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Misura dell'usura in situ ad alta temperatura

MISURAZIONE DELL'USURA IN SITU AD ALTA TEMPERATURA

UTILIZZANDO IL TRIBOMETRO

MISURA DELL'USURA IN-SITU Tribometro aerospaziale

Preparato da

Duanjie Li, PhD

INTRODUZIONE

Il trasformatore differenziale variabile lineare (LVDT) è un tipo di trasformatore elettrico robusto utilizzato per misurare lo spostamento lineare. È stato ampiamente utilizzato in una varietà di applicazioni industriali, tra cui turbine di potenza, idraulica, automazione, aerei, satelliti, reattori nucleari e molte altre.

In questo studio presentiamo i componenti aggiuntivi di LVDT e moduli ad alta temperatura di NANOVEA Tribometro che consentono di misurare la variazione della profondità della traccia di usura del campione testato durante il processo di usura a temperature elevate. Ciò consente agli utenti di correlare le diverse fasi del processo di usura con l’evoluzione del COF, che è fondamentale per migliorare la comprensione fondamentale del meccanismo di usura e delle caratteristiche tribologiche dei materiali per applicazioni ad alta temperatura.

OBIETTIVO DI MISURAZIONE

In questo studio vogliamo illustrare la capacità del Tribometro NANOVEA T50 di monitorare in situ l'evoluzione del processo di usura dei materiali a temperature elevate.

Il processo di usura della ceramica di silicato di allumina a diverse temperature viene simulato in modo controllato e monitorato.

NANOVEA

T50

PROCEDURA DI PROVA

Il comportamento tribologico, ad esempio il coefficiente di attrito, COF, e la resistenza all'usura delle piastre ceramiche di silicato di allumina sono stati valutati con il tribometro NANOVEA. Le piastre in ceramica di silicato di allumina sono state riscaldate in un forno da temperatura ambiente (RT) a temperature elevate (400°C e 800°C), seguite da test di usura a tali temperature. 

Per confronto, le prove di usura sono state eseguite quando il campione si è raffreddato da 800°C a 400°C e poi a temperatura ambiente. Una punta a sfera di AI2O3 (diametro 6 mm, grado 100) è stata applicata ai campioni testati. La COF, la profondità di usura e la temperatura sono state monitorate in situ.

PARAMETRI DEL TEST

della misura pin-on-disk

Tribometro LVDT Campione

Il tasso di usura, K, è stato valutato utilizzando la formula K=V/(Fxs)=A/(Fxn), dove V è il volume usurato, F è il carico normale, s è la distanza di scorrimento, A è l'area della sezione trasversale della pista di usura e n è il numero di giri. La rugosità superficiale e i profili delle tracce di usura sono stati valutati con il profilatore ottico NANOVEA e la morfologia delle tracce di usura è stata esaminata con un microscopio ottico.

RISULTATI E DISCUSSIONE

La COF e la profondità della traccia di usura registrate in situ sono mostrate rispettivamente in FIGURA 1 e FIGURA 2. In FIGURA 1, "-I" indica il test eseguito quando la temperatura è stata aumentata da RT a una temperatura elevata. "-D" rappresenta la diminuzione della temperatura a partire da una temperatura elevata di 800°C.

Come mostrato in FIGURA 1, i campioni testati a diverse temperature presentano un COF comparabile di ~0,6 durante tutte le misurazioni. Un COF così elevato porta a un processo di usura accelerato che crea una quantità sostanziale di detriti. La profondità della traccia di usura è stata monitorata durante le prove di usura mediante LVDT, come illustrato in FIGURA 2. I test eseguiti a temperatura ambiente prima del riscaldamento del campione e dopo il raffreddamento del campione mostrano che la piastra in ceramica di silicato di allumina mostra un processo di usura progressivo a RT, la profondità della traccia di usura aumenta gradualmente durante il test di usura fino a ~170 e ~150 μm, rispettivamente. 

In confronto, le prove di usura a temperature elevate (400°C e 800°C) mostrano un comportamento diverso: la profondità della traccia di usura aumenta rapidamente all'inizio del processo di usura e rallenta con il proseguire della prova. Le profondità delle tracce di usura per le prove eseguite alle temperature di 400°C-I, 800°C e 400°C-D sono rispettivamente di ~140, ~350 e ~210 μm.

COF durante i test pin-on-desk a diverse temperature

FIGURA 1. Coefficiente di attrito durante i test pin-on-disk a diverse temperature

Profondità della traccia di usura della piastra ceramica di silicato di allumina a diverse temperature

FIGURA 2. Evoluzione della profondità della traccia di usura della piastra ceramica di silicato di allumina a diverse temperature

La velocità media di usura e la profondità della traccia di usura delle piastre ceramiche di silicato di allumina a diverse temperature sono state misurate utilizzando NANOVEA Optical Profiler come riassunto in FIGURA 3. La profondità della traccia di usura è in accordo con quella registrata con LVDT. La piastra in ceramica di silicato di allumina mostra un tasso di usura sostanzialmente aumentato, pari a ~0,5 mm3/Nm a 800°C, rispetto ai tassi di usura inferiori a 0,2mm3/N a temperature inferiori a 400°C. La piastra in ceramica di silicato di allumina non mostra proprietà meccaniche/tribologiche significativamente migliorate dopo il breve processo di riscaldamento, possedendo un tasso di usura comparabile prima e dopo il trattamento termico.

La ceramica di silicato di allumina, nota anche come pietra lavica e pietra delle meraviglie, è morbida e lavorabile prima del trattamento termico. Un lungo processo di cottura a temperature elevate, fino a 1093°C, può aumentarne sostanzialmente la durezza e la resistenza, dopodiché è necessaria la lavorazione al diamante. Questa caratteristica unica rende la ceramica di silicato di allumina un materiale ideale per la scultura.

In questo studio, dimostriamo che il trattamento termico a una temperatura inferiore a quella richiesta per la cottura (800°C contro 1093°C) in tempi brevi non migliora le caratteristiche meccaniche e tribologiche della ceramica di silicato di allumina, rendendo la corretta cottura un processo essenziale per questo materiale prima del suo utilizzo nelle applicazioni reali.

 
Tasso di usura e profondità della traccia di usura del campione a diverse temperature 1

FIGURA 3. Tasso di usura e profondità della traccia di usura del campione a diverse temperature

CONCLUSIONE

Sulla base dell'analisi tribologica completa di questo studio, dimostriamo che la piastra in ceramica di silicato di allumina presenta un coefficiente di attrito comparabile a diverse temperature, dalla temperatura ambiente a 800°C. Tuttavia, mostra un tasso di usura sostanzialmente aumentato, pari a ~0,5 mm3/Nm a 800°C, dimostrando l'importanza di un adeguato trattamento termico di questa ceramica.

I tribometri NANOVEA sono in grado di valutare le proprietà tribologiche dei materiali per applicazioni ad alte temperature, fino a 1000°C. La funzione di misurazione in situ della COF e della profondità della traccia di usura consente agli utenti di correlare le diverse fasi del processo di usura con l'evoluzione della COF, che è fondamentale per migliorare la comprensione fondamentale del meccanismo di usura e delle caratteristiche tribologiche dei materiali utilizzati a temperature elevate.

I tribometri NANOVEA offrono test di usura e attrito precisi e ripetibili utilizzando modalità rotative e lineari conformi alle norme 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.

Sono disponibili profilatori 3D senza contatto opzionali per l'acquisizione di immagini 3D ad alta risoluzione delle tracce di usura, oltre ad altre misure di superficie come la rugosità.

MISURA DELL'USURA IN SITU

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Analisi della superficie delle scaglie di pesce mediante profilatore ottico 3D

Analisi della superficie delle scaglie di pesce mediante profilatore ottico 3D

Per saperne di più

ANALISI DELLA SUPERFICIE DELLE SCAGLIE DI PESCE

utilizzando il PROFILATORE OTTICO 3D

Profilometro a squame di pesce

Preparato da

Andrea Novitsky

INTRODUZIONE

La morfologia, i modelli e altre caratteristiche di una squama di pesce vengono studiati utilizzando NANOVEA Profilatore ottico 3D senza contatto. La natura delicata di questo campione biologico, insieme alle sue scanalature molto piccole e ad alto angolo, evidenzia anche l'importanza della tecnica senza contatto del profilatore. I solchi sulla squama sono chiamati circuli, e possono essere studiati per stimare l'età del pesce, e anche per distinguere periodi di diverso ritmo di crescita, simili agli anelli di un albero. Si tratta di informazioni molto importanti per la gestione delle popolazioni ittiche selvatiche al fine di prevenire la pesca eccessiva.

Importanza della profilometria 3D senza contatto per gli studi biologici

A differenza di altre tecniche come le sonde a contatto o l'interferometria, il profilatore ottico 3D senza contatto, utilizzando il cromatismo assiale, può misurare quasi tutte le superfici. Le dimensioni dei campioni possono variare notevolmente grazie alla messa in scena aperta e non è necessaria alcuna preparazione del campione. Le caratteristiche da nano a macro gamma sono ottenute durante la misurazione del profilo della superficie senza alcuna influenza da parte della riflettività o dell'assorbimento del campione. Lo strumento offre una capacità avanzata di misurare angoli di superficie elevati senza manipolazione dei risultati da parte del software. È possibile misurare facilmente qualsiasi materiale, sia esso trasparente, opaco, speculare, diffusivo, lucido o ruvido. La tecnica offre una capacità ideale, ampia e facile da usare per massimizzare gli studi sulle superfici, insieme ai vantaggi delle capacità combinate 2D e 3D.

OBIETTIVO DI MISURAZIONE

In questa applicazione, presentiamo NANOVEA ST400, un profilatore 3D senza contatto con un sensore ad alta velocità, che fornisce un'analisi completa della superficie di una scala.

Lo strumento è stato utilizzato per scansionare l'intero campione, insieme a una scansione a più alta risoluzione dell'area centrale. Per il confronto è stata misurata anche la rugosità della superficie esterna e interna della scala.

NANOVEA

ST400

Caratterizzazione superficiale 3D e 2D della scala esterna

La vista 3D e la vista a falsi colori della scala esterna mostrano una struttura complessa simile a un'impronta digitale o agli anelli di un albero. Ciò fornisce agli utenti uno strumento immediato per osservare direttamente la caratterizzazione della superficie della squama da diverse angolazioni. Vengono mostrate diverse altre misure della scala esterna e il confronto tra il lato esterno e quello interno della scala.

Profilometro 3D con scansione a scala di pesce
Profilometro 3D a scala di pesce
Profilatore ottico 3D ad altezza di passo per la scansione a scala di pesce

CONFRONTO DELLA RUGOSITÀ SUPERFICIALE

Profilometro a scala di pesce Scansione 3D

CONCLUSIONE

In questa applicazione, abbiamo mostrato come il profilatore ottico senza contatto NANOVEA 3D possa caratterizzare una squama di pesce in vari modi. 

Le superfici esterne e interne della squama possono essere facilmente distinte dalla sola rugosità superficiale, con valori di rugosità rispettivamente di 15,92μm e 1,56μm. Inoltre, è possibile ottenere informazioni precise e accurate su una squama di pesce analizzando i solchi, o circoli, sulla superficie esterna della squama. Sono state misurate le distanze delle bande di circoli dal centro focale e l'altezza dei circoli è risultata essere in media di circa 58μm. 

I dati qui riportati rappresentano solo una parte dei calcoli disponibili nel software di analisi.

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Analisi meccanica dinamica (DMA) Sweep di frequenza su polimero

SWEEP DI FREQUENZA DMA

SUL POLIMERO UTILIZZANDO LA NANOINDENTAZIONE

Preparato da

Duanjie Li, PhD

INTRODUZIONE

IMPORTANZA DELL'ANALISI MECCANICA DINAMICA TEST DI FREQUENZA

La frequenza variabile dello stress porta spesso a variazioni nel modulo complesso, che è una proprietà meccanica critica dei polimeri. Ad esempio, i pneumatici sono soggetti a elevate deformazioni cicliche quando i veicoli circolano su strada. La frequenza della pressione e della deformazione cambia man mano che l'auto accelera a velocità più elevate. Un tale cambiamento può comportare una variazione delle proprietà viscoelastiche del pneumatico, che sono fattori importanti per le prestazioni dell'auto. È necessario un test affidabile e ripetibile del comportamento viscoelastico dei polimeri a diverse frequenze. Il modulo Nano della NANOVEA Collaudatore meccanico genera un carico sinusoidale mediante un attuatore piezoelettrico ad alta precisione e misura direttamente l'evoluzione della forza e dello spostamento utilizzando cella di carico e condensatore ultrasensibili. La combinazione di facilità di configurazione ed elevata precisione lo rende uno strumento ideale per la scansione della frequenza dell'analisi meccanica dinamica.

I materiali viscoelastici presentano caratteristiche sia viscose che elastiche quando subiscono una deformazione. Le lunghe catene molecolari nei materiali polimerici contribuiscono alle loro proprietà viscoelastiche uniche, ovvero una combinazione delle caratteristiche dei solidi elastici e dei fluidi newtoniani. Le sollecitazioni, la temperatura, la frequenza e altri fattori giocano un ruolo importante nelle proprietà viscoelastiche. L'analisi meccanica dinamica, nota anche come DMA, studia il comportamento viscoelastico e il modulo complesso del materiale applicando una sollecitazione sinusoidale e misurando la variazione della deformazione.

OBIETTIVO DI MISURAZIONE

In questa applicazione, studiamo le proprietà viscoelastiche di un campione di pneumatico lucidato a diverse frequenze DMA utilizzando il tester meccanico più potente, NANOVEA PB1000, in Nanoindentazione modalità.

NANOVEA

PB1000

nanoindentatore e tester per graffi Nanovea PB1000

CONDIZIONI DI PROVA

FREQUENZE (Hz):

0.1, 1.5, 10, 20

TEMPO DI SCORRIMENTO A CIASCUNA FREQUENZA.

50 sec

TENSIONE DI OSCILLAZIONE

0.1 V

TENSIONE DI CARICO

1 V

tipo di penetratore

Sferico

Diamante | 100 μm

RISULTATI E DISCUSSIONE

Lo sweep di frequenza dell'analisi meccanica dinamica al carico massimo consente di misurare in modo rapido e semplice le caratteristiche viscoelastiche del campione a diverse frequenze di carico in un unico test. Lo spostamento di fase e le ampiezze delle onde di carico e di spostamento a diverse frequenze possono essere utilizzati per calcolare una serie di proprietà viscoelastiche fondamentali del materiale, tra cui Modulo di stoccaggio, Modulo di perdita e Abbronzatura (δ) come riassunto nei grafici seguenti. 

Le frequenze di 1, 5, 10 e 20 Hz in questo studio corrispondono a velocità di circa 7, 33, 67 e 134 km all'ora. All'aumentare della frequenza di prova da 0,1 a 20 Hz, si può osservare che sia il modulo di accumulo che il modulo di perdita aumentano progressivamente. Tan (δ) diminuisce da ~0,27 a 0,18 con l'aumento della frequenza da 0,1 a 1 Hz, per poi aumentare gradualmente fino a ~0,55 quando si raggiunge la frequenza di 20 Hz. Lo sweep di frequenza del DMA consente di misurare l'andamento del modulo di accumulo, del modulo di perdita e del Tan (δ), che forniscono informazioni sul movimento dei monomeri e sulla reticolazione, nonché sulla transizione vetrosa dei polimeri. Aumentando la temperatura con una piastra riscaldante durante lo sweep di frequenza, è possibile ottenere un quadro più completo della natura del movimento molecolare in diverse condizioni di test.

EVOLUZIONE DEL CARICO E DELLA PROFONDITÀ

DELL'INTERO SWEEP DI FREQUENZA DMA

CARICO E PROFONDITÀ vs. TEMPO A DIVERSE FREQUENZE

MODULO DI ACCUMULO

A DIVERSE FREQUENZE

MODULO DI PERDITA

A DIVERSE FREQUENZE

TAN (δ)

A DIVERSE FREQUENZE

CONCLUSIONE

In questo studio, abbiamo dimostrato la capacità del tester meccanico NANOVEA di eseguire il test di analisi meccanica dinamica (frequency sweep) su un campione di pneumatico. Questo test misura le proprietà viscoelastiche del pneumatico a diverse frequenze di sollecitazione. Il pneumatico mostra un aumento del modulo di accumulo e di perdita all'aumentare della frequenza di carico da 0,1 a 20 Hz. Il test fornisce informazioni utili sul comportamento viscoelastico del pneumatico a diverse velocità, essenziali per migliorare le prestazioni dei pneumatici e ottenere una guida più fluida e sicura. Il test DMA frequency sweep può essere eseguito a varie temperature per simulare l'ambiente di lavoro realistico del pneumatico in condizioni climatiche diverse.

Nel modulo Nano del tester meccanico NANOVEA, l'applicazione del carico con il piezo veloce è indipendente dalla misurazione del carico effettuata da un estensimetro separato ad alta sensibilità. Ciò offre un netto vantaggio durante l'analisi meccanica dinamica, poiché la fase tra profondità e carico viene misurata direttamente dai dati raccolti dal sensore. Il calcolo della fase è diretto e non richiede una modellazione matematica che aggiunge imprecisione alla perdita risultante e al modulo di accumulo. Questo non è il caso di un sistema a bobina.

In conclusione, la DMA misura il modulo di perdita e di accumulo, il modulo complesso e il Tan (δ) in funzione della profondità di contatto, del tempo e della frequenza. Lo stadio di riscaldamento opzionale consente di determinare la temperatura di transizione di fase dei materiali durante il DMA. I tester meccanici NANOVEA offrono moduli Nano e Micro multifunzione ineguagliabili su un'unica piattaforma. Entrambi i moduli Nano e Micro includono le modalità scratch tester, hardness tester e wear tester, offrendo la più ampia e semplice gamma di test disponibili su un singolo modulo.

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Topografia della lente di Fresnel

LENTE FRESCA

DIMENSIONI CON LA PROFILOMETRIA 3D

Preparato da

Duanjie Li e Benjamin Mell

INTRODUZIONE

Una lente è un dispositivo ottico a simmetria assiale che trasmette e rifrange la luce. Una lente semplice è costituita da un singolo componente ottico che converge o diverge la luce. Anche se le superfici sferiche non sono la forma ideale per la realizzazione di una lente, sono spesso utilizzate come la forma più semplice che il vetro può assumere per essere molato e lucidato.

Una lente di Fresnel è costituita da una serie di anelli concentrici, che sono parti sottili di una semplice lente con una larghezza di pochi millesimi di pollice. Le lenti di Fresnel hanno un'ampia apertura e una lunghezza focale ridotta, con un design compatto che riduce il peso e il volume del materiale richiesto, rispetto alle lenti convenzionali con le stesse proprietà ottiche. Grazie alla geometria sottile della lente di Fresnel, una quantità molto ridotta di luce viene persa per assorbimento.

IMPORTANZA DELLA PROFILOMETRIA 3D SENZA CONTATTO PER L'ISPEZIONE DELLE LENTI FRESNEL

Le lenti Fresnel sono ampiamente utilizzate nell'industria automobilistica, nei fari, nell'energia solare e nei sistemi di atterraggio ottici per le portaerei. Stampare o stampare le lenti in plastica trasparente può rendere la loro produzione economicamente vantaggiosa. La qualità del servizio delle lenti di Fresnel dipende principalmente dalla precisione e dalla qualità della superficie del loro anello concentrico. A differenza della tecnica del tastatore, NANOVEA Profilatori ottici eseguire misurazioni superficiali 3D senza toccare la superficie, evitando il rischio di realizzare nuovi graffi. La tecnica della luce cromatica è ideale per la scansione precisa di forme complesse, come lenti di diverse geometrie.

SCHEMA DELLA LENTE DI FRESNEL

Le lenti Fresnel in plastica trasparente possono essere prodotte per stampaggio o per tranciatura. Un controllo qualità accurato ed efficiente è fondamentale per individuare stampi o timbri di produzione difettosi. Misurando l'altezza e il passo degli anelli concentrici, è possibile individuare le variazioni di produzione confrontando i valori misurati con quelli delle specifiche fornite dal produttore della lente.

La misurazione precisa del profilo della lente assicura che gli stampi o i timbri siano lavorati correttamente per adattarsi alle specifiche del produttore. Inoltre, lo stampo potrebbe usurarsi progressivamente nel tempo, perdendo la sua forma iniziale. Una deviazione consistente dalle specifiche del produttore della lente è un'indicazione positiva della necessità di sostituire lo stampo.

OBIETTIVO DI MISURAZIONE

In questa applicazione presentiamo NANOVEA ST400, un profilatore 3D senza contatto con un sensore ad alta velocità, che fornisce un'analisi completa del profilo 3D di un componente ottico di forma complessa. Per dimostrare le notevoli capacità della nostra tecnologia di luce cromatica, l'analisi del contorno viene eseguita su una lente Fresnel.

NANOVEA

ST400

La lente Fresnel acrilica da 2,3" x 2,3" utilizzata per questo studio è composta da 

una serie di anelli concentrici e un complesso profilo a sezione trasversale seghettata. 

Ha una lunghezza focale di 1,5" e un diametro effettivo di 2,0", 

125 scanalature per pollice e un indice di rifrazione di 1,49.

La scansione NANOVEA ST400 della lente di Fresnel mostra un notevole aumento dell'altezza degli anelli concentrici, spostandosi dal centro verso l'esterno.

2D COLORE FALSO

Rappresentazione dell'altezza

VISTA 3D

PROFILO ESTRATTO

PICCO E VALLE

Analisi dimensionale del profilo

CONCLUSIONE

In questa applicazione abbiamo dimostrato che il profilatore ottico senza contatto NANOVEA ST400 misura con precisione la topografia superficiale delle lenti Fresnel. 

Le dimensioni dell'altezza e del passo possono essere determinate con precisione dal complesso profilo dentellato utilizzando il software di analisi NANOVEA. Gli utenti possono controllare efficacemente la qualità degli stampi o dei timbri di produzione confrontando le dimensioni dell'altezza e del passo dell'anello delle lenti prodotte con le specifiche dell'anello ideale.

I dati qui riportati rappresentano solo una parte dei calcoli disponibili nel software di analisi. 

I profilatori ottici NANOVEA misurano virtualmente qualsiasi superficie in settori quali i semiconduttori, la microelettronica, il solare, le fibre ottiche, l'automotive, l'aerospaziale, la metallurgia, la lavorazione, i rivestimenti, il farmaceutico, il biomedicale, l'ambientale e molti altri.

 

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CQ delle parti lavorate

Ispezione delle parti lavorate

PARTI MACCHINE

ispezione dal modello CAD utilizzando la profilometria 3D

Autore:

Duanjie Li, PhD

Revisionato da

Jocelyn Esparza

Ispezione di parti lavorate con un profilometro

INTRODUZIONE

La domanda di lavorazioni meccaniche di precisione in grado di creare geometrie complesse è in aumento in tutti i settori industriali. Dai settori aerospaziale, medico e automobilistico, agli ingranaggi tecnologici, ai macchinari e agli strumenti musicali, la continua innovazione ed evoluzione spinge le aspettative e gli standard di precisione a nuovi livelli. Di conseguenza, si assiste all'aumento della domanda di tecniche e strumenti di ispezione rigorosi per garantire la massima qualità dei prodotti.

Importanza della profilometria 3D senza contatto per l'ispezione dei pezzi

Il confronto delle proprietà dei pezzi lavorati con i loro modelli CAD è essenziale per verificare le tolleranze e l'aderenza agli standard di produzione. Anche l'ispezione durante il periodo di servizio è cruciale, poiché l'usura dei pezzi potrebbe richiederne la sostituzione. L'identificazione tempestiva di eventuali deviazioni dalle specifiche richieste aiuterà a evitare costose riparazioni, interruzioni della produzione e una reputazione compromessa.

A differenza della tecnica del tastatore, la NANOVEA Profilatori ottici eseguire scansioni di superfici 3D senza contatto, consentendo misurazioni rapide, precise e non distruttive di forme complesse con la massima precisione.

OBIETTIVO DI MISURAZIONE

In questa applicazione presentiamo NANOVEA HS2000, un profilatore 3D senza contatto con un sensore ad alta velocità, che esegue un'ispezione superficiale completa di dimensioni, raggio e rugosità. 

Il tutto in meno di 40 secondi.

NANOVEA

HS2000

MODELLO CAD

Una misura precisa delle dimensioni e della rugosità superficiale del pezzo lavorato è fondamentale per assicurarsi che sia conforme alle specifiche, alle tolleranze e alle finiture superficiali desiderate. Di seguito vengono presentati il modello 3D e il disegno tecnico del pezzo da ispezionare. 

VISTA A FALSI COLORI

La vista in falsi colori del modello CAD e la superficie della parte lavorata scansionata sono confrontate in FIGURA 3. La variazione di altezza sulla superficie del campione può essere osservata dal cambiamento di colore.

Dalla scansione superficiale 3D vengono estratti tre profili 2D, come indicato in FIGURA 2, per verificare ulteriormente la tolleranza dimensionale del pezzo lavorato.

CONFRONTO TRA PROFILI E RISULTATI

I profili da 1 a 3 sono mostrati nelle FIGURE da 3 a 5. Il controllo quantitativo delle tolleranze viene effettuato confrontando il profilo misurato con il modello CAD per rispettare i rigorosi standard di produzione. I profili 1 e 2 misurano il raggio di diverse aree del pezzo lavorato curvo. La variazione di altezza del profilo 2 è di 30 µm su una lunghezza di 156 mm, il che soddisfa il requisito di tolleranza di ±125 µm. 

Impostando un valore limite di tolleranza, il software di analisi può determinare automaticamente il superamento o il fallimento del pezzo lavorato.

Ispezione di parti di macchine con un profilometro

La rugosità e l'uniformità della superficie del pezzo lavorato svolgono un ruolo importante nel garantirne la qualità e la funzionalità. La FIGURA 6 mostra l'area della superficie estratta dalla scansione madre del pezzo lavorato, utilizzata per quantificare la finitura superficiale. La rugosità superficiale media (Sa) è stata calcolata pari a 2,31 µm.

CONCLUSIONE

In questo studio abbiamo mostrato come il profilatore senza contatto NANOVEA HS2000, dotato di un sensore ad alta velocità, esegua un'ispezione superficiale completa di dimensioni e rugosità. 

Le scansioni ad alta risoluzione consentono agli utenti di misurare la morfologia dettagliata e le caratteristiche superficiali dei pezzi lavorati e di confrontarli quantitativamente con i loro modelli CAD. Lo strumento è inoltre in grado di rilevare qualsiasi difetto, compresi graffi e cricche. 

L'analisi avanzata dei contorni è uno strumento impareggiabile non solo per determinare se i pezzi lavorati soddisfano le specifiche stabilite, ma anche per valutare i meccanismi di guasto dei componenti usurati.

I dati qui riportati rappresentano solo una parte dei calcoli possibili con il software di analisi avanzata di cui è dotato ogni profilatore ottico NANOVEA.

 

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Fretting Test di usura Tribologia

Valutazione dell'usura da sfregamento

VALUTAZIONE DELL'USURA DA FRETTING

Valutazione dell'usura da fretting nell'aviazione

Autore:

Duanjie Li, PhD

Revisionato da

Jocelyn Esparza

Valutazione dell'usura da fretting nell'industria mineraria e metallurgica

INTRODUZIONE

Il fretting è "uno speciale processo di usura che si verifica nell'area di contatto tra due materiali sotto carico e soggetti a un minimo movimento relativo a causa di vibrazioni o di altre forze". Quando le macchine sono in funzione, le vibrazioni si verificano inevitabilmente nelle giunzioni imbullonate o fissate, tra componenti che non sono destinati a muoversi e in accoppiamenti e cuscinetti oscillanti. L'ampiezza di questi movimenti di scorrimento relativo è spesso dell'ordine dei micrometri o dei millimetri. Questo movimento ripetitivo a bassa ampiezza causa una grave usura meccanica localizzata e il trasferimento di materiale sulla superficie, che può portare a una riduzione dell'efficienza produttiva, delle prestazioni della macchina o addirittura al suo danneggiamento.

Importanza del metodo quantitativo
Valutazione dell'usura da sfregamento

L'usura da sfregamento spesso coinvolge diversi meccanismi di usura complessi che hanno luogo sulla superficie di contatto, tra cui l'abrasione a due corpi, l'adesione e/o l'usura da fatica da sfregamento. Per comprendere il meccanismo dell'usura da sfregamento e selezionare il materiale migliore per la protezione dall'usura da sfregamento, è necessaria una valutazione affidabile e quantitativa dell'usura da sfregamento. Il comportamento all'usura da sfregamento è influenzato in modo significativo dall'ambiente di lavoro, come l'ampiezza dello spostamento, il carico normale, la corrosione, la temperatura, l'umidità e la lubrificazione. Un versatile tribometro in grado di simulare le diverse condizioni di lavoro realistiche sarà ideale per la valutazione dell'usura da sfregamento.

Steven R. Lampman, Manuale ASM: Volume 19: Fatica e frattura
http://www.machinerylubrication.com/Read/693/fretting-wear

OBIETTIVO DI MISURAZIONE

In questo studio abbiamo valutato il comportamento dell'usura da fretting di un campione di acciaio inossidabile SS304 a diverse velocità di oscillazione e temperature per mostrare la capacità di NANOVEA T50 Il tribometro simula il processo di usura da fretting del metallo in modo controllato e monitorato.

NANOVEA

T50

CONDIZIONI DI PROVA

La resistenza all'usura da fretting di un campione di acciaio inossidabile SS304 è stata valutata da NANOVEA Tribometro con modulo di usura lineare a rotazione. Come materiale di contrasto è stata utilizzata una sfera di WC (diametro 6 mm). La traccia di usura è stata esaminata utilizzando un NANOVEA Profilatore 3D senza contatto. 

La prova di fretting è stata eseguita a temperatura ambiente (RT) e a 200 °C per studiare l'effetto dell'alta temperatura sulla resistenza all'usura da fretting del campione SS304. Una piastra riscaldante sullo stadio del campione ha riscaldato il campione durante la prova di fretting a 200 °C. Il tasso di usura, Kè stato valutato con la formula K=V/(F×s), dove V è il volume consumato, F è il carico normale e s è la distanza di scorrimento.

Si noti che in questo studio è stata utilizzata come esempio una sfera di WC come materiale di contrasto. È possibile applicare qualsiasi materiale solido con forme e finiture superficiali diverse utilizzando un dispositivo personalizzato per simulare la situazione applicativa reale.

PARAMETRI DEL TEST

delle misure di usura

RISULTATI E DISCUSSIONE

Il profilo 3D della pista d'usura consente di determinare direttamente e con precisione la perdita di volume della pista d'usura calcolata con il metodo del NANOVEA Software di analisi delle montagne. 

Il test di usura reciproca a bassa velocità di 100 giri/min e a temperatura ambiente mostra una piccola traccia di usura di 0,014 mm.³. In confronto, il test di usura da fretting eseguito ad una velocità elevata di 1000 giri/min crea una traccia di usura sostanzialmente più grande, con un volume di 0,12 mm.³Questo processo di usura accelerata può essere attribuito all'elevato calore e alle intense vibrazioni generate durante la prova di usura per fretting, che favoriscono l'ossidazione dei detriti metallici e provocano una forte abrasione a tre corpi. Il test di usura per fretting ad una temperatura elevata di 200 °C forma una traccia di usura più grande di 0,27 mm³.

Il test di usura da fretting a 1000 giri/min ha un tasso di usura di 1,5×10-4 mm³/Nm, che è quasi nove volte superiore a quello della prova di usura alternata a 100 giri/min. Il test di usura per fretting a una temperatura elevata accelera ulteriormente il tasso di usura a 3,4×10-4 mm³/Nm. Una differenza così significativa nella resistenza all'usura misurata a velocità e temperature diverse dimostra l'importanza di una corretta simulazione dell'usura da fretting per applicazioni realistiche.

Il comportamento all'usura può cambiare drasticamente quando si introducono nel tribosistema piccole variazioni nelle condizioni di prova. La versatilità del NANOVEA Il tribometro consente di misurare l'usura in diverse condizioni, tra cui alta temperatura, lubrificazione, corrosione e altre. L'accurato controllo della velocità e della posizione da parte del motore avanzato consente agli utenti di eseguire il test di usura a velocità comprese tra 0,001 e 5000 giri/minuto, rendendolo uno strumento ideale per i laboratori di ricerca/test per studiare l'usura da fretting in diverse condizioni tribologiche.

Tracce di usura da sfregamento in varie condizioni

al microscopio ottico

Tracce di usura da fretting in varie condizioni al microscopio ottico

PROFILI 3D DEI TRACCIATI D'USURA

fornire maggiori informazioni sulla comprensione dei fondamenti
del meccanismo di usura da fretting

Profili di usura 3d - fretting

RIEPILOGO DEI RISULTATI DELLE TRACCE DI USURA

misurata con diversi parametri di prova

CONCLUSIONE

In questo studio, abbiamo dimostrato la capacità della NANOVEA Tribometro per valutare il comportamento dell'usura da fretting di un campione di acciaio inossidabile SS304 in modo ben controllato e quantitativo. 

La velocità e la temperatura del test giocano un ruolo fondamentale nella resistenza all'usura da fretting dei materiali. L'elevato calore e le intense vibrazioni durante il fretting hanno determinato un'usura sostanzialmente accelerata del campione SS304 di quasi nove volte. La temperatura elevata di 200 °C ha ulteriormente aumentato il tasso di usura a 3,4×10-4 mm3/Nm. 

La versatilità del NANOVEA Il tribometro è uno strumento ideale per misurare l'usura da sfregamento in varie condizioni, tra cui alta temperatura, lubrificazione, corrosione e altre.

NANOVEA I tribometri offrono test di usura e attrito precisi e ripetibili utilizzando modalità rotative e lineari conformi alle norme 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 nostra gamma impareggiabile è la soluzione ideale per determinare l'intera gamma di proprietà tribologiche di rivestimenti, film e substrati sottili o spessi, morbidi o duri.

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Cuscinetti a sfere: studio sulla resistenza all'usura ad alta forza



INTRODUZIONE

Un cuscinetto a sfere utilizza sfere per ridurre l'attrito rotazionale e supportare carichi radiali e assiali. Le sfere che rotolano tra le piste dei cuscinetti producono un coefficiente di attrito (COF) molto più basso rispetto a due superfici piane che scorrono l'una contro l'altra. I cuscinetti a sfere sono spesso esposti a livelli elevati di stress da contatto, usura e condizioni ambientali estreme come le alte temperature. Pertanto, la resistenza all'usura delle sfere sotto carichi elevati e condizioni ambientali estreme è fondamentale per prolungare la durata del cuscinetto a sfere e ridurre costi e tempi di riparazioni e sostituzioni.
I cuscinetti a sfere si trovano in quasi tutte le applicazioni che coinvolgono parti in movimento. Sono comunemente utilizzati nei settori dei trasporti come quello aerospaziale e automobilistico, nonché nell'industria dei giocattoli che produce articoli come fidget spinner e skateboard.

VALUTAZIONE DELL'USURA DEI CUSCINETTI A SFERE CON CARICHI ELEVATI

I cuscinetti a sfere possono essere realizzati da un ampio elenco di materiali. I materiali comunemente utilizzati vanno dai metalli come l'acciaio inossidabile e l'acciaio al cromo o dalla ceramica come il carburo di tungsteno (WC) e il nitruro di silicio (Si3n4). Per garantire che i cuscinetti a sfere prodotti possiedano la resistenza all'usura richiesta, ideale per le condizioni dell'applicazione data, sono necessarie valutazioni tribologiche affidabili sotto carichi elevati. I test tribologici aiutano a quantificare e confrontare i comportamenti di usura dei diversi cuscinetti a sfere in modo controllato e monitorato per selezionare il miglior candidato per l'applicazione mirata.

OBIETTIVO DI MISURAZIONE

In questo studio, mostriamo una Nanovea Tribometro come strumento ideale per confrontare la resistenza all'usura di diversi cuscinetti a sfere sottoposti a carichi elevati.

Figura 1: Impostazione della prova dei cuscinetti.

PROCEