : Graphique de frottement montrant la ligne du point de rupture critique pour le PTFE.

Test de rayure. Point de défaillance [N] Force de frottement [N] COF
1 0.335 0.124 0.285
2 0.337 0.207 0.310
3 0.380 0.229 0.295
Moyenne 8.52 2.47 0.297
St dev 0.17 0.16 0.012

TABLEAU 2 : Résumé de la charge critique, de la force de friction et du COF lors du test de rayure.

CONCLUSION

Dans cette étude, nous avons réalisé une simulation du processus d'usure d'un revêtement PTFE pour casseroles antiadhésives à l'aide du tribomètre NANOVEA T50 en mode linéaire alternatif. Le revêtement PTFE présentait un faible COF d'environ 0,18, le revêtement a connu une percée à environ 130 tours. L'évaluation quantitative de l'adhérence du revêtement PTFE au substrat métallique a été réalisée à l'aide du testeur mécanique NANOVEA qui a déterminé que la charge critique de l'échec de l'adhérence du revêtement était d'environ 8,5 N dans ce test.

 

Les tribomètres NANOVEA offrent des capacités de test d'usure et de frottement précises et reproductibles en utilisant les modes rotatifs et linéaires conformes aux normes ISO et ASTM. Ils fournissent des modules optionnels pour l'usure à haute température, la lubrification et la tribocorrosion, tous intégrés dans un système unique. Cette polyvalence permet aux utilisateurs de simuler avec plus de précision des environnements d'application réels et de mieux comprendre les mécanismes d'usure et les propriétés tribologiques de différents matériaux.

 

Les testeurs mécaniques NANOVEA proposent des modules Nano, Micro et Macro, chacun comprenant des modes de test d'indentation, de rayure et d'usure conformes aux normes ISO et ASTM, offrant la gamme de capacités de test la plus large et la plus conviviale disponible dans un seul système.

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Nano Scratch & Mar Testing of Paint on Metal Substrate (Essais de rayures et de marques sur des substrats métalliques)

Nano Scratch & Mar Testing

de la peinture sur le substrat métallique

Préparé par

SUSANA CABELLO

INTRODUCTION

La peinture, avec ou sans couche dure, est l'un des revêtements les plus couramment utilisés. On la trouve sur les voitures, les murs, les appareils électroménagers et pratiquement tout ce qui a besoin d'un revêtement protecteur ou simplement à des fins esthétiques. Les peintures destinées à protéger le support sous-jacent contiennent souvent des produits chimiques qui empêchent la peinture de s'enflammer ou simplement de perdre sa couleur ou de se craqueler. Souvent, la peinture utilisée à des fins esthétiques est disponible en différentes couleurs, mais elle n'est pas nécessairement destinée à la protection du support ou à une longue durée de vie.

Néanmoins, toutes les peintures subissent des altérations au fil du temps. Les intempéries peuvent souvent modifier les propriétés de la peinture par rapport à ce que les fabricants avaient prévu. Elle peut s'écailler plus rapidement, se décoller à la chaleur, perdre sa couleur ou se fissurer. Les différents changements de propriétés de la peinture au fil du temps expliquent pourquoi les fabricants offrent un si large choix. Les peintures sont conçues pour répondre aux différentes exigences des clients.

L'IMPORTANCE DES ESSAIS PAR NANO-RAYURES POUR LE CONTRÔLE DE LA QUALITÉ

L'une des principales préoccupations des fabricants de peinture est la capacité de leur produit à résister aux craquelures. Lorsque la peinture commence à se craqueler, elle ne protège plus le support sur lequel elle a été appliquée et ne satisfait donc plus le client. Par exemple, si une branche frappe le côté d'une voiture et que la peinture commence immédiatement à s'écailler, les fabricants de peinture perdront des clients en raison de la mauvaise qualité de leur peinture. La qualité de la peinture est très importante car si le métal sous la peinture est exposé, il peut commencer à rouiller ou à se corroder en raison de cette nouvelle exposition.

 

Ces raisons s'appliquent à plusieurs autres domaines tels que les articles ménagers et de bureau, l'électronique, les jouets, les outils de recherche et bien d'autres encore. Bien que la peinture puisse être résistante à la fissuration lorsqu'elle est appliquée pour la première fois sur des revêtements métalliques, ses propriétés peuvent changer au fil du temps lorsque l'échantillon a subi des intempéries. C'est pourquoi il est très important de tester les échantillons de peinture à leur stade d'altération. Bien que la fissuration sous une forte contrainte soit inévitable, le fabricant doit prévoir à quel point les changements peuvent s'affaiblir avec le temps et quelle doit être la profondeur de la rayure d'affectation afin de fournir à ses consommateurs les meilleurs produits possibles.

OBJECTIF DE MESURE

Nous devons simuler le processus de grattage de manière contrôlée et surveillée pour observer les effets du comportement de l'échantillon. Dans cette application, le testeur mécanique NANOVEA PB1000 en mode Nano Scratch Testing est utilisé pour mesurer la charge nécessaire pour provoquer la rupture d'un échantillon de peinture de 30 à 50 μm d'épaisseur sur un substrat métallique, vieux d'environ 7 ans.

Un stylet à pointe diamantée de 2 μm est utilisé avec une charge progressive allant de 0,015 mN à 20,00 mN pour rayer le revêtement. Nous avons effectué un balayage préalable et postérieur de la peinture avec une charge de 0,2 mN afin de déterminer la valeur de la profondeur réelle de la rayure. La profondeur réelle analyse la déformation plastique et élastique de l'échantillon pendant l'essai, tandis que le balayage a posteriori n'analyse que la déformation plastique de la rayure. Le point où le revêtement se fissure est considéré comme le point de rupture. Nous avons utilisé l'ASTMD7187 comme guide pour déterminer nos paramètres d'essai.

 

Nous pouvons conclure que le fait d'avoir utilisé un échantillon altéré, et donc d'avoir testé un échantillon de peinture à son stade le plus faible, nous a permis d'obtenir des points de défaillance moins élevés.

 

Cinq tests ont été effectués sur cet échantillon afin de

déterminer les charges critiques de rupture exactes.

NANOVEA

PB1000

EN SAVOIR PLUS

PARAMÈTRES D'ESSAI

suivants ASTM D7027

La surface d'un étalon de rugosité a été scannée à l'aide d'un NANOVEA ST400 équipé d'un capteur à grande vitesse qui génère une ligne lumineuse de 192 points, comme le montre la FIGURE 1. Ces 192 points balayent la surface de l'échantillon en même temps, ce qui augmente considérablement la vitesse de balayage.

TYPE DE CHARGE Progressif
CHARGE INITIALE 0,015 mN
CHARGE FINALE 20 mN
TAUX DE CHARGEMENT 20 mN/min
LONGUEUR DU GRATTAGE 1,6 mm
VITESSE DE RACHAT, dx/dt 1,601 mm/min
PRE-SCAN LOAD 0,2 mN
CHARGEMENT POST-SCAN 0,2 mN
Pénétrateur conique 90° Cône 2 µm rayon de la pointe

type de pénétrateur

Conique

Cône 90° diamant

2 µm rayon de la pointe

Pénétrateur conique Diamond 90° Cone 2 µm rayon de la pointe

RÉSULTATS

Cette section présente les données recueillies sur les défaillances au cours de l'essai de rayage. La première section décrit les défaillances observées lors de l'essai de rayage et définit les charges critiques qui ont été signalées. La partie suivante contient un tableau récapitulatif des charges critiques pour tous les échantillons, ainsi qu'une représentation graphique. La dernière partie présente les résultats détaillés pour chaque échantillon : les charges critiques pour chaque rayure, les micrographies de chaque défaillance et le graphique du test.

DÉFAILLANCES OBSERVÉES ET DÉFINITION DES CHARGES CRITIQUES

L'ÉCHEC CRITIQUE :

DOMMAGES INITIAUX

C'est le premier point où les dommages sont observés le long de la piste de grattage.

nano rayure défaillance critique dommage initial

L'ÉCHEC CRITIQUE :

DOMMAGE COMPLET

À ce stade, les dégâts sont plus importants : la peinture s'écaille et se fissure le long de la ligne de démarcation.

nano rayure défaillance critique dommage complet

RÉSULTATS DÉTAILLÉS

* Les valeurs de rupture sont prises au point de fissuration du substrat.

CHARGES CRITIQUES
RAYURE Dommage initial [mN] DOMMAGE COMPLET [µm]
1 14.513 4.932
2 3.895 4.838
3 3.917 4.930
MOYENNE 3.988 4.900
STD DEV 0.143 0.054
Micrographie de l'éraflure complète du test de l'éraflure nanométrique (magnification 1000x).

FIGURE 2 : Micrographie d'une rayure complète (magnification 1000x).

Micrographie des dommages initiaux causés par le test de rayure nanométrique (magnification 1000x)

FIGURE 3 : Micrographie des dommages initiaux (magnification 1000x).

Micrographie des dommages complets causés par le test de rayure nanométrique (magnification 1000x).

FIGURE 4 : Micrographie d'un dommage complet (magnification 1000x).

Force de frottement et Coefficient de frottement de l'essai de grattage nano linéaire

FIGURE 5 : Force de frottement et Coefficient de frottement.

Profil de la surface de grattage nanométrique linéaire

FIGURE 6 : Profil de surface.

Linear Nano Scratch Test True Depth and Residual Depth (profondeur réelle et résiduelle)

FIGURE 7 : Profondeur réelle et profondeur résiduelle.

