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Catégorie : Tribologie des liquides

 

Performance d'abrasion du papier de verre à l'aide d'un tribomètre

PERFORMANCE D'ABRASION DU PAPIER DE VERRE

EN UTILISANT UN TRIBOMÈTRE

Préparé par

DUANJIE LI, PhD

INTRODUCTION

Le papier de verre est constitué de particules abrasives collées sur une face d'un papier ou d'une toile. Divers matériaux abrasifs peuvent être utilisés pour les particules, comme le grenat, le carbure de silicium, l'oxyde d'aluminium et le diamant. Le papier de verre est largement appliqué dans divers secteurs industriels pour créer des finitions de surface spécifiques sur le bois, le métal et les cloisons sèches. Ils travaillent souvent sous un contact à haute pression appliqué par des outils manuels ou électriques.

IMPORTANCE DE L'ÉVALUATION DES PERFORMANCES D'ABRASION DU PAPIER DE VERRE

L'efficacité d'un papier de verre est souvent déterminée par ses performances d'abrasion dans différentes conditions. La granulométrie, c'est-à-dire la taille des particules abrasives incorporées dans le papier de verre, détermine le taux d'usure et la taille des rayures du matériau à poncer. Les papiers de verre à granulométrie élevée ont des particules plus petites, ce qui se traduit par des vitesses de ponçage plus faibles et des finitions de surface plus fines. Les papiers de verre ayant le même numéro de grain mais fabriqués dans des matériaux différents peuvent avoir des comportements différents dans des conditions sèches ou humides. Des évaluations tribologiques fiables sont nécessaires pour garantir que le papier de verre fabriqué possède le comportement abrasif souhaité. Ces évaluations permettent aux utilisateurs de comparer quantitativement les comportements d'usure de différents types de papier de verre d'une manière contrôlée et surveillée afin de sélectionner le meilleur candidat pour l'application visée.

Tribomètre pneumatique à haute charge

OBJECTIF DE MESURE

Dans cette étude, nous démontrons la capacité du tribomètre NANOVEA à évaluer quantitativement les performances d'abrasion de divers échantillons de papier de verre dans des conditions sèches et humides.

NANOVEA

T2000

EN SAVOIR PLUS

PROCÉDURES DE TEST

Le coefficient de frottement (COF) et les performances à l'abrasion de deux types de papiers de verre ont été évalués par le tribomètre NANOVEA T100. Une bille en acier inoxydable 440 a été utilisée comme matériau de comptoir. Les traces d'usure des billes ont été examinées après chaque test d'usure à l'aide du NANOVEA Profileur optique 3D sans contact pour assurer des mesures précises de perte de volume.

Veuillez noter qu'une bille en acier inoxydable 440 a été choisie comme contre-matériau pour créer une étude comparative, mais tout matériau solide pourrait être substitué pour simuler une condition d'application différente.

RÉSULTATS DES TESTS ET DISCUSSION

La FIGURE 1 montre une comparaison du COF des papiers de verre 1 et 2 dans des conditions environnementales sèches et humides. Le papier de verre 1, dans des conditions sèches, présente un COF de 0,4 au début du test qui diminue progressivement et se stabilise à 0,3. Dans des conditions humides, cet échantillon présente un COF moyen plus faible de 0,27. En revanche, les résultats du COF de l'échantillon 2 montrent un COF à sec de 0,27 et un COF humide de ~ 0,37. 

Veuillez noter que l'oscillation dans les données pour tous les graphiques COF a été causée par les vibrations générées par le mouvement de glissement de la balle contre les surfaces rugueuses du papier de verre.

FIGURE 1: Évolution du COF pendant les essais d'usure.

La FIGURE 2 résume les résultats de l'analyse des cicatrices d'usure. Les cicatrices d'usure ont été mesurées à l'aide d'un microscope optique et d'un profileur optique sans contact NANOVEA 3D. La FIGURE 3 et la FIGURE 4 comparent les cicatrices d'usure des billes SS440 usées après les tests d'usure sur le papier de verre 1 et 2 (conditions humides et sèches). Comme le montre la FIGURE 4, le profileur optique NANOVEA a capturé avec précision la topographie de la surface des quatre billes et leurs traces d'usure respectives, qui ont ensuite été traitées par le logiciel d'analyse avancée NANOVEA Mountains pour calculer la perte de volume et le taux d'usure. Sur le microscope et l'image de profil de la bille, on peut observer que la bille utilisée pour l'essai avec le papier de verre 1 (sec) présentait une cicatrice d'usure aplatie plus importante que les autres, avec une perte de volume de 0,313 %. mm3. En revanche, la perte de volume pour le papier de verre 1 (humide) était de 0.131 mm3. Pour le papier de verre 2 (sec) la perte de volume était de 0.163 mm3 et pour le papier de verre 2 (humide) la perte de volume a augmenté à 0.237 mm3.

De plus, il est intéressant d'observer que le COF a joué un rôle important dans les performances d'abrasion des papiers de verre. Le papier de verre 1 a présenté un COF plus élevé dans les conditions sèches, ce qui a conduit à un taux d'abrasion plus élevé pour la bille SS440 utilisée dans le test. En comparaison, le COF plus élevé du papier de verre 2 à l'état humide a entraîné un taux d'abrasion plus élevé. Les traces d'usure des papiers de verre après les mesures sont présentées dans la FIGURE 5.

Les papiers de verre 1 et 2 prétendent fonctionner dans des environnements secs et humides. Cependant, ils ont présenté des performances d’abrasion significativement différentes dans des conditions sèches et humides. NANOVÉA tribomètres fournir des capacités d'évaluation de l'usure bien contrôlées, quantifiables et fiables qui garantissent des évaluations d'usure reproductibles. De plus, la capacité de mesure du COF in situ 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 du papier de verre.

FIGURE 2 : Volume de la cicatrice d'usure des billes et COF moyen dans différentes conditions.

FIGURE 3 : Cicatrices d'usure des balles après les tests.

FIGURE 4 : Morphologie 3D des cicatrices d'usure sur les billes.

FIGURE 5 : Traces d'usure sur les papiers de verre dans différentes conditions.

CONCLUSION

Dans cette étude, les performances d'abrasion de deux types de papiers de verre de même numéro de grain ont été évaluées dans des conditions sèches et humides. Les conditions d'utilisation du papier de verre jouent un rôle essentiel dans l'efficacité du travail. Le papier de verre 1 possède un comportement à l'abrasion significativement meilleur dans des conditions sèches, tandis que le papier de verre 2 est plus performant dans des conditions humides. La friction pendant le processus de ponçage est un facteur important à prendre en compte lors de l'évaluation des performances d'abrasion. Le profileur optique NANOVEA mesure précisément la morphologie 3D de toute surface, comme les cicatrices d'usure sur une bille, ce qui garantit une évaluation fiable des performances d'abrasion du papier de verre dans cette étude. Le tribomètre NANOVEA mesure le coefficient de friction in situ pendant un essai d'usure, ce qui permet de mieux comprendre les différentes étapes d'un processus d'usure. Il offre également des tests d'usure et de friction répétables en utilisant des modes rotatifs et linéaires conformes aux normes ISO et ASTM, avec des modules optionnels d'usure et de lubrification à haute température disponibles dans un système pré-intégré. Cette gamme inégalée permet aux utilisateurs de simuler différents environnements de travail sévères pour les roulements à billes, notamment les contraintes élevées, l'usure et les températures élevées, etc. Elle constitue également un outil idéal pour évaluer quantitativement les comportements tribologiques de matériaux supérieurs résistant à l'usure sous des charges élevées.

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Test d'usure des pistons

Test d'usure des pistons

Utilisation d'un tribomètre

Préparé par

FRANK LIU

INTRODUCTION

La perte par frottement représente environ 10% de l'énergie totale du carburant d'un moteur diesel.[1]. 40-55% de la perte par friction provient du système de cylindre de puissance. La perte d'énergie due au frottement peut être diminuée par une meilleure compréhension des interactions tribologiques qui se produisent dans le système de cylindre de puissance.

Une partie importante de la perte par frottement dans le système de cylindre de puissance provient du contact entre la jupe du piston et la chemise du cylindre. L'interaction entre la jupe du piston, le lubrifiant et les interfaces du cylindre est assez complexe en raison des changements constants de force, de température et de vitesse dans un moteur réel. L'optimisation de chaque facteur est essentielle pour obtenir des performances optimales du moteur. Cette étude se concentre sur la reproduction des mécanismes à l'origine des forces de frottement et de l'usure aux interfaces jupe du piston - lubrifiant - chemise du cylindre (P-L-C).

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

[1] Bai, Dongfang. Modélisation de la lubrification de la jupe du piston dans les moteurs à combustion interne. Diss. MIT, 2012

IMPORTANCE DE TESTER LES PISTONS AVEC DES TRIBOMÈTRES

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

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

Module liquide sur le tribomètre NANOVEA T2000

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

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

Tribomètre pneumatique à haute charge

NANOVEA T2000

Tribomètre à charge élevée

OBJECTIF DE MESURE

Les interfaces jupe du piston - lubrifiant - chemise du cylindre seront étudiées dans ce rapport. Les interfaces seront reproduites en effectuant un essai d'usure linéaire alternatif avec un module de lubrifiant goutte à goutte.

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

PARAMÈTRES D'ESSAI

pour les essais tribologiques sur les pistons

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

RÉSULTATS DES ESSAIS DE RÉCIPROCITÉ LINÉAIRE

Dans cette expérience, l'A5052 a été utilisé comme contre-matériau. Alors que les blocs moteurs sont généralement fabriqués en aluminium moulé tel que l'A356, l'A5052 a des propriétés mécaniques similaires à l'A356 pour ce test de simulation [2].

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

 

 

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

CONCLUSION

Des essais d'usure par mouvement alternatif linéaire lubrifié ont été menés sur un piston afin de simuler les événements qui se produisent dans une machine à café.
moteur opérationnel en situation réelle. Les interfaces jupe du piston - lubrifiant - chemise du cylindre sont cruciales pour le fonctionnement d'un moteur. L'épaisseur du lubrifiant à l'interface est responsable de la perte d'énergie due à la friction ou à l'usure entre la jupe du piston et la chemise du cylindre. Pour optimiser le moteur, l'épaisseur du film doit être aussi fine que possible sans que la jupe du piston et la chemise du cylindre ne se touchent. Le défi, cependant, est de savoir comment les changements de température, de vitesse et de force affecteront les interfaces P-L-C.

Avec sa large gamme de charge (jusqu'à 2000 N) et de vitesse (jusqu'à 15000 tr/min), le tribomètre NANOVEA T2000 est capable de simuler les différentes conditions possibles dans un moteur. Les études futures possibles sur ce sujet incluent le comportement des interfaces P-L-C sous différentes charges constantes, charges oscillantes, température du lubrifiant, vitesse et méthode d'application du lubrifiant. Ces paramètres peuvent être facilement ajustés avec le tribomètre NANOVEA T2000 pour donner une compréhension complète des mécanismes des interfaces jupe de piston-lubrifiant-revêtement de cylindre.

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Mesure continue de la courbe Stribeck à l'aide d'un tribomètre Pin-on-Disk

Introduction :

Lorsque la lubrification est appliquée pour réduire l'usure/frottement des surfaces mobiles, le contact de lubrification à l'interface peut passer de plusieurs régimes tels que la lubrification limite, mixte et hydrodynamique. L'épaisseur du film fluide joue un rôle majeur dans ce processus, principalement déterminé par la viscosité du fluide, la charge appliquée à l'interface et la vitesse relative entre les deux surfaces. La façon dont les régimes de lubrification réagissent au frottement est illustrée par ce que l'on appelle une courbe de Stribeck [1-4].

Dans cette étude, nous démontrons pour la première fois la capacité de mesurer une courbe de Stribeck continue. Utiliser le Nanovea Tribomètre contrôle avancé de la vitesse sans étape, de 15 000 à 0,01 tr/min, en 10 minutes, le logiciel fournit directement une courbe de Stribeck complète. La configuration initiale simple nécessite uniquement que les utilisateurs sélectionnent le mode rampe exponentielle et saisissent les vitesses initiales et finales, plutôt que d'avoir à effectuer plusieurs tests ou à programmer une procédure par étapes à différentes vitesses nécessitant l'assemblage de données pour les mesures conventionnelles de la courbe de Stribeck. Cette avancée fournit des données précises tout au long de l’évaluation du régime lubrifiant et réduit considérablement le temps et les coûts. Le test montre un grand potentiel d’utilisation dans différentes applications d’ingénierie industrielle.

 

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Comparaison de gouttes ophtalmiques lubrifiantes à l'aide du tribomètre Nanovea T50

Importance de tester les solutions de gouttes oculaires

Les solutions de gouttes oculaires sont utilisées pour soulager les symptômes causés par une série de problèmes oculaires. Par exemple, elles peuvent être utilisées pour traiter une irritation oculaire mineure (sécheresse et rougeur), retarder l'apparition d'un glaucome ou traiter des infections. Les solutions de gouttes ophtalmiques en vente libre sont principalement utilisées pour traiter la sécheresse. Leur efficacité à lubrifier l'œil peut être comparée et mesurée à l'aide d'un test de coefficient de friction.
 
La sécheresse oculaire peut être causée par un grand nombre de facteurs, par exemple la fatigue oculaire due à l'utilisation d'un ordinateur ou le fait d'être à l'extérieur dans des conditions climatiques extrêmes. Un bon collyre lubrifiant aide à maintenir et à compléter l'humidité de la surface externe des yeux. Cela permet d'atténuer l'inconfort, la sensation de brûlure ou l'irritation et la rougeur associés à la sécheresse oculaire. La mesure du coefficient de friction (COF) d'un collyre permet de déterminer son efficacité lubrifiante et de la comparer à celle d'autres solutions.

Objectif de la mesure

Dans cette étude, le coefficient de friction (COF) de trois solutions lubrifiantes différentes de gouttes ophtalmiques a été mesuré en utilisant la configuration "pin-on-disk" sur le tribomètre Nanovea T50.

Procédure d'essai et procédures

Une tige sphérique de 6 mm de diamètre en alumine a été appliquée sur une lame de verre, chaque solution de collyre servant de lubrifiant entre les deux surfaces. Les paramètres d'essai utilisés pour toutes les expériences sont résumés dans le tableau 1 ci-dessous.

Résultats et discussion

Les valeurs maximales, minimales et moyennes du coefficient de friction pour les trois solutions de collyre testées sont présentées dans le tableau 2 ci-dessous. Les graphiques du COF en fonction du nombre de tours pour chaque solution de gouttes ophtalmiques sont illustrés aux figures 2 à 4. Le COF de chaque test est resté relativement constant pendant la majeure partie de la durée totale du test. L'échantillon A avait le COF moyen le plus bas, ce qui indique qu'il avait les meilleures propriétés de lubrification.

 

Conclusion

Dans cette étude, nous démontrons la capacité du tribomètre Nanovea T50 à mesurer le coefficient de friction de trois solutions de gouttes ophtalmiques. Sur la base de ces valeurs, nous montrons que l'échantillon A a un coefficient de friction plus faible et présente donc une meilleure lubrification par rapport aux deux autres échantillons.

Nanovea Tribomètres propose des tests d'usure et de friction précis et reproductibles à l'aide de modules rotatifs et linéaires conformes aux normes ISO et ASTM. Il fournit également des modules optionnels d’usure à haute température, de lubrification et de tribocorrosion disponibles dans un système pré-intégré. Une telle polyvalence permet aux utilisateurs de mieux simuler l’environnement d’application réel et d’améliorer la compréhension fondamentale du mécanisme d’usure et des caractéristiques tribologiques de divers matériaux.

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Performance de la rigidité des poils de brosse à l'aide d'un tribomètre

Les brosses comptent parmi les outils les plus élémentaires et les plus utilisés au monde. Elles peuvent servir à enlever de la matière (brosse à dents, brosse archéologique, brosse de meuleuse), à appliquer de la matière (pinceau à peinture, pinceau à maquillage, pinceau à dorer), à peigner des filaments ou à ajouter un motif. En raison des forces mécaniques et abrasives qu'elles subissent, les brosses doivent constamment être remplacées après une utilisation modérée. Par exemple, les têtes des brosses à dents doivent être remplacées tous les trois ou quatre mois en raison de l'effilochage résultant d'un usage répété. Si les filaments des fibres de la brosse à dents sont trop rigides, ils risquent d'user la dent elle-même et non la plaque dentaire. Si les fibres de la brosse à dents sont trop souples, la brosse perd sa forme plus rapidement. Il est nécessaire de comprendre le changement de courbure de la brosse, ainsi que l'usure et le changement général de forme des filaments dans différentes conditions de charge pour concevoir des brosses qui répondent mieux à leur application.

Performance de la rigidité des poils de brosse à l'aide d'un tribomètre

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