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Catégorie : Tests de laboratoire

 

Tribologie des roches

TRIBOLOGIE ROCHE

UTILISATION DU TRIBOMÈTRE NANOVEA

Préparé par

DUANJIE LI, PhD

INTRODUCTION

Les roches sont composées de grains de minéraux. Le type et l'abondance de ces minéraux, ainsi que la force de liaison chimique entre les grains minéraux, déterminent les propriétés mécaniques et tribologiques des roches. En fonction des cycles géologiques des roches, les roches peuvent subir des transformations et sont généralement classées en trois grands types : ignées, sédimentaires et métamorphiques. Ces roches présentent différentes compositions minérales et chimiques, perméabilités et tailles de particules, et ces caractéristiques contribuent à leur résistance à l'usure variée. La tribologie des roches explore les comportements d'usure et de friction des roches dans diverses conditions géologiques et environnementales.

IMPORTANCE DE LA TRIBOLOGIE ROCK

Divers types d'usure des roches, notamment l'abrasion et la friction, se produisent pendant le processus de forage des puits, entraînant d'importantes pertes directes et consécutives attribuées à la réparation et au remplacement des trépans et des outils de coupe. Par conséquent, l’étude de la forabilité, de la forabilité, de la découpabilité et de l’abrasivité des roches est essentielle dans les industries pétrolière, gazière et minière. La recherche en tribologie des roches joue un rôle central dans la sélection des stratégies de forage les plus efficaces et les plus rentables, améliorant ainsi l'efficacité globale et contribuant à la conservation des matériaux, de l'énergie et de l'environnement. De plus, minimiser le frottement de surface est très avantageux pour réduire l'interaction entre le trépan de forage et la roche, ce qui entraîne une diminution de l'usure de l'outil et une efficacité de forage/coupe améliorée.

OBJECTIF DE MESURE

Dans cette étude, nous avons simulé et comparé les propriétés tribologiques de deux types de roches pour mettre en valeur la capacité du NANOVEA T50 Tribomètre en mesurant le coefficient de frottement et le taux d'usure des roches de manière contrôlée et surveillée.

NANOVEA

T50

EN SAVOIR PLUS

LES ÉCHANTILLONS

PROCÉDURE DE TEST

Le coefficient de frottement, COF et la résistance à l'usure de deux échantillons de roche ont été évalués par le tribomètre NANOVEA T50 à l'aide du module d'usure Pin-on-Disc. Une bille d'Al2O3 (diamètre 6 mm) a été utilisée comme contre-matériau. La trace d'usure a été examinée à l'aide du profilomètre sans contact NANOVEA après les tests. Les paramètres de test sont résumés ci-dessous. 

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. La rugosité de la surface et les profils des traces d'usure ont été évalués avec le profilomètre optique NANOVEA, et la morphologie des traces d'usure a été examinée à l'aide d'un microscope optique. 

Veuillez noter que la bille Al2O3 comme matériau de comptoir a été utilisée comme exemple dans cette étude. N'importe quel matériau solide de formes différentes peut être appliqué à l'aide d'un dispositif personnalisé pour simuler la situation réelle de l'application.

PARAMÈTRES D'ESSAI

SURFACE EN ACIER

Calcaire, Marbre

RAYON DE L'ANNEAU D'USURE 5 mm
FORCE NORMALE 10 N
DURÉE DU TEST 10 minutes
VITESSE 100 tr/min

RÉSULTATS ET DISCUSSION

La dureté (H) et le module élastique (E) des échantillons de calcaire et de marbre sont comparés dans la FIGURE 1, en utilisant le module Micro Indentation du testeur mécanique NANOVEA. L'échantillon de calcaire présentait des valeurs H et E inférieures, mesurant respectivement 0,53 et 25,9 GPa, contrairement au marbre, qui enregistrait des valeurs de 1,07 pour H et 49,6 GPa pour E. La variabilité relativement plus élevée des valeurs H et E observée dans le L'échantillon de calcaire peut être attribué à sa plus grande inhomogénéité de surface, provenant de ses caractéristiques granulées et poreuses.

L'évolution du COF lors des essais d'usure des deux échantillons de roche est représentée dans la FIGURE 2. Le calcaire connaît initialement une augmentation rapide du COF jusqu'à environ 0,8 au début de l'essai d'usure, maintenant cette valeur pendant toute la durée de l'essai. Ce changement brusque du COF peut être attribué à la pénétration de la bille d'Al2O3 dans l'échantillon de roche, résultant d'un processus rapide d'usure et de rugosité se produisant au niveau de la face de contact à l'intérieur de la piste d'usure. En revanche, l’échantillon de marbre présente une augmentation notable du COF jusqu’à des valeurs plus élevées après environ 5 mètres de distance de glissement, ce qui signifie sa résistance à l’usure supérieure à celle du calcaire.

FIGURE 1: Comparaison de la dureté et du module d'Young entre des échantillons de calcaire et de marbre.

FIGURE 2 : Evolution du Coefficient de Friction (COF) dans des échantillons de calcaire et de marbre lors d'essais d'usure.

La FIGURE 3 compare les profils en coupe transversale des échantillons de calcaire et de marbre après les tests d'usure, et le tableau 1 résume les résultats de l'analyse des traces d'usure. La FIGURE 4 montre les traces d'usure des échantillons au microscope optique. L'évaluation de la trace d'usure s'aligne sur l'observation de l'évolution du COF : l'échantillon de marbre, qui maintient un faible COF pendant une période plus longue, présente un taux d'usure inférieur de 0,0046 mm³/N·m, contre 0,0353 mm³/N·m pour le calcaire. Les propriétés mécaniques supérieures du marbre contribuent à sa meilleure résistance à l’usure que le calcaire.

FIGURE 3 : Profils en coupe des traces d'usure.

ZONE DE LA VALLÉE PROFONDEUR DE LA VALLÉE TAUX D'USURE
CALCAIRE 35,3 ± 5,9 × 104 µm2 229 ± 24 μm 0,0353 mm3/Nm
MARBRE 4,6 ± 1,2 × 104 µm2 61 ± 15 μm 0,0046 mm3/Nm

TABLEAU 1 : Résumé des résultats de l’analyse des traces d’usure.

FIGURE 4 : Traces d'usure au microscope optique.

CONCLUSION

Dans cette étude, nous avons présenté la capacité du tribomètre NANOVEA à évaluer le coefficient de frottement et la résistance à l'usure de deux échantillons de roche, à savoir le marbre et le calcaire, de manière contrôlée et surveillée. Les propriétés mécaniques supérieures du marbre contribuent à sa résistance exceptionnelle à l’usure. Cette propriété rend difficile le forage ou la coupe dans l’industrie pétrolière et gazière. À l’inverse, il prolonge considérablement sa durée de vie lorsqu’il est utilisé comme matériau de construction de haute qualité, comme les carreaux de sol.

Les tribomètres NANOVEA offrent des capacités de test d'usure et de friction précises et reproductibles, conformes aux normes ISO et ASTM en modes rotatif et linéaire. De plus, il fournit des modules optionnels pour l'usure à haute température, la lubrification et la tribocorrosion, le tout parfaitement intégré dans un seul système. La gamme inégalée de NANOVEA est une solution idéale pour déterminer la gamme complète des propriétés tribologiques des revêtements, films, substrats fins ou épais, souples ou durs, et de la tribologie des roches.

Analyse de surface grenaillée

ANALYSE DE SURFACE GRAPPEE

UTILISATION DU PROFILOMÈTRE 3D SANS CONTACT

Préparé par

CRAIG LEISING

INTRODUCTION

Le grenaillage est un processus dans lequel un substrat est bombardé avec des billes sphériques de métal, de verre ou de céramique - communément appelées "grenaille" - à une force destinée à induire une plasticité sur la surface. L'analyse des caractéristiques avant et après le grenaillage fournit des informations cruciales pour améliorer la compréhension et le contrôle du processus. La rugosité de la surface et la zone de couverture des fossettes laissées par le tir sont des aspects particulièrement intéressants.

Importance du profilomètre 3D sans contact pour l'analyse de surface grenaillée

Contrairement aux profilomètres à contact traditionnels, traditionnellement utilisés pour l'analyse des surfaces grenaillées, la mesure 3D sans contact fournit une image 3D complète pour offrir une compréhension plus complète de la zone de couverture et de la topographie de la surface. Sans fonctionnalités 3D, une inspection s’appuiera uniquement sur des informations 2D, insuffisantes pour caractériser une surface. Comprendre la topographie, la zone de couverture et la rugosité en 3D constitue la meilleure approche pour contrôler ou améliorer le processus de grenaillage. NANOVEA Profilomètres 3D sans contact utilise la technologie Chromatic Light avec une capacité unique à mesurer les angles abrupts trouvés sur les surfaces usinées et martelées. De plus, lorsque 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, les profilomètres NANOVEA réussissent.

OBJECTIF DE MESURE

Dans cette application, le profilomètre sans contact NANOVEA ST400 est utilisé pour mesurer la matière première et deux surfaces martelées différemment pour un examen comparatif. Il existe une liste interminable de paramètres de surface qui peuvent être calculés automatiquement après le scan de surface 3D. Ici, nous examinerons la surface 3D et sélectionnerons les zones d'intérêt pour une analyse plus approfondie, y compris la quantification et l'étude de la rugosité, des fossettes et de la surface.

NANOVEA

ST400

EN SAVOIR PLUS
profilomètre optique sans contact 3d

L'ÉCHANTILLON

RÉSULTATS

SURFACE EN ACIER

ISO 25178 PARAMÈTRES DE RUGOSITÉ 3D

SA 0,399 μm Rugosité moyenne
Sq 0,516 μm Rugosité RMS
Sz 5,686 μm Pic à vallée maximum
Sp 2,976 μm Hauteur maximale du pic
Sv 2,711 μm Profondeur maximale de la fosse
UGS 3.9344 Kurtosis
Ssk -0.0113 Skewness
Sal 0,0028 millimètres Longueur d'auto-corrélation
Str 0.0613 Rapport d'aspect des textures
Sdar 26,539 mm² Superficie
Svk 0,589 μm Profondeur réduite de la vallée
 

RÉSULTATS

SURFACE MARTELÉE 1

SURFACE COUVERTE
98.105%

ISO 25178 PARAMÈTRES DE RUGOSITÉ 3D

Sa 4.102 μm Rugosité moyenne
Sq 5,153 μm Rugosité RMS
Sz 44,975 μm Pic à vallée maximum
Sp 24,332 μm Hauteur maximale du pic
Sv 20,644 μm Profondeur maximale de la fosse
UGS 3.0187 Kurtosis
Ssk 0.0625 Skewness
Sal 0,0976 mm Longueur d'auto-corrélation
Str 0.9278 Rapport d'aspect des textures
Sdar 29,451 mm² Superficie
Svk 5,008 μm Profondeur réduite de la vallée

RÉSULTATS

SURFACE MARTELÉE 2

SURFACE COUVERTE 97.366%

ISO 25178 PARAMÈTRES DE RUGOSITÉ 3D

Sa 4.330 μm Rugosité moyenne
Sq 5,455 μm Rugosité RMS
Sz 54,013 μm Pic à vallée maximum
Sp 25,908 μm Hauteur maximale du pic
Sv 28.105 μm Profondeur maximale de la fosse
UGS 3.0642 Kurtosis
Ssk 0.1108 Skewness
Sal 0,1034 mm Longueur d'auto-corrélation
Str 0.9733 Rapport d'aspect des textures
Sdar 29,623 mm² Superficie
Svk 5,167 μm Profondeur réduite de la vallée

CONCLUSION

Dans cette application d'analyse de surface grenaillée, nous avons démontré comment le profileur 3D sans contact NANOVEA ST400 caractérise précisément à la fois la topographie et les détails nanométriques d'une surface grenaillée. Il est évident que la Surface 1 et la Surface 2 ont un impact significatif sur tous les paramètres rapportés ici par rapport à la matière première. Un simple examen visuel des images révèle les différences entre les surfaces. Ceci est encore confirmé en observant la zone de couverture et les paramètres énumérés. Par rapport à la surface 2, la surface 1 présente une rugosité moyenne inférieure (Sa), des bosses moins profondes (Sv) et une surface réduite (Sdar), mais une zone de couverture légèrement supérieure.

À partir de ces mesures de surface 3D, les zones d'intérêt peuvent être facilement identifiées et soumises à une gamme complète de mesures, y compris la rugosité, la finition, la texture, la forme, la topographie, la planéité, le gauchissement, la planéité, le volume, la hauteur de marche et autres. Une coupe 2D peut être rapidement choisie pour une analyse détaillée. Ces informations permettent une étude complète des surfaces grenaillées, en utilisant une gamme complète de ressources de mesure de surface. Des domaines d'intérêt spécifiques pourraient être examinés plus en détail avec un module AFM intégré. Les profilomètres 3D NANOVEA offrent des vitesses allant jusqu'à 200 mm/s. Ils peuvent être personnalisés en termes de taille, de vitesse, de capacités de numérisation et peuvent même être conformes aux normes de salle blanche de classe 1. Des options telles que le convoyeur d'indexation et l'intégration pour une utilisation en ligne ou en ligne sont également disponibles.

Un merci spécial à M. Hayden du FMI pour avoir fourni l'échantillon présenté dans cette note. Finissage industriel des métaux inc. | indmetfin.com

Morphologie de la surface de la peinture

MORPHOLOGIE DE LA SURFACE DE PEINTURE

SUIVI AUTOMATISÉ DE L'ÉVOLUTION EN TEMPS RÉEL
UTILISATION DU PROFILOMÈTRE 3D NANOVEA

Préparé par

DUANJIE LI, PhD

INTRODUCTION

Les propriétés protectrices et décoratives de la peinture jouent un rôle important dans une variété d'industries, y compris l'automobile, la marine, l'armée et la construction. Pour obtenir les propriétés souhaitées, telles que la résistance à la corrosion, la protection contre les UV et la résistance à l'abrasion, les formules et les architectures de peinture sont soigneusement analysées, modifiées et optimisées.

IMPORTANCE DU PROFILOMÈTRE 3D SANS CONTACT POUR L'ANALYSE DE LA MORPHOLOGIE DE LA SURFACE DE LA PEINTURE SÉCHANTE

La peinture est généralement appliquée sous forme liquide et subit un processus de séchage, qui implique l'évaporation des solvants et la transformation de la peinture liquide en un film solide. Au cours du processus de séchage, la surface de la peinture change progressivement de forme et de texture. Différentes finitions et textures de surface peuvent être développées en utilisant des additifs pour modifier la tension de surface et les propriétés d'écoulement de la peinture. Cependant, dans le cas d'une recette de peinture mal formulée ou d'un traitement de surface inapproprié, des défaillances indésirables de la surface de peinture peuvent se produire.

Une surveillance précise in situ de la morphologie de la surface de la peinture pendant la période de séchage peut fournir un aperçu direct du mécanisme de séchage. De plus, l’évolution en temps réel des morphologies de surface constitue une information très utile dans diverses applications, comme l’impression 3D. La NANOVÉA Profilomètres 3D sans contact mesurer la morphologie de la surface de la peinture des matériaux sans toucher l'échantillon, en évitant toute altération de forme qui pourrait être provoquée par des technologies de contact telles qu'un stylet coulissant.

OBJECTIF DE MESURE

Dans cette application, le profilomètre sans contact NANOVEA ST500, équipé d'un capteur optique de ligne à grande vitesse, est utilisé pour surveiller la morphologie de la surface de la peinture pendant sa période de séchage d'une heure. Nous présentons la capacité du profilomètre sans contact NANOVEA à fournir une mesure de profil 3D automatisée en temps réel des matériaux avec un changement de forme continu.

NANOVEA

ST500

EN SAVOIR PLUS

RÉSULTATS ET DISCUSSION

La peinture a été appliquée sur la surface d'une tôle, suivie immédiatement de mesures automatisées de l'évolution morphologique de la peinture en séchage in situ à l'aide du profilomètre sans contact NANOVEA ST500 équipé d'un capteur de ligne à grande vitesse. Une macro avait été programmée pour mesurer et enregistrer automatiquement la morphologie de la surface 3D à des intervalles de temps spécifiques : 0, 5, 10, 20, 30, 40, 50 et 60 min. Cette procédure d'analyse automatisée permet aux utilisateurs d'effectuer automatiquement des tâches d'analyse en exécutant des procédures définies dans l'ordre, ce qui réduit considérablement les efforts, le temps et les éventuelles erreurs de l'utilisateur par rapport aux tests manuels ou aux analyses répétées. Cette automatisation s'avère extrêmement utile pour les mesures à long terme impliquant plusieurs balayages à différents intervalles de temps.

Le capteur de ligne optique génère une ligne lumineuse composée de 192 points, comme illustré à la FIGURE 1. Ces 192 points lumineux balayent simultanément la surface de l'échantillon, ce qui augmente considérablement la vitesse de balayage. Cela garantit que chaque scan 3D est terminé rapidement pour éviter des changements de surface substantiels lors de chaque scan individuel.

FIGURE 1: Capteur de ligne optique balayant la surface de la peinture en cours de séchage.

La vue en fausses couleurs, la vue 3D et le profil 2D de la topographie de la peinture de séchage à des moments représentatifs sont illustrés sur la FIGURE 2, la FIGURE 3 et la FIGURE 4, respectivement. La fausse couleur dans les images facilite la détection de caractéristiques qui ne sont pas facilement discernables. Différentes couleurs représentent les variations de hauteur sur différentes zones de la surface de l'échantillon. La vue 3D offre aux utilisateurs un outil idéal pour observer la surface de la peinture sous différents angles. Au cours des 30 premières minutes du test, les fausses couleurs sur la surface de la peinture passent progressivement de tons plus chauds à des tons plus froids, indiquant une diminution progressive de la hauteur au fil du temps au cours de cette période. Ce processus ralentit, comme le montre le léger changement de couleur lors de la comparaison de la peinture à 30 et 60 minutes.

La hauteur moyenne de l'échantillon et les valeurs de rugosité Sa en fonction du temps de séchage de la peinture sont tracées à la FIGURE 5. L'analyse complète de la rugosité de la peinture après 0, 30 et 60 min de temps de séchage est répertoriée dans le TABLEAU 1. On peut observer que la hauteur moyenne de la surface de la peinture diminue rapidement de 471 à 329 µm au cours des 30 premières minutes de temps de séchage. La texture de surface se développe en même temps que le solvant se vaporise, conduisant à une augmentation de la valeur de rugosité Sa de 7,19 à 22,6 µm. Le processus de séchage de la peinture ralentit par la suite, entraînant une diminution progressive de la hauteur de l'échantillon et de la valeur Sa à 317 µm et 19,6 µm, respectivement, à 60 min.

Cette étude met en évidence les capacités du profilomètre 3D sans contact NANOVEA à surveiller les changements de surface 3D de la peinture en cours de séchage en temps réel, fournissant des informations précieuses sur le processus de séchage de la peinture. En mesurant la morphologie de la surface sans toucher l'échantillon, le profilomètre évite d'introduire des altérations de forme dans la peinture non séchée, ce qui peut se produire avec des technologies de contact comme le stylet coulissant. Cette approche sans contact garantit une analyse précise et fiable de la morphologie de la surface de séchage de la peinture.

FIGURE 2 : Évolution de la morphologie de la surface de séchage de la peinture à différents moments.

FIGURE 3 : Vue 3D de l'évolution de la surface de la peinture à différents temps de séchage.

FIGURE 4 : Profil 2D sur l'échantillon de peinture après différents temps de séchage.

FIGURE 5 : Évolution de la hauteur moyenne de l'échantillon et de la valeur de rugosité Sa en fonction du temps de séchage de la peinture.

ISO 25178

Temps de séchage (min) 0 5 10 20 30 40 50 60
Carré (µm) 7.91 9.4 10.8 20.9 22.6 20.6 19.9 19.6
UGS 26.3 19.8 14.6 11.9 10.5 9.87 9.83 9.82
Sp (µm) 97.4 105 108 116 125 118 114 112
Sv (µm) 127 70.2 116 164 168 138 130 128
Sz (µm) 224 175 224 280 294 256 244 241
Sa (µm) 4.4 5.44 6.42 12.2 13.3 12.2 11.9 11.8

Carré – Hauteur racine carrée moyenne | UGS – Kurtosis | Sp- Hauteur maximale du pic | Sv- Hauteur maximale de la fosse | Sz- Hauteur maximale | Sv- Hauteur moyenne arithmétique

TABLEAU 1 : Rugosité de la peinture à différents temps de séchage.

CONCLUSION

Dans cette application, nous avons présenté les capacités du profilomètre 3D sans contact NANOVEA ST500 pour surveiller l'évolution de la morphologie de la surface de la peinture pendant le processus de séchage. Le capteur de ligne optique à grande vitesse, générant une ligne avec 192 points lumineux qui balayent simultanément la surface de l'échantillon, a rendu l'étude rapide tout en garantissant une précision inégalée.

La fonction macro du logiciel d'acquisition permet de programmer des mesures automatisées de la morphologie de surface 3D in situ, ce qui la rend particulièrement utile pour les mesures à long terme impliquant plusieurs balayages à des intervalles de temps cibles spécifiques. Cela réduit considérablement le temps, les efforts et le potentiel d'erreurs de l'utilisateur. Les changements progressifs de la morphologie de la surface sont surveillés en continu et enregistrés en temps réel au fur et à mesure que la peinture sèche, fournissant des informations précieuses sur le mécanisme de séchage de la peinture.

Les données présentées ici ne représentent qu'une fraction des calculs disponibles dans le logiciel d'analyse. Les profilomètres NANOVEA sont capables de mesurer pratiquement n'importe quelle surface, qu'elle soit transparente, sombre, réfléchissante ou opaque.

 

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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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Cartographie de l'usure progressive des revêtements de sol à l'aide d'un tribomètre

Cartographie de l'usure progressive des revêtements de sol

Utilisation d'un tribomètre avec profilomètre intégré

Préparé par

FRANK LIU

INTRODUCTION

Les matériaux de revêtement de sol sont conçus pour être durables, mais ils subissent souvent l'usure due aux activités quotidiennes telles que les déplacements et l'utilisation des meubles. Pour garantir leur longévité, la plupart des types de revêtements de sol sont dotés d'une couche d'usure protectrice qui résiste aux dommages. Cependant, l'épaisseur et la durabilité de la couche d'usure varient en fonction du type de revêtement de sol et du niveau de circulation piétonnière. De plus, les différentes couches de la structure du revêtement de sol, telles que les revêtements UV, les couches décoratives et les vernis, ont des taux d'usure variables. C'est là qu'intervient la cartographie de l'usure progressive. En utilisant le tribomètre NANOVEA T2000 avec un Profilomètre 3D sans contact, une surveillance et une analyse précises des performances et de la longévité des matériaux de revêtement de sol peuvent être effectuées. En fournissant des informations détaillées sur le comportement à l'usure de divers matériaux de revêtement de sol, les scientifiques et les professionnels techniques peuvent prendre des décisions plus éclairées lors de la sélection et de la conception de nouveaux systèmes de revêtement de sol.

IMPORTANCE DE LA CARTOGRAPHIE DE L'USURE PROGRESSIVE POUR LES PANNEAUX DE SOL

Les essais de revêtements de sol sont traditionnellement axés sur le taux d'usure d'un échantillon pour déterminer sa résistance à l'usure. Cependant, la cartographie de l'usure progressive permet d'analyser le taux d'usure de l'échantillon tout au long du test, ce qui fournit des informations précieuses sur le comportement de l'échantillon face à l'usure. Cette analyse approfondie permet d'établir des corrélations entre les données de frottement et le taux d'usure, ce qui permet d'identifier les causes profondes de l'usure. Il convient de noter que les taux d'usure ne sont pas constants tout au long des essais d'usure. Ainsi, l'observation de la progression de l'usure donne une évaluation plus précise de l'usure de l'échantillon. Dépassant les méthodes d'essai traditionnelles, l'adoption de la cartographie de l'usure progressive a contribué à des avancées significatives dans le domaine des essais de revêtements de sol.

Le tribomètre NANOVEA T2000 avec profilomètre 3D sans contact intégré est une solution révolutionnaire pour les tests d'usure et les mesures de perte de volume. Sa capacité à se déplacer avec précision entre la goupille et le profilomètre garantit la fiabilité des résultats en éliminant tout écart de rayon ou d'emplacement des traces d'usure. Mais ce n'est pas tout : les capacités avancées du profilomètre 3D sans contact permettent des mesures de surface à grande vitesse, réduisant le temps de numérisation à quelques secondes seulement. Avec la capacité d'appliquer des charges allant jusqu'à 2 000 N et d'atteindre des vitesses d'essorage allant jusqu'à 5 000 tr/min, le NANOVEA T2000 Tribomètre offre polyvalence et précision dans le processus d’évaluation. Il est clair que cet équipement joue un rôle essentiel dans la cartographie de l'usure progressive.

 

FIGURE 1: Montage de l'échantillon avant l'essai d'usure (à gauche) et profilométrie de la piste d'usure après l'essai d'usure (à droite).

OBJECTIF DE MESURE

Des tests de cartographie d'usure progressive ont été réalisés sur deux types de revêtements de sol : la pierre et le bois. Chaque échantillon a subi un total de 7 cycles de test, avec des durées de test croissantes de 2, 4, 8, 20, 40, 60 et 120 s, permettant une comparaison de l'usure dans le temps. Après chaque cycle d'essai, la piste d'usure a été profilée à l'aide du profilomètre sans contact NANOVEA 3D. À partir des données recueillies par le profileur, le volume du trou et le taux d'usure peuvent être analysés à l'aide des fonctions intégrées dans le logiciel NANOVEA Tribometer ou dans notre logiciel d'analyse de surface, Mountains.

NANOVEA

T2000

EN SAVOIR PLUS
tribomètre
échantillons de test de cartographie d'usure pour le bois et la pierre

 LES ÉCHANTILLONS 

PARAMÈTRES DE L'ESSAI DE CARTOGRAPHIE DE L'USURE

CHARGE40 N
DURÉE DU TESTvarie
VITESSE200 tr/min
RADIUS10 mm
DISTANCEvarie
MATÉRIAU DE LA BOULECarbure de tungstène
DIAMÈTRE DE LA BOULE10 mm

Les durées d'essai utilisées au cours des 7 cycles étaient les suivantes 2, 4, 8, 20, 40, 60 et 120 secondesrespectivement. Les distances parcourues étaient les suivantes 0,40, 0,81, 1,66, 4,16, 8,36, 12,55 et 25,11 mètres.

RÉSULTATS DE LA CARTOGRAPHIE DE L'USURE

PARQUET EN BOIS

Cycle d'essaiMax COFMin COFAvg. COF
10.3350.1240.275
20.3370.2070.295
30.3800.2290.329
40.3930.2650.354
50.3520.2050.314
60.3450.1990.312
70.3150.2110.293

 

ORIENTATION RADIALE

Cycle d'essaiPerte totale de volume (µm3)Distance totale
Parcouru (m)		Taux d'usure
(mm/Nm) x10-5		Taux d'usure instantané
(mm/Nm) x10-5
12962476870.401833.7461833.746
23552452271.221093.260181.5637
35963713262.88898.242363.1791
48837477677.04530.629172.5496
5120717995115.40360.88996.69074
6147274531827.95293.32952.89311
7185131921053.06184.34337.69599
taux d'usure progressive du bois par rapport à la distance totale

FIGURE 2 : Taux d'usure en fonction de la distance totale parcourue (gauche)
et taux d'usure instantanée en fonction du cycle d'essai (à droite) pour les revêtements de sol en bois.

cartographie de l'usure progressive des sols en bois

FIGURE 3 : Graphique COF et vue 3D de la trace d'usure de l'essai #7 sur un revêtement de sol en bois.

cartographie de l'usure profil extrait

FIGURE 4 : Analyse transversale de la piste d'usure en bois de l'essai #7

cartographie de l'usure progressive analyse du volume et de la surface

FIGURE 5 : Analyse du volume et de la surface de la trace d'usure sur l'échantillon de bois Test #7.

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RÉSULTATS DE LA CARTOGRAPHIE DE L'USURE

SOLS EN PIERRE

Cycle d'essaiMax COFMin COFAvg. COF
10.2490.0350.186
20.3490.1970.275
30.2940.1540.221
40.5030.1240.273
50.5480.1060.390
60.5100.1290.434
70.5270.1810.472

 

ORIENTATION RADIALE

Cycle d'essaiPerte totale de volume (µm3)Distance totale
Parcouru (m)		Taux d'usure
(mm/Nm) x10-5		Taux d'usure instantané
(mm/Nm) x10-5
1962788460.40595.957595.9573
28042897311.222475.1852178.889
313161478552.881982.355770.9501
431365302157.041883.2691093.013
51082173218015.403235.1802297.508
62017496034327.954018.2821862.899
74251206342053.064233.0812224.187
taux d'usure des revêtements de sol en pierre par rapport à la distance
tableau du taux d'usure instantanée des revêtements de sol en pierre

FIGURE 6 : Taux d'usure en fonction de la distance totale parcourue (gauche)
et taux d'usure instantané en fonction du cycle d'essai (à droite) pour un revêtement de sol en pierre.

sol en pierre profil 3d de la piste d'usure

FIGURE 7 : Graphique COF et vue 3D de la piste d'usure de l'essai #7 sur un revêtement de sol en pierre.

profil extrait de la cartographie de l'usure progressive du sol en pierre
revêtement de sol en pierre profil extrait profondeur et hauteur maximales surface du trou et du sommet

FIGURE 8 : Analyse transversale de la piste d'usure en pierre de l'essai #7.

analyse du volume de la cartographie de l'usure progressive des sols en bois

FIGURE 9 : Analyse du volume et de la surface des traces d'usure sur l'échantillon de pierre #7.


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DISCUSSION

Le taux d'usure instantané est calculé à l'aide de l'équation suivante :
cartographie de l'usure progressive de la formule de revêtement de sol

Où V est le volume d'un trou, N est la charge et X est la distance totale, cette équation décrit le taux d'usure entre les cycles d'essai. Le taux d'usure instantané peut être utilisé pour mieux identifier les changements du taux d'usure tout au long de l'essai.

Les deux échantillons ont des comportements d'usure très différents. Au fil du temps, le revêtement de sol en bois commence par présenter un taux d'usure élevé, mais diminue rapidement pour atteindre une valeur plus faible et stable. Pour le revêtement de sol en pierre, le taux d'usure semble commencer par une valeur faible et tendre vers une valeur plus élevée au fil des cycles. Le taux d'usure instantané est également peu cohérent. La raison spécifique de cette différence n'est pas certaine, mais elle peut être due à la structure des échantillons. Le revêtement de sol en pierre semble être constitué de particules lâches ressemblant à des grains, qui s'useraient différemment par rapport à la structure compacte du bois. Des tests et des recherches supplémentaires seraient nécessaires pour déterminer la cause de ce comportement d'usure.

Les données relatives au coefficient de frottement (COF) semblent correspondre au comportement d'usure observé. Le graphique du COF pour le revêtement de sol en bois semble cohérent tout au long des cycles, complétant son taux d'usure régulier. Pour le revêtement de sol en pierre, le COF moyen augmente tout au long des cycles, de la même manière que le taux d'usure augmente également avec les cycles. On observe également des changements apparents dans la forme des graphiques de frottement, ce qui suggère des changements dans la manière dont la bille interagit avec l'échantillon de pierre. Ces changements sont particulièrement visibles dans les cycles 2 et 4.

CONCLUSION

Le tribomètre NANOVEA T2000 démontre sa capacité à réaliser une cartographie de l'usure progressive en analysant le taux d'usure entre deux échantillons de revêtements de sol différents. La pause du test d'usure continue et le balayage de la surface avec le profilomètre sans contact NANOVEA 3D fournissent des informations précieuses sur le comportement d'usure du matériau au fil du temps.

Le tribomètre NANOVEA T2000 avec le profilomètre 3D sans contact intégré fournit une grande variété de données, y compris les données COF (coefficient de frottement), les mesures de surface, les relevés de profondeur, la visualisation de la surface, la perte de volume, le taux d'usure, et bien plus encore. Cet ensemble complet d'informations permet aux utilisateurs de mieux comprendre les interactions entre le système et l'échantillon. Avec son chargement contrôlé, sa haute précision, sa facilité d'utilisation, son chargement élevé, sa large plage de vitesse et ses modules environnementaux supplémentaires, le tribomètre NANOVEA T2000 fait passer la tribologie au niveau supérieur.

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Analyse mécanique dynamique du liège par nanoindentation

ANALYSE MÉCANIQUE DYNAMIQUE

DU LIÈGE PAR NANOINDENTATION

Préparé par

FRANK LIU

INTRODUCTION

L'analyse mécanique dynamique (DMA) est une technique puissante utilisée pour étudier les propriétés mécaniques des matériaux. Dans cette application, nous nous concentrons sur l'analyse du liège, un matériau largement utilisé dans les processus de scellage et de vieillissement du vin. Le liège, obtenu à partir de l'écorce du chêne Quercus suber, présente des structures cellulaires distinctes qui lui confèrent des propriétés mécaniques semblables à celles des polymères synthétiques. Dans un axe, le liège a une structure en nid d'abeille. Les deux autres axes sont structurés en de multiples prismes rectangulaires. Cela confère au liège des propriétés mécaniques différentes en fonction de l'orientation testée.

IMPORTANCE DES ESSAIS D'ANALYSE MÉCANIQUE DYNAMIQUE (AMD) DANS L'ÉVALUATION DES PROPRIÉTÉS MÉCANIQUES DU LIÈGE

La qualité des bouchons dépend en grande partie de leurs propriétés mécaniques et physiques, qui sont cruciales pour leur effectivité dans le bouchage du vin. Les facteurs clés qui déterminent la qualité du liège sont la flexibilité, l'isolation, la résilience et l'imperméabilité aux gaz et aux liquides. En utilisant l'analyse mécanique dynamique (DMA), nous pouvons évaluer quantitativement les propriétés de flexibilité et de résilience des bouchons, fournissant ainsi une méthode d'évaluation fiable.

L'appareil d'essai mécanique NANOVEA PB1000 dans le secteur de l'agriculture et de l'élevage. Nanoindentation permet de caractériser ces propriétés, en particulier le module de Young, le module de stockage, le module de perte et le tan delta (tan (δ)). Les essais DMA permettent également de recueillir des données précieuses sur le déphasage, la dureté, la contrainte et la déformation du matériau liège. Ces analyses complètes nous permettent de mieux comprendre le comportement mécanique des bouchons et leur adéquation aux applications de bouchage du vin.

OBJECTIF DE MESURE

Dans cette étude, nous avons effectué une analyse mécanique dynamique (DMA) sur quatre bouchons de liège en utilisant le testeur mécanique NANOVEA PB1000 en mode nanoindentation. La qualité des bouchons de liège est étiquetée comme suit : 1 - Flor, 2 - First, 3 - Colm : 1 - Flor, 2 - Premier, 3 - Colmaté, 4 - Caoutchouc synthétique. Des tests d'indentation DMA ont été effectués dans les directions axiale et radiale pour chaque bouchon de liège. En analysant la réponse mécanique des bouchons de liège, nous avons cherché à comprendre leur comportement dynamique et à évaluer leurs performances dans des orientations différentes.

NANOVEA

PB1000

EN SAVOIR PLUS

PARAMÈTRES D'ESSAI

FORCE MAXIMALE75 mN
TAUX DE CHARGEMENT150 mN/min
TAUX DE DÉCHARGEMENT150 mN/min
AMPLITUDE5 mN
FRÉQUENCE1 Hz
CREEP60 s

type de pénétrateur

Boule

51200 Acier

3 mm de diamètre

RÉSULTATS

Dans les tableaux et les graphiques ci-dessous, le module de Young, le module de stockage, le module de perte et le tan delta sont comparés entre chaque échantillon et chaque orientation.

Module d'Young : Stiffness ; des valeurs élevées indiquent la stiff, des valeurs faibles indiquent la flexibilité.

Module de stockage : Réponse élastique ; énergie stockée dans le matériau.

Module de perte : Réponse visqueuse ; perte d'énergie due à la chaleur.

Tan (δ) : Amortissement ; des valeurs élevées indiquent un amortissement plus important.

ORIENTATION AXIALE

BouchonMODULE DE YOUNGMODULE DE STOCKAGEMODULE DE PERTETAN
#(MPa)(MPa)(MPa)(δ)
122.567522.272093.6249470.162964
218.5466418.271533.1623490.17409
323.7538123.472673.6178190.154592
423.697223.580642.3470080.099539



ORIENTATION RADIALE

BouchonMODULE DE YOUNGMODULE DE STOCKAGEMODULE DE PERTETAN
#(MPa)(MPa)(MPa)(δ)
124.7886324.565423.3082240.134865
226.6661426.317394.2862160.163006
344.0786743.614266.3659790.146033
428.0475127.941482.4359780.087173

MODULE DE YOUNG

MODULE DE STOCKAGE

MODULE DE PERTE

TAN DELTA

Entre les bouchons, le module de Young n'est pas très différent lorsqu'il est testé dans l'orientation axiale. Seuls les bouchons #2 et #3 présentent une différence apparente de module d'Young entre la direction radiale et la direction axiale. Par conséquent, le module de stockage et le module de perte seront également plus élevés dans la direction radiale que dans la direction axiale. Le bouchon #4 présente des caractéristiques similaires à celles des bouchons en liège naturel, à l'exception du module de perte. Ceci est très intéressant car cela signifie que le liège naturel a une propriété plus visqueuse que le caoutchouc synthétique.

CONCLUSION

La NANOVÉA Testeur Méchanique en mode Nano Scratch Tester, il permet de simuler de nombreuses défaillances réelles des revêtements de peinture et des couches dures. En appliquant des charges croissantes de manière contrôlée et étroitement surveillée, l'instrument permet d'identifier à quel moment les défaillances de charge se produisent. Cela peut ensuite être utilisé pour déterminer des valeurs quantitatives de résistance aux rayures. Le revêtement testé, sans altération, est connu pour présenter une première fissure vers 22 mN. Avec des valeurs plus proches de 5 mN, il est clair que le passage de 7 ans a dégradé la peinture.

La compensation du profil original permet d'obtenir une profondeur corrigée pendant la rayure et de mesurer la profondeur résiduelle après la rayure. Cela donne 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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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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Inspection par cartographie de la rugosité à l'aide de la profilométrie 3D

INSPECTION DE LA CARTOGRAPHIE DE LA RUGOSITÉ

EN UTILISANT LA PROFILOMÉTRIE 3D

Préparé par

DUANJIE, PhD

INTRODUCTION

La rugosité et la texture de la surface sont des facteurs critiques qui ont un impact sur la qualité finale et les performances d'un produit. Une compréhension approfondie de la rugosité, de la texture et de la consistance de la surface est essentielle pour sélectionner les meilleures mesures de traitement et de contrôle. Une inspection en ligne rapide, quantifiable et fiable des surfaces des produits est nécessaire pour identifier à temps les produits défectueux et optimiser les conditions de la chaîne de production.

IMPORTANCE DU PROFILOMETRE 3D SANS CONTACT POUR L'INSPECTION DE SURFACE EN LIGNE

Les défauts de surface des produits résultent 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. NANOVÉA Profileurs optiques 3D sans contact utilisez la technologie Chromatic Light avec une capacité unique pour déterminer la rugosité d’un échantillon sans contact. Le capteur linéaire permet de scanner le profil 3D d'une grande surface à grande vitesse. 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 NANOVEA ST400 équipé d'un capteur à grande vitesse est utilisé pour inspecter la surface d'un échantillon de Teflon présentant un défaut afin de démontrer la capacité du NANOVEA

Les profilomètres sans contact permettent une inspection rapide et fiable des surfaces dans une chaîne de production.

NANOVEA

ST400

EN SAVOIR PLUS

RÉSULTATS ET DISCUSSION

Analyse de surface en 3D de la Rugosité Échantillon standard

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.

La FIGURE 2 montre des vues en fausses couleurs de la carte de hauteur de surface et de la carte de distribution de la rugosité de l'échantillon standard de rugosité. Dans la FIGURE 2a, l'échantillon de rugosité standard présente une surface légèrement inclinée, comme le montre le gradient de couleur varié dans chacun des blocs de rugosité standard. Dans la FIGURE 2b, la distribution homogène de la rugosité est représentée dans les différents blocs de rugosité, dont la couleur représente la rugosité dans les blocs.

La FIGURE 3 montre des exemples de cartes de réussite/échec générées par le logiciel d'analyse en fonction de différents seuils de rugosité. Les blocs de rugosité sont surlignés en rouge lorsque leur rugosité de surface est supérieure à une certaine valeur seuil. L'utilisateur dispose ainsi d'un outil lui permettant de définir un seuil de rugosité pour déterminer la qualité de l'état de surface d'un échantillon.

FIGURE 1: Balayage du capteur de lignes optiques sur l'échantillon de l'étalon de rugosité

a. Carte des hauteurs de surface :

b. Carte de rugosité :

FIGURE 2 : Vues en fausses couleurs de la carte de hauteur de surface et de la carte de distribution de la rugosité de l'échantillon standard de rugosité.

FIGURE 3 : Carte de réussite/échec basée sur le seuil de rugosité.

Inspection de la surface d'un échantillon de teflon présentant des défauts

La carte de hauteur de surface, la carte de distribution de la rugosité et la carte de seuil de rugosité Pass/Fail de la surface de l'échantillon de Teflon sont illustrées dans la FIGURE 4. L'échantillon de Teflon présente une crête au centre droit de l'échantillon, comme le montre la carte de la hauteur de surface.

a. Carte des hauteurs de surface :

Les différentes couleurs de la palette de la FIGURE 4b 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 Teflon. Cependant, les défauts, sous la forme d'un anneau dentelé et d'une cicatrice d'usure, sont mis en évidence par des couleurs vives. L'utilisateur peut facilement définir un seuil de rugosité Pass/Fail pour localiser les défauts de surface, comme le montre la FIGURE 4c. Cet outil permet aux utilisateurs de contrôler in situ la qualité de la surface du produit dans la chaîne de production et de détecter à temps les produits défectueux. La valeur de rugosité en temps réel est calculée et enregistrée lorsque les produits passent devant le capteur optique en ligne, ce qui peut constituer un outil rapide mais fiable pour le contrôle de la qualité.

b. Carte de rugosité :

c. Carte du seuil de rugosité (réussite/échec) :

FIGURE 4 : Carte de hauteur de surface, carte de distribution de la rugosité, et Carte du seuil de rugosité (réussite/échec) de la surface de l'échantillon de Teflon.

CONCLUSION

Dans cette application, nous avons montré comment le profileur optique sans contact NANOVEA ST400 3D, équipé d'un capteur de ligne optique, constitue un outil de contrôle de la qualité fiable, effective et efficace.

Le capteur de ligne optique génère une ligne lumineuse de 192 points qui balayent la surface de l'échantillon en même temps, ce qui permet d'augmenter considérablement la vitesse de balayage. Il peut être installé sur la ligne de production pour contrôler la rugosité de la surface des produits in situ. Le seuil de rugosité constitue un critère fiable pour déterminer la qualité de la surface des produits, ce qui permet aux utilisateurs de détecter à temps les produits défectueux.

Les données présentées ici ne représentent qu'une partie des calculs disponibles dans le logiciel d'analyse. Les profilomètres NANOVEA mesurent pratiquement toutes les surfaces dans des domaines tels que les semi-conducteurs, la microélectronique, l'énergie solaire, les fibres optiques, l'automobile, l'aérospatiale, la métallurgie, l'usinage, les revêtements, la pharmacie, la biomédecine, l'environnement et bien d'autres encore.

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Dureté à la rayure à haute température à l'aide d'un tribomètre

DURETÉ À LA RAYURE À HAUTE TEMPÉRATURE

EN UTILISANT UN TRIBOMÈTRE

Préparé par

DUANJIE, PhD

INTRODUCTION

La dureté mesure la résistance des matériaux à une déformation permanente ou plastique. Développé à l'origine par un minéralogiste allemand, Friedrich Mohs, en 1820, le test de dureté par rayure détermine la dureté d'un matériau aux rayures et à l'abrasion dues au frottement d'un objet pointu.1. L'échelle de Mohs étant un indice comparatif plutôt qu'une échelle linéaire, une mesure plus précise et qualitative de la dureté par rayure a été mise au point, comme le décrit la norme ASTM G171-03.2. Il mesure la largeur moyenne de la rayure créée par un stylet diamanté et calcule l'indice de dureté de la rayure (HSP).

IMPORTANCE DE LA MESURE DE LA DURETÉ PAR RAYURE À HAUTE TEMPÉRATURE

Les matériaux sont choisis en fonction des exigences de service. Pour les applications impliquant des changements de température importants et des gradients thermiques, il est essentiel d'étudier les propriétés mécaniques des matériaux à haute température afin de connaître parfaitement les limites mécaniques. Les matériaux, en particulier les polymères, se ramollissent généralement à haute température. De nombreuses défaillances mécaniques sont dues à la déformation par fluage et à la fatigue thermique qui ne se produisent qu'à des températures élevées. Il est donc nécessaire de disposer d'une technique fiable pour mesurer la dureté à haute température afin de garantir une sélection adéquate des matériaux pour les applications à haute température.

OBJECTIF DE MESURE

Dans cette étude, le tribomètre NANOVEA T50 mesure la dureté aux rayures d'un échantillon de téflon à différentes températures allant de la température ambiante à 300 °C. La capacité d'effectuer des mesures de dureté aux rayures à haute température rend le NANOVEA Tribomètre un système polyvalent pour les évaluations tribologiques et mécaniques des matériaux pour les applications à haute température.

NANOVEA

T50

EN SAVOIR PLUS

CONDITIONS DE TEST

Le tribomètre standard à poids libre NANOVEA T50 a été utilisé pour effectuer les tests de dureté par rayure sur un échantillon de téflon à des températures allant de la température ambiante (RT) à 300°C. Le téflon a un point de fusion de 326,8°C. Un stylet conique en diamant d'un angle d'apex de 120° avec un rayon de pointe de 200 µm a été utilisé. L'échantillon de téflon a été fixé sur la platine d'échantillonnage rotative à une distance de 10 mm du centre de la platine. L'échantillon a été chauffé par un four et testé aux températures suivantes : RT, 50°C, 100°C, 150°C, 200°C, 250°C et 300°C.

PARAMÈTRES D'ESSAI

de la mesure de la dureté par rayure à haute température

FORCE NORMALE 2 N
VITESSE DE GLISSEMENT 1 mm/s
DISTANCE DE GLISSEMENT 8mm par temp
ATMOSPHÈRE Air
TEMPÉRATURE RT, 50°C, 100°C, 150°C, 200°C, 250°C, 300°C.

RÉSULTATS ET DISCUSSION

Les profils des traces de rayure de l'échantillon de téflon à différentes températures sont illustrés à la FIGURE 1 afin de comparer la dureté de la rayure à différentes températures élevées. L'amas de matériau sur les bords de la piste de rayure se forme lorsque le stylet se déplace à une charge constante de 2 N et pénètre dans l'échantillon de téflon, poussant et déformant le matériau dans la piste de rayure sur le côté.

Les traces de rayures ont été examinées au microscope optique, comme indiqué sur la FIGURE 2. La largeur des traces de rayure mesurée et les indices de dureté de la rayure (HSP) calculés sont résumés et comparés dans la FIGURE 3. La largeur des traces de rayure mesurée par le microscope est en accord avec celle mesurée à l'aide du profileur NANOVEA - l'échantillon de téflon présente une largeur de rayure plus importante à des températures plus élevées. La largeur de la trace de rayure passe de 281 à 539 µm lorsque la température passe de RT à 300oC, ce qui entraîne une diminution de la HSP de 65 à 18 MPa.

La dureté par rayure à des températures élevées peut être mesurée avec une précision et une répétabilité élevées en utilisant le tribomètre NANOVEA T50. Il offre une solution alternative aux autres mesures de dureté et fait des tribomètres NANOVEA un système plus complet pour des évaluations tribo-mécaniques complètes à haute température.

FIGURE 1: Profils des traces de rayures après les tests de dureté à la rayure à différentes températures.

FIGURE 2 : Traces de rayures sous le microscope après les mesures à différentes températures.

FIGURE 3 : Évolution de la largeur de la trace de rayure et de la dureté de la rayure en fonction de la température.

CONCLUSION

Dans cette étude, nous montrons comment le tribomètre NANOVEA mesure la dureté par rayure à des températures élevées, conformément à la norme ASTM G171-03. L'essai de dureté par rayure à charge constante constitue une solution alternative simple pour comparer la dureté des matériaux à l'aide du tribomètre. La capacité à effectuer des mesures de dureté par rayure à des températures élevées fait du tribomètre NANOVEA un outil idéal pour évaluer les propriétés tribo-mécaniques des matériaux à haute température.

Le tribomètre NANOVEA offre également des tests d'usure et de friction précis et reproductibles en utilisant des modes rotatifs et linéaires conformes aux normes ISO et ASTM, avec des modules optionnels d'usure à haute température, de lubrification et de tribo-corrosion disponibles dans un système pré-intégré. Un profileur 3D sans contact est disponible en option pour l'imagerie 3D haute résolution des traces d'usure en plus d'autres mesures de surface telles que la rugosité.

1 Wredenberg, Fredrik ; PL Larsson (2009). "Essai de rayure des métaux et des polymères : Experiments and numerics". Wear 266 (1-2) : 76
2 ASTM G171-03 (2009), "Standard Test Method for Scratch Hardness of Materials Using a Diamond Stylus" (méthode d'essai standard pour la dureté des matériaux par rayure à l'aide d'un stylet en diamant).

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Inspection de la surface des soudures à l'aide d'un profilomètre 3D portable

Inspection de surface WELd

utilisation d'un profilomètre 3d portable

Préparé par

CRAIG LEISING

INTRODUCTION

Il peut devenir critique qu'une soudure particulière, généralement réalisée par inspection visuelle, soit étudiée avec un niveau de précision extrême. Les domaines d'intérêt spécifiques pour une analyse précise comprennent les fissures de surface, la porosité et les cratères non remplis, quelles que soient les procédures d'inspection ultérieures. Les caractéristiques de la soudure telles que la dimension/forme, le volume, la rugosité, la taille, etc. peuvent toutes être mesurées pour une évaluation critique.

IMPORTANCE DU PROFILOMÈTRE 3D SANS CONTACT POUR L'INSPECTION DE LA SURFACE DES SOUDURES

Contrairement à d'autres techniques telles que les palpeurs ou l'interférométrie, le NANOVEA Profilomètre 3D sans contact, utilisant le chromatisme axial, peut mesurer presque toutes les surfaces, la taille des échantillons peut varier considérablement en raison de la mise en scène ouverte et aucune préparation d'échantillon n'est nécessaire. La plage nano à macro est obtenue lors de la mesure du profil de surface sans influence de la réflectivité ou de l'absorption de l'échantillon, a une capacité avancée de mesurer des angles de surface élevés et il n'y a aucune manipulation logicielle des résultats. Mesurez facilement n'importe quel matériau : transparent, opaque, spéculaire, diffusif, poli, rugueux, etc. Les capacités 2D et 2D des profilomètres portables NANOVEA en font des instruments idéaux pour une inspection complète des surfaces de soudure en laboratoire et sur le terrain.

OBJECTIF DE MESURE

Dans cette application, le profileur portable NANOVEA JR25 est utilisé pour mesurer la rugosité de surface, la forme et le volume d'une soudure, ainsi que la zone environnante. Ces informations peuvent fournir des renseignements essentiels pour étudier correctement la qualité de la soudure et du processus de soudage.

NANOVEA

JR25

EN SAVOIR PLUS

RÉSULTATS DES TESTS

L'image ci-dessous montre la vue 3D complète de la soudure et de la zone environnante, ainsi que les paramètres de surface de la soudure uniquement. Le profil de la section transversale 2D est montré ci-dessous.

l'échantillon

Avec le profil de la section transversale 2D ci-dessus retiré de la 3D, les informations dimensionnelles de la soudure sont calculées ci-dessous. La surface et le volume du matériau sont calculés pour la soudure uniquement ci-dessous.

 HOLEPEAK
SURFACE1,01 mm214,0 mm2
VOLUME8,799e-5 mm323,27 mm3
PROFONDEUR/HAUTEUR MAXIMALE0,0276 mm0,6195 mm
PROFONDEUR/HAUTEUR MOYENNE 0,004024 mm 0,2298 mm

CONCLUSION

Dans cette application, nous avons montré comment le NANOVEA 3D Non-Contact Profiler peut caractériser avec précision les caractéristiques critiques d'une soudure et de la surface environnante. À partir de la rugosité, des dimensions et du volume, une méthode quantitative de qualité et de répétabilité peut être déterminée ou étudiée de manière plus approfondie. Des échantillons de soudures, comme l'exemple présenté dans cette note d'application, peuvent être facilement analysés à l'aide d'un profileur NANOVEA standard de table ou portable, pour des essais en interne ou sur le terrain.

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