CONCLUSION

La NANOVÉA Testeur Méchanique dans le Testeur de rayures Nano permet de simuler de nombreuses défaillances réelles de revêtements de peinture et de couches dures. En appliquant des charges croissantes de manière contrôlée et étroitement surveillée, l'instrument permet d'identifier à quelle charge les défaillances se produisent. Cela permet ensuite de déterminer des valeurs quantitatives pour la résistance aux rayures. On sait que le revêtement testé, sans altération, présente une première fissure à environ 22 mN. Avec des valeurs plus proches de 5 mN, il est clair que les 7 années de recouvrement ont dégradé la peinture.

La compensation du profil original permet d'obtenir la profondeur corrigée pendant la rayure et de mesurer la profondeur résiduelle après la rayure. Cela permet d'obtenir des informations supplémentaires sur le comportement plastique ou élastique du revêtement sous l'effet d'une charge croissante. La fissuration et les informations sur la déformation peuvent être très utiles pour améliorer la couche dure. Les écarts types très faibles montrent également la reproductibilité de la technique de l'instrument, ce qui peut aider les fabricants à améliorer la qualité de leur couche dure/peinture et à étudier les effets des intempéries.

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Évaluation des rayures et de l'usure des revêtements industriels

REVÊTEMENT INDUSTRIEL

ÉVALUATION DES RAYURES ET DE L'USURE À L'AIDE D'UN TRIBOMÈTRE

Préparé par

DUANJIE LI, PhD & ANDREA HERRMANN

INTRODUCTION

La peinture acrylique uréthane est un type de revêtement de protection à séchage rapide largement utilisé dans une variété d'applications industrielles, telles que la peinture de sol, la peinture automobile, et autres. Lorsqu'elle est utilisée comme peinture de sol, elle peut être utilisée dans des zones à fort trafic piétonnier et de roues en caoutchouc, comme les allées, les bordures et les parkings.

IMPORTANCE DES ESSAIS DE RAYURE ET D'USURE POUR LE CONTRÔLE DE LA QUALITÉ

Traditionnellement, des tests d'abrasion Taber étaient réalisés pour évaluer la résistance à l'usure des peintures pour sols en uréthane acrylique, conformément à la norme ASTM D4060. Cependant, comme le mentionne la norme, "pour certains matériaux, les essais d'abrasion utilisant l'abrasif de Taber peuvent être sujets à des variations dues à des changements dans les caractéristiques abrasives de la roue pendant l'essai".1 Cela peut entraîner une mauvaise reproductibilité des résultats d'essai et créer des difficultés pour comparer les valeurs rapportées par différents laboratoires. De plus, dans les tests d'abrasion Taber, la résistance à l'abrasion est calculée en tant que perte de poids à un nombre spécifié de cycles d'abrasion. Cependant, les peintures pour sols à base d'uréthane acrylique ont une épaisseur de film sec recommandée de 37,5 à 50 μm2.

Le processus d'abrasion agressif de Taber Abraser peut rapidement user le revêtement acrylique-uréthane et créer une perte de masse vers le substrat, ce qui entraîne des erreurs substantielles dans le calcul de la perte de poids de la peinture. L'implantation de particules abrasives dans la peinture pendant l'essai d'abrasion contribue également aux erreurs. Par conséquent, une mesure quantifiable et fiable bien contrôlée est cruciale pour garantir une évaluation reproductible de l'usure de la peinture. En outre, l'essai d'abrasion test de dépistage permet aux utilisateurs de détecter les défaillances prématurées des adhésifs dans des applications réelles.

OBJECTIF DE MESURE

Dans cette étude, nous montrons que NANOVEA Tribomètres et Testeurs mécaniques sont idéaux pour l’évaluation et le contrôle qualité des revêtements industriels.

Le processus d'usure des peintures de sol en uréthane acrylique avec différentes couches de finition est simulé de manière contrôlée et surveillée à l'aide du tribomètre NANOVEA. Le test de micro-rayures est utilisé pour mesurer la charge nécessaire pour provoquer une rupture cohésive ou adhésive de la peinture.

Tribomètre pneumatique compact T100
NANOVEA T100

Le Tribomètre Pneumatique Compact

EN SAVOIR PLUS

NANOVEA PB1000

L'appareil d'essai mécanique à grande plate-forme

EN SAVOIR PLUS

PROCÉDURE DE TEST

Cette étude évalue quatre revêtements de sol acryliques à base d'eau disponibles dans le commerce qui ont le même apprêt (couche de base) et différentes couches de finition de la même formule avec une légère alternance dans les mélanges d'additifs dans le but d'améliorer la durabilité. Ces quatre revêtements sont identifiés comme les échantillons A, B, C et D.

TEST D'USURE

Le tribomètre NANOVEA a été appliqué pour évaluer le comportement tribologique, par exemple le coefficient de frottement, le COF et la résistance à l'usure. Une pointe sphérique SS440 (diamètre 6 mm, grade 100) a été appliquée contre les peintures testées. Le COF a été enregistré in situ. Le taux d'usure, K, a été évalué à l'aide de la formule K=V/(F×s)=A/(F×n), où V est le volume usé, F est la charge normale, s est la distance de glissement, A est la surface de la section transversale de la piste d'usure, et n est le nombre de tours. Les profils de rugosité de surface et de traces d'usure ont été évalués par le NANOVEA Profilomètre optique, et la morphologie des traces d'usure a été examinée au microscope optique.

PARAMÈTRES DES ESSAIS D'USURE

FORCE NORMALE

20 N

VITESSE

15 m/min

DURÉE DE L'ESSAI

100, 150, 300 et 800 cycles

TEST D'ÉRAFLURE

Le testeur mécanique NANOVEA équipé d'un stylet en diamant Rockwell C (rayon de 200 μm) a été utilisé pour effectuer des tests de rayures à charge progressive sur les échantillons de peinture en utilisant le mode Micro Scratch Tester. Deux charges finales ont été utilisées : Une charge finale de 5 N pour étudier le décollement de la peinture de l'apprêt, et une charge finale de 35 N pour étudier le décollement de l'apprêt des substrats métalliques. Trois tests ont été répétés dans les mêmes conditions sur chaque échantillon afin de garantir la reproductibilité des résultats.

Des images panoramiques de toutes les longueurs de rayures ont été automatiquement générées et leurs emplacements de défaillance critique ont été corrélés avec les charges appliquées par le logiciel du système. Cette fonctionnalité du logiciel permet aux utilisateurs d'effectuer des analyses sur les traces de rayures à tout moment, plutôt que de devoir déterminer la charge critique au microscope immédiatement après les essais de rayures.

PARAMÈTRES DE L'ESSAI DE GRATTAGE

TYPE DE CHARGEProgressif
CHARGE INITIALE0,01 mN
CHARGE FINALE5 N / 35 N
TAUX DE CHARGEMENT10 / 70 N/min
LONGUEUR DU GRATTAGE3 mm
VITESSE DE SCRATCHAGE, dx/dt6.0 mm/min
GÉOMÉTRIE DU PÉNÉTRATEURCône de 120º.
MATÉRIAU DE L'INDENTATEUR (pointe)Diamant
RAYON DE LA POINTE DU PÉNÉTRATEUR200 μm

RÉSULTATS DES TESTS D'USURE

Quatre tests d'usure de type " pin-on-disk " à différents nombres de tours (100, 150, 300 et 800 cycles) ont été réalisés sur chaque échantillon afin de suivre l'évolution de l'usure. La morphologie de la surface des échantillons a été mesurée à l'aide d'un profileur sans contact NANOVEA 3D afin de quantifier la rugosité de surface avant de réaliser les essais d'usure. Tous les échantillons présentaient une rugosité de surface comparable d'environ 1 μm, comme le montre la FIGURE 1. Le COF a été enregistré in situ pendant les essais d'usure, comme le montre la FIGURE 2. La FIGURE 4 présente l'évolution des traces d'usure après 100, 150, 300 et 800 cycles, et la FIGURE 3 résume le taux d'usure moyen des différents échantillons à différentes étapes du processus d'usure.

 

Comparé à une valeur de COF de ~0,07 pour les trois autres échantillons, l'échantillon A présente un COF beaucoup plus élevé de ~0,15 au début, qui augmente progressivement et se stabilise à ~0,3 après 300 cycles d'usure. Un COF aussi élevé accélère le processus d'usure et crée une quantité substantielle de débris de peinture comme l'indique la FIGURE 4 - la couche supérieure de l'échantillon A a commencé à être enlevée dans les 100 premiers tours. Comme l'indique la FIGURE 3, l'échantillon A présente le taux d'usure le plus élevé de ~5 μm2/N au cours des 300 premiers cycles, qui diminue légèrement à ~3,5 μm2/N en raison de la meilleure résistance à l'usure du substrat métallique. La couche supérieure de l'échantillon C commence à se rompre après 150 cycles d'usure, comme le montre la FIGURE 4, ce qui est également indiqué par l'augmentation du COF dans la FIGURE 2.

 

En comparaison, l'échantillon B et l'échantillon D présentent des propriétés tribologiques améliorées. L'échantillon B maintient un faible COF tout au long de l'essai - le COF augmente légèrement de ~0,05 à ~0,1. Un tel effet lubrifiant améliore considérablement sa résistance à l'usure - la couche de finition offre toujours une protection supérieure à l'apprêt sous-jacent après 800 cycles d'usure. Le taux d'usure moyen le plus faible de seulement ~0,77 μm2/N est mesuré pour l'échantillon B à 800 cycles. La couche supérieure de l'échantillon D commence à se délaminer après 375 cycles, comme le reflète l'augmentation abrupte du COF dans la FIGURE 2. Le taux d'usure moyen de l'échantillon D est de ~1,1 μm2/N à 800 cycles.

 

Par rapport aux mesures d'abrasion Taber conventionnelles, le tribomètre NANOVEA fournit des évaluations d'usure bien contrôlées, quantifiables et fiables qui garantissent des évaluations reproductibles et un contrôle de qualité des peintures commerciales pour sols/auto. En outre, la capacité des mesures in situ du COF permet aux utilisateurs de corréler les différentes étapes d'un 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 de divers revêtements de peinture.

FIGURE 1: Morphologie 3D et rugosité des échantillons de peinture.

FIGURE 2 : COF pendant les tests pin-on-disk.

FIGURE 3 : Évolution du taux d'usure de différentes peintures.

FIGURE 4 : Évolution des traces d'usure pendant les essais "pin-on-disk".

RÉSULTATS DU TEST DE GRATTAGE

La FIGURE 5 montre le tracé de la force normale, de la force de frottement et de la profondeur réelle en fonction de la longueur de la rayure pour l'échantillon A à titre d'exemple. Un module d'émission acoustique optionnel peut être installé pour fournir plus d'informations. Lorsque la charge normale augmente linéairement, la pointe de l'indentation s'enfonce progressivement dans l'échantillon testé, comme le reflète l'augmentation progressive de la profondeur réelle. La variation des pentes des courbes de la force de frottement et de la profondeur réelle peut être utilisée comme l'une des implications du début des défaillances du revêtement.

FIGURE 5 : Force normale, force de frottement et profondeur réelle en fonction de la longueur de la rayure pour l'essai de rayure de l'échantillon A avec une charge maximale de 5 N.

La FIGURE 6 et la FIGURE 7 montrent les rayures complètes des quatre échantillons de peinture testés avec une charge maximale de 5 N et 35 N, respectivement. L'échantillon D a nécessité une charge plus élevée de 50 N pour délaminer l'apprêt. Les tests de rayures à une charge finale de 5 N (FIGURE 6) évaluent la défaillance cohésive/adhésive de la peinture supérieure, tandis que ceux à 35 N (FIGURE 7) évaluent la délamination du primaire. Les flèches dans les micrographies indiquent le point auquel la peinture supérieure ou le primaire commence à se détacher complètement du primaire ou du substrat. La charge à ce point, appelée charge critique, Lc, est utilisée pour comparer les propriétés cohésives ou adhésives de la peinture, comme résumé dans le tableau 1.

 

Il est évident que l'échantillon de peinture D présente la meilleure adhérence interfaciale - affichant les valeurs Lc les plus élevées de 4,04 N à la délamination de la peinture et de 36,61 N à la délamination du primaire. L'échantillon B présente la deuxième meilleure résistance aux rayures. À partir de l'analyse des rayures, nous montrons que l'optimisation de la formule de la peinture est essentielle pour les comportements mécaniques, ou plus précisément, la résistance aux rayures et les propriétés d'adhésion des peintures acryliques pour sols.

Tableau 1 : Résumé des charges critiques.

FIGURE 6 : Micrographies d'une rayure complète avec une charge maximale de 5 N.

FIGURE 7 : Micrographies d'une rayure complète avec une charge maximale de 35 N.

CONCLUSION

Par rapport aux mesures d'abrasion Taber conventionnelles, le testeur mécanique et le tribomètre NANOVEA sont des outils supérieurs pour l'évaluation et le contrôle de la qualité des revêtements de sol commerciaux et automobiles. Le testeur mécanique NANOVEA en mode rayure peut détecter les problèmes d'adhésion/cohésion dans un système de revêtement. Le tribomètre NANOVEA fournit une analyse tribologique quantifiable et répétable bien contrôlée sur la résistance à l'usure et le coefficient de frottement des peintures.

 

Sur la base des analyses tribologiques et mécaniques complètes des revêtements de sol acryliques à base d'eau testés dans cette étude, nous montrons que l'échantillon B possède le COF et le taux d'usure les plus faibles et la deuxième meilleure résistance aux rayures, tandis que l'échantillon D présente la meilleure résistance aux rayures et la deuxième meilleure résistance à l'usure. Cette évaluation nous permet d'évaluer et de sélectionner le meilleur candidat ciblant les besoins dans différents environnements d'application.

 

Les modules Nano et Micro du testeur mécanique NANOVEA comprennent tous des modes d'indentation, de rayure et d'usure conformes aux normes ISO et ASTM, offrant ainsi la plus large gamme de tests disponibles pour l'évaluation des peintures sur un seul module. Le tribomètre 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 tribocorrosion disponibles dans un système pré-intégré. La gamme inégalée de NANOVEA constitue une solution idéale pour déterminer l'ensemble des propriétés mécaniques/tribologiques des revêtements, films et substrats minces ou épais, souples ou durs, notamment la dureté, le module de Young, la résistance à la rupture, l'adhérence, la résistance à l'usure et bien d'autres encore. Des profileurs optiques sans contact NANOVEA sont disponibles en option pour l'imagerie 3D haute résolution des rayures et des traces d'usure, en plus d'autres mesures de surface telles que la rugosité.

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Test de rayure sur le revêtement en nitrure de titane

TEST DE RAYURE DU REVÊTEMENT EN NITRURE DE TITANE

INSPECTION DU CONTRÔLE DE LA QUALITÉ

Préparé par

DUANJIE LI, PhD

INTRODUCTION

La combinaison d'une dureté élevée, d'une excellente résistance à l'usure, d'une résistance à la corrosion et d'une inertie fait du nitrure de titane (TiN) un revêtement protecteur idéal pour les composants métalliques dans diverses industries. Par exemple, la rétention des arêtes et la résistance à la corrosion d'un revêtement TiN peuvent augmenter considérablement l'efficacité du travail et prolonger la durée de vie des machines-outils telles que les lames de rasoir, les coupeurs de métaux, les moules à injection et les scies. Sa grande dureté, son inertie et sa non-toxicité font du TiN un excellent candidat pour les applications dans les dispositifs médicaux, notamment les implants et les instruments chirurgicaux.

IMPORTANCE DES ESSAIS D'ÉCRASEMENT DU REVÊTEMENT TiN

La contrainte résiduelle dans les revêtements protecteurs PVD/CVD joue un rôle essentiel dans les performances et l'intégrité mécanique du composant revêtu. La contrainte résiduelle provient de plusieurs sources principales, notamment la contrainte de croissance, les gradients thermiques, les contraintes géométriques et la contrainte de service¹. Le décalage de la dilatation thermique entre le revêtement et le substrat créé lors du dépôt du revêtement à des températures élevées entraîne une contrainte résiduelle thermique élevée. En outre, les outils revêtus de TiN sont souvent utilisés sous des contraintes concentrées très élevées, par exemple les forets et les roulements. Il est essentiel de développer un processus de contrôle de qualité fiable pour inspecter quantitativement la force cohésive et adhésive des revêtements fonctionnels de protection.

[1] V. Teixeira, Vacuum 64 (2002) 393-399.

OBJECTIF DE MESURE

Dans cette étude, nous montrons que le NANOVEA Testeurs mécaniques en mode Scratch sont idéaux pour évaluer la force de cohésion/adhérence des revêtements protecteurs TiN de manière contrôlée et quantitative.

NANOVEA

PB1000

EN SAVOIR PLUS
nanoindentateur et testeur de rayures Nanovea PB1000

CONDITIONS DE TEST

Le testeur mécanique NANOVEA PB1000 a été utilisé pour effectuer le revêtement. tests de résistance à l'abrasion sur trois revêtements TiN en utilisant les mêmes paramètres d'essai que ceux résumés ci-dessous :

MODE DE CHARGE : Linéaire progressif

CHARGE INITIALE

0.02 N

CHARGE FINALE

10 N

TAUX DE CHARGEMENT

20 N/min

LONGUEUR DU GRATTAGE

5 mm

INDENTER TYPE

Sphéro-conique

Diamant, rayon 20 μm

RÉSULTATS ET DISCUSSION

La FIGURE 1 montre l'évolution enregistrée de la profondeur de pénétration, du coefficient de frottement (COF) et de l'émission acoustique pendant l'essai. Les microtraces complètes sur les échantillons de TiN sont illustrées à la FIGURE 2. Les comportements de défaillance à différentes charges critiques sont présentés dans la FIGURE 3, où la charge critique Lc1 est définie comme la charge à laquelle le premier signe de fissure cohésive apparaît dans la piste de rayure, Lc2 est la charge après laquelle des défaillances par spallation répétées ont lieu, et Lc3 est la charge à laquelle le revêtement est complètement retiré du substrat. Les valeurs de charge critique (Lc) pour les revêtements TiN sont résumées dans la FIGURE 4.

L'évolution de la profondeur de pénétration, du COF et de l'émission acoustique donne un aperçu du mécanisme de rupture du revêtement à différents stades, qui sont représentés par les charges critiques dans cette étude. On peut observer que l'échantillon A et l'échantillon B présentent un comportement comparable pendant l'essai de rayure. Le stylet pénètre progressivement dans l'échantillon jusqu'à une profondeur de ~0,06 mm et le COF augmente graduellement jusqu'à ~0,3 alors que la charge normale augmente linéairement au début du test de rayure du revêtement. Lorsque le Lc1 de ~3,3 N est atteint, le premier signe de rupture par écaillage apparaît. Cela se reflète également dans les premiers pics importants dans le tracé de la profondeur de pénétration, du COF et de l'émission acoustique. Lorsque la charge continue d'augmenter jusqu'à Lc2 de ~3,8 N, de nouvelles fluctuations de la profondeur de pénétration, du COF et de l'émission acoustique se produisent. Nous pouvons observer une défaillance continue par spallation présente des deux côtés de la piste de rayure. À Lc3, le revêtement se détache complètement du substrat métallique sous la pression élevée appliquée par le stylet, laissant le substrat exposé et non protégé.

En comparaison, l'échantillon C présente des charges critiques plus faibles à différents stades des essais de rayure du revêtement, ce qui se reflète également dans l'évolution de la profondeur de pénétration, du coefficient de friction (COF) et de l'émission acoustique pendant l'essai de rayure du revêtement. L'échantillon C possède une couche intermédiaire d'adhésion avec une dureté plus faible et une contrainte plus élevée à l'interface entre le revêtement TiN supérieur et le substrat métallique par rapport à l'échantillon A et l'échantillon B.

Cette étude démontre l'importance d'un support de substrat et d'une architecture de revêtement appropriés pour la qualité du système de revêtement. Une couche intermédiaire plus solide peut mieux résister à la déformation sous une charge externe élevée et une contrainte de concentration, et ainsi améliorer la force cohésive et adhésive du système revêtement/substrat.

FIGURE 1: Évolution de la profondeur de pénétration, du COF et de l'émission acoustique des échantillons de TiN.

FIGURE 2 : Trace complète de rayure des revêtements TiN après les tests.

FIGURE 3 : Défaillances du revêtement TiN sous différentes charges critiques, Lc.

FIGURE 4 : Résumé des valeurs de charge critique (Lc) pour les revêtements TiN.

CONCLUSION

Dans cette étude, nous avons montré que le testeur mécanique NANOVEA PB1000 réalise des tests de rayures fiables et précis sur des échantillons revêtus de TiN de manière contrôlée et étroitement surveillée. Les mesures de rayures permettent aux utilisateurs d'identifier rapidement la charge critique à laquelle les défaillances typiques des revêtements cohésifs et adhésifs se produisent. Nos instruments sont des outils de contrôle qualité supérieurs qui peuvent inspecter et comparer quantitativement la qualité intrinsèque d'un revêtement et l'intégrité interfaciale d'un système revêtement/substrat. Un revêtement avec une couche intermédiaire appropriée peut résister à une grande déformation sous une charge externe élevée et une contrainte de concentration, et améliorer la force cohésive et adhésive d'un système revêtement/substrat.

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

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

Propriétés d'adhésion du revêtement d'or

sur un substrat de cristal de quartz

Préparé par

DUANJIE LIPhD

INTRODUCTION

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

IMPORTANCE DU TEST SCRATCH POUR LE QCM

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

OBJECTIF DE MESURE

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

NANOVEA

PB1000

nanoindentateur et testeur de rayures Nanovea PB1000
CONDITIONS DE TEST

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

TYPE DE CHARGE : Progressif

CHARGE INITIALE

0.01 N

CHARGE FINALE

30 N

ATMOSPHÈRE : Air 24°C

VITESSE DE GLISSEMENT

2 mm/min

DISTANCE DE GLISSEMENT

2 mm

RÉSULTATS ET DISCUSSION

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

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

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

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

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

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

CONCLUSION

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

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

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

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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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Comprendre les défaillances des revêtements à l'aide d'essais de rayure

Introduction :

L'ingénierie de surface des matériaux joue un rôle important dans une variété d'applications fonctionnelles, allant de l'aspect décoratif à la protection des substrats contre l'usure, la corrosion et d'autres formes d'attaques. Un facteur important et primordial qui détermine la qualité et la durée de vie des revêtements est leur force de cohésion et d'adhésion.

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Résistance aux rayures des protections d'écran de téléphone portable

Résistance aux rayures des protections d'écran de téléphone portable

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Importance de tester les protections d'écran

Bien que les écrans de téléphone soient conçus pour résister aux chocs et aux rayures, ils sont toujours susceptibles d'être endommagés. L'utilisation quotidienne du téléphone provoque leur usure, c'est-à-dire l'accumulation de rayures et de fissures. Comme la réparation de ces écrans peut être coûteuse, les protections d'écran sont un élément de prévention des dommages abordable, couramment acheté et utilisé pour augmenter la durabilité d'un écran.


En utilisant le module macro du testeur mécanique Nanovea PB1000 en conjonction avec le capteur d'émissions acoustiques (AE), nous pouvons clairement identifier les charges critiques auxquelles les protections d'écran présentent une défaillance en raison de l'essai de rayure1 afin de créer une étude comparative entre deux types de protections d'écran.


Deux types courants de matériaux de protection d'écran sont le TPU (polyuréthane thermoplastique) et le verre trempé. Le verre trempé est considéré comme le meilleur des deux car il offre une meilleure protection contre les chocs et les rayures. Cependant, il est aussi le plus cher. Les protections d'écran en TPU, quant à elles, sont moins chères et constituent un choix populaire pour les consommateurs qui préfèrent les protections d'écran en plastique. Étant donné que les protections d'écran sont conçues pour absorber les rayures et les impacts et qu'elles sont généralement composées de matériaux aux propriétés fragiles, les essais de rayures contrôlés associés à la détection in situ de l'EA constituent une configuration d'essai optimale pour déterminer les charges auxquelles les défaillances cohésives (par exemple, fissuration, écaillage et fracture) et/ou les défaillances adhésives (par exemple, délamination et écaillage) se produisent.



Objectif de la mesure

Dans cette étude, trois tests de rayures ont été effectués sur deux protections d'écran commerciales différentes en utilisant le module macro du testeur mécanique PB1000 de Nanovea. En utilisant un capteur d'émissions acoustiques et un microscope optique, les charges critiques auxquelles chaque protection d'écran a présenté une ou plusieurs défaillances ont été identifiées.




Procédure d'essai et procédures

Le testeur mécanique Nanovea PB1000 a été utilisé pour tester deux protections d'écran appliquées sur l'écran d'un téléphone et serrées sur une table à capteur de friction. Les paramètres de test pour toutes les rayures sont présentés dans le tableau 1 ci-dessous.




Résultats et discussion

Les protections d'écran étant fabriquées dans des matériaux différents, elles présentaient toutes des types de défaillances différents. Une seule défaillance critique a été observée pour la protection d'écran en TPU, tandis que la protection d'écran en verre trempé en présentait deux. Les résultats pour chaque échantillon sont présentés dans le tableau 2 ci-dessous. La charge critique #1 est définie comme la charge à laquelle les protections d'écran ont commencé à montrer des signes de rupture cohésive au microscope. La charge critique #2 est définie par le premier changement de pic observé dans les données du graphique des émissions acoustiques.


Pour le protecteur d'écran TPU, la charge critique #2 correspond à l'emplacement de la rayure où le protecteur a commencé à se détacher visiblement de l'écran du téléphone. Une rayure est apparue à la surface de l'écran du téléphone lorsque la charge critique #2 a été dépassée pour le reste des tests de rayures. Pour la protection d'écran en verre trempé, la charge critique #1 correspond à l'endroit où les fractures radiales ont commencé à apparaître. La charge critique #2 se produit vers la fin de la rayure à des charges plus élevées. L'émission acoustique est d'une magnitude plus importante que celle du protecteur d'écran TPU, mais l'écran du téléphone n'a subi aucun dommage. Dans les deux cas, la charge critique #2 correspond à un changement important de la profondeur, indiquant que le pénétrateur a percé le protecteur d'écran.













Conclusion




Dans cette étude, nous présentons la capacité du testeur mécanique Nanovea PB1000 à effectuer des tests de rayures contrôlés et répétables et à utiliser simultanément la détection d'émissions acoustiques pour identifier avec précision les charges auxquelles la rupture adhésive et cohésive se produit dans les protections d'écran en TPU et en verre trempé. Les données expérimentales présentées dans ce document confirment l'hypothèse initiale selon laquelle le verre trempé est le plus performant pour la prévention des rayures sur les écrans de téléphone.


Le testeur mécanique Nanovea offre des capacités de mesure précises et reproductibles de l'indentation, des rayures et de l'usure à l'aide de modules Nano et Micro conformes aux normes ISO et ASTM. Le Testeur Méchanique est un système complet, ce qui en fait la solution idéale pour déterminer la gamme complète des propriétés mécaniques des revêtements, films et substrats fins ou épais, souples ou durs.

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Automatisation multiple d'échantillons similaires à l'aide du testeur mécanique PB1000

Introduction :

Les revêtements sont largement utilisés dans diverses industries en raison de leurs propriétés fonctionnelles. La dureté d'un revêtement, sa résistance à l'érosion, sa faible friction et sa résistance élevée à l'usure ne sont que quelques-unes des nombreuses propriétés qui rendent les revêtements importants. Une méthode couramment utilisée pour quantifier ces propriétés est l'essai de rayure, qui permet une mesure répétable des propriétés adhésives et/ou cohésives d'un revêtement. En comparant les charges critiques auxquelles la rupture se produit, les propriétés intrinsèques d'un revêtement peuvent être évaluées.

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Un meilleur regard sur les verres en polycarbonate

Un meilleur regard sur les verres en polycarbonate En savoir plus
 
Les lentilles en polycarbonate sont couramment utilisées dans de nombreuses applications optiques. Leur grande résistance aux chocs, leur faible poids et le coût peu élevé de leur production en grande série les rendent plus pratiques que le verre traditionnel dans diverses applications [1]. Certaines de ces applications exigent des critères de sécurité (par exemple, les lunettes de sécurité), de complexité (par exemple, la lentille de Fresnel) ou de durabilité (par exemple, la lentille des feux de signalisation) qui sont difficiles à satisfaire sans l'utilisation de plastiques. Sa capacité à répondre à bon marché à de nombreuses exigences tout en conservant des qualités optiques suffisantes fait que les verres en plastique se distinguent dans son domaine. Les lentilles en polycarbonate ont également des limites. La principale préoccupation des consommateurs est la facilité avec laquelle ils peuvent être rayés. Pour compenser cela, des processus supplémentaires peuvent être réalisés pour appliquer un revêtement anti-rayures. Nanovea examine certaines propriétés importantes des lentilles en plastique à l'aide de nos trois instruments de métrologie : Profilomètre, Tribomètreet Testeur Méchanique.   Cliquez pour en savoir plus !

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