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AR Archivio mensile: Aprile 2020
Analisi dei materiali compositi con la profilometria 3D
Importanza della profilometria senza contatto per i materiali compositi
È fondamentale ridurre al minimo i difetti in modo che i materiali compositi siano il più resistenti possibile nelle applicazioni di rinforzo. Essendo un materiale anisotropo, è fondamentale che la direzione dell'armatura sia coerente per mantenere la prevedibilità delle prestazioni. I materiali compositi hanno uno dei più alti rapporti tra resistenza e peso, che in alcuni casi li rende più resistenti dell'acciaio. È importante limitare la superficie esposta nei compositi per ridurre al minimo la vulnerabilità chimica e gli effetti di espansione termica. L'ispezione superficiale con profilometria è fondamentale per il controllo di qualità della produzione dei compositi, per garantire prestazioni elevate per un lungo periodo di servizio.
Quella di Nanovea Profilometro 3D senza contatto è diverso da altre tecniche di misurazione della superficie come i tastatori o l'interferometria. I nostri profilometri utilizzano il cromatismo assiale per misurare quasi tutte le superfici e la stadiazione aperta consente campioni di qualsiasi dimensione senza necessità di preparazione. Le misurazioni nano-macro vengono ottenute durante la misurazione del profilo superficiale con zero influenza da parte della riflettività o dell'assorbimento del campione. I nostri profilometri misurano facilmente qualsiasi materiale: trasparente, opaco, speculare, diffusivo, lucido e ruvido con la capacità avanzata di misurare angoli superficiali elevati senza manipolazione del software. La tecnica del profilometro senza contatto fornisce la capacità ideale e facile da usare per massimizzare gli studi sulla superficie del materiale composito; insieme ai vantaggi della funzionalità combinata 2D e 3D.
Obiettivo di misurazione
Il profilometro Nanovea HS2000L utilizzato in questa applicazione ha misurato la superficie di due trame di compositi in fibra di carbonio. La rugosità superficiale, la lunghezza della trama, l'isotropia, l'analisi frattale e altri parametri di superficie sono stati utilizzati per caratterizzare i compositi. L'area misurata è stata selezionata in modo casuale e si presume che sia sufficientemente grande da poter confrontare i valori delle proprietà utilizzando il potente software di analisi delle superfici di Nanovea.
Risultati e discussione
Analisi della superficie
I parametri di altezza determinano la ruvidità delle parti in composito con un basso rapporto fibra/matrice. I nostri risultati confrontano diversi tipi di trama e tessuto per determinare la finitura superficiale dopo la lavorazione. La finitura superficiale diventa fondamentale nelle applicazioni in cui può essere coinvolta l'aerodinamica.
Isotropia
L'isotropia mostra la direzionalità della trama per determinare i valori di proprietà attesi. Il nostro studio mostra come il composito bidirezionale sia ~60% isotropo, come previsto. Nel frattempo, il composito unidirezionale è isotropo per ~13% a causa della forte direzione del percorso della singola fibra.
Analisi della trama
La dimensione dell'armatura determina la consistenza dell'impacchettamento e la larghezza delle fibre utilizzate nel composito. Il nostro studio mostra come sia facile misurare le dimensioni della trama con una precisione al micron per garantire la qualità dei pezzi.
Analisi della struttura
L'analisi della texture della lunghezza d'onda dominante suggerisce che la dimensione dei filamenti per entrambi i compositi è di 4,27 micron di spessore. L'analisi della dimensione frattale della superficie della fibra determina la levigatezza per individuare la facilità con cui le fibre si depositano in una matrice. La dimensione frattale della fibra unidirezionale è superiore a quella della fibra bidirezionale, il che può influire sulla lavorazione dei compositi.
Conclusione
In questa applicazione, abbiamo dimostrato che il profilometro senza contatto Nanovea HS2000L caratterizza con precisione la superficie fibrosa dei materiali compositi. Abbiamo distinto le differenze tra i tipi di trama della fibra di carbonio con parametri di altezza, isotropia, analisi della struttura e misurazioni della distanza, oltre a molto altro.
Le misure di superficie del nostro profilometro attenuano con precisione e rapidità i danni ai compositi, riducendo i difetti nelle parti e massimizzando la capacità dei materiali compositi. La velocità del profilometro 3D di Nanovea varia da <1 mm/s a 500 mm/s per essere adatta alle applicazioni di ricerca e alle esigenze di ispezione ad alta velocità. Il profilometro Nanovea è la soluzione
per qualsiasi esigenza di misurazione di materiali compositi.
PARLIAMO ORA DELLA VOSTRA APPLICAZIONE
Valutazione della durezza dei tessuti biologici con la nanoindentazione
Importanza della nanoindentazione dei tessuti biologici
I test meccanici tradizionali (durezza, adesione, compressione, perforazione, resistenza allo snervamento, ecc.) richiedono maggiore precisione e affidabilità negli attuali ambienti di controllo qualità con un'ampia gamma di materiali avanzati, dai tessuti ai materiali fragili. La strumentazione meccanica tradizionale non è in grado di fornire il controllo sensibile del carico e la risoluzione necessari per i materiali avanzati. Le sfide associate ai biomateriali richiedono lo sviluppo di test meccanici in grado di controllare accuratamente il carico su materiali estremamente morbidi. Questi materiali richiedono carichi di prova molto bassi, inferiori al mN, con un ampio intervallo di profondità per garantire una misurazione corretta delle proprietà. Inoltre, molti tipi di test meccanici diversi possono essere eseguiti su un singolo sistema, consentendo una maggiore funzionalità. Ciò consente di effettuare una serie di importanti misurazioni sui biomateriali, tra cui la durezza, il modulo elastico, il modulo di perdita e di accumulo e il creep, oltre alla resistenza ai graffi e ai punti di rottura dello snervamento.
Obiettivo di misurazione
In questa applicazione il tester meccanico di Nanovea in modalità di nanoindentazione viene utilizzato per studiare la durezza e il modulo elastico di 3 aree separate di un sostituto biomateriale su regioni di grasso, carne chiara e carne scura del prosciutto.
La nanoindentazione si basa sugli standard di indentazione strumentale ASTM E2546 e ISO 14577. Utilizza metodi consolidati in cui una punta di penetrazione di geometria nota viene conficcata in un punto specifico del materiale di prova con un carico normale controllato e crescente. Quando si raggiunge una profondità massima prestabilita, il carico normale viene ridotto fino al completo rilassamento. Il carico viene applicato da un attuatore piezoelettrico e misurato in un ciclo controllato con una cella di carico ad alta sensibilità. Durante gli esperimenti, la posizione del penetratore rispetto alla superficie del campione viene monitorata con un sensore capacitivo ad alta precisione. Le curve di carico e spostamento risultanti forniscono dati specifici sulla natura meccanica del materiale testato. Modelli consolidati calcolano i valori quantitativi di durezza e modulo con i dati misurati. La nanoindentazione è adatta a misurazioni a basso carico e profondità di penetrazione su scala nanometrica.
Risultati e discussione
Le tabelle seguenti presentano i valori misurati di durezza e modulo di Young con medie e deviazioni standard. Un'elevata rugosità superficiale può causare grandi variazioni nei risultati a causa delle dimensioni ridotte dell'indentazione.
L'area del grasso presentava una durezza pari a circa la metà di quella delle aree della carne. Il trattamento della carne ha fatto sì che la zona scura della carne fosse più dura di quella chiara. Il modulo elastico e la durezza sono in relazione diretta con la masticabilità al tatto delle aree del grasso e della carne. L'area del grasso e della carne chiara ha continuato a scorrere in misura maggiore rispetto alla carne scura dopo 60 secondi.
Risultati dettagliati - Grasso
Risultati dettagliati - Carne leggera
Risultati dettagliati - Carne scura
Conclusione
In questa applicazione, Nanovea tester meccanico in modalità nanoindentazione hanno determinato in modo affidabile le proprietà meccaniche delle aree di grasso e carne, superando l'elevata ruvidità della superficie del campione. Ciò ha dimostrato l'ampia e ineguagliata capacità del tester meccanico di Nanovea. Il sistema fornisce contemporaneamente misurazioni precise delle proprietà meccaniche su materiali estremamente duri e tessuti biologici molli.
La cella di carico in controllo ad anello chiuso con la tavola piezoelettrica assicura una misurazione precisa di materiali in gel duri o morbidi da 1 a 5kPa. Utilizzando lo stesso sistema, è possibile testare i biomateriali a carichi più elevati, fino a 400N. Per le prove di fatica è possibile utilizzare un carico a più cicli e ottenere informazioni sulla resistenza allo snervamento in ogni zona utilizzando una punta di diamante cilindrica piatta. Inoltre, con l'analisi meccanica dinamica (DMA), le proprietà viscoelastiche, la perdita e il modulo di accumulo possono essere valutati con elevata precisione grazie al controllo del carico ad anello chiuso. Sullo stesso sistema sono disponibili anche prove a varie temperature e sotto liquidi.
Il tester meccanico di Nanovea continua a essere lo strumento superiore per le applicazioni biologiche e di polimeri/gel morbidi.
PARLIAMO ORA DELLA VOSTRA APPLICAZIONE
Valutazione dell'usura e del graffio di fili di rame trattati superficialmente
Importanza della valutazione dell'usura e dei graffi dei fili di rame
Il rame ha una lunga storia di utilizzo nel cablaggio elettrico fin dall'invenzione dell'elettromagnete e del telegrafo. I fili di rame sono utilizzati in un'ampia gamma di apparecchiature elettroniche, come pannelli, contatori, computer, macchine commerciali ed elettrodomestici, grazie alla loro resistenza alla corrosione, alla saldabilità e alle prestazioni a temperature elevate, fino a 150°C. Circa la metà di tutto il rame estratto viene utilizzato per la produzione di conduttori di fili e cavi elettrici.
La qualità della superficie dei fili di rame è fondamentale per le prestazioni e la durata delle applicazioni. I micro difetti nei fili possono portare a un'usura eccessiva, all'innesco e alla propagazione di cricche, a una diminuzione della conduttività e a un'inadeguata saldabilità. Un adeguato trattamento superficiale dei fili di rame rimuove i difetti superficiali generati durante la trafilatura, migliorando la resistenza alla corrosione, ai graffi e all'usura. Molte applicazioni aerospaziali con fili di rame richiedono un comportamento controllato per evitare guasti imprevisti alle apparecchiature. Per valutare correttamente la resistenza all'usura e ai graffi della superficie del filo di rame sono necessarie misure quantificabili e affidabili.
Obiettivo di misurazione
In questa applicazione simuliamo un processo di usura controllata di diversi trattamenti superficiali del filo di rame. Test di graffiatura misura il carico necessario a causare la rottura dello strato superficiale trattato. Questo studio mette in mostra la Nanovea Tribometro e Collaudatore meccanico come strumenti ideali per la valutazione e il controllo qualità dei cavi elettrici.
Procedura di test e procedure
Il coefficiente di attrito (COF) e la resistenza all'usura di due diversi trattamenti superficiali sui fili di rame (filo A e filo B) sono stati valutati dal tribometro Nanovea utilizzando un modulo di usura alternativo lineare. Una sfera Al₂O₃ (6 mm di diametro) è il contromateriale utilizzato in questa applicazione. La traccia di usura è stata esaminata utilizzando Nanovea Profilometro 3D senza contatto. I parametri del test sono riepilogati nella Tabella 1.
In questo studio è stata utilizzata come esempio una sfera liscia di Al₂O₃ come materiale di contrasto. È possibile applicare qualsiasi materiale solido con forma e finitura superficiale diverse, utilizzando un dispositivo personalizzato per simulare la situazione di applicazione reale.
Il tester meccanico di Nanovea, dotato di uno stilo in diamante Rockwell C (raggio di 100 μm), ha eseguito prove di graffiatura a carico progressivo sui fili rivestiti utilizzando la modalità micrograffio. I parametri del test di graffiatura e la geometria della punta sono riportati nella Tabella 2.
Risultati e discussione
Usura del filo di rame:
La Figura 2 mostra l'evoluzione della COF dei fili di rame durante i test di usura. Il filo A mostra un COF stabile di ~0,4 per tutta la durata del test di usura, mentre il filo B presenta un COF di ~0,35 nei primi 100 giri e aumenta progressivamente fino a ~0,4.
La Figura 3 confronta le tracce di usura dei fili di rame dopo i test. Il profilometro 3D senza contatto di Nanovea ha offerto un'analisi superiore della morfologia dettagliata delle tracce di usura. Consente una determinazione diretta e accurata del volume delle tracce di usura, fornendo una comprensione fondamentale del meccanismo di usura. La superficie del filo B presenta danni significativi alle tracce di usura dopo un test di usura a 600 giri. La vista 3D del profilometro mostra che lo strato trattato in superficie del filo B è stato completamente rimosso, accelerando in modo sostanziale il processo di usura. Ciò ha lasciato una traccia di usura appiattita sul filo B dove è esposto il substrato di rame. Ciò può comportare una riduzione significativa della durata di vita delle apparecchiature elettriche in cui viene utilizzato il filo B. In confronto, il filo A presenta un'usura relativamente lieve, evidenziata da una traccia di usura poco profonda sulla superficie. Lo strato trattato in superficie sul filo A non si è rimosso come quello sul filo B nelle stesse condizioni.
Resistenza ai graffi della superficie del filo di rame:
La Figura 4 mostra le tracce di graffi sui fili dopo il test. Lo strato protettivo del filo A mostra un'ottima resistenza ai graffi. Si delamina a un carico di ~12,6 N. In confronto, lo strato protettivo del filo B si è rotto a un carico di ~1,0 N. Una differenza così significativa nella resistenza ai graffi di questi fili contribuisce alle loro prestazioni all'usura, dove il filo A possiede una resistenza all'usura sostanzialmente superiore. L'evoluzione della forza normale, della COF e della profondità durante i test di graffiatura mostrati nella Fig. 5 fornisce ulteriori informazioni sul cedimento del rivestimento durante i test.
Conclusione
In questo studio controllato abbiamo presentato il tribometro Nanovea che effettua una valutazione quantitativa della resistenza all'usura dei fili di rame trattati superficialmente e il tester meccanico Nanovea che fornisce una valutazione affidabile della resistenza ai graffi dei fili di rame. Il trattamento superficiale del filo gioca un ruolo fondamentale nelle proprietà tribomeccaniche durante la sua vita. Un trattamento superficiale adeguato del filo A ha migliorato significativamente la resistenza all'usura e ai graffi, fondamentale per le prestazioni e la durata dei fili elettrici in ambienti difficili.
Il tribometro di Nanovea offre test di usura e attrito precisi e ripetibili utilizzando modalità rotative e lineari conformi agli standard ISO e ASTM, con moduli opzionali per l'usura ad alta temperatura, la lubrificazione e la tribocorrosione disponibili in un unico sistema pre-integrato. La gamma impareggiabile di Nanovea è la soluzione ideale per determinare l'intera gamma di proprietà tribologiche di rivestimenti, film e substrati sottili o spessi, morbidi o duri.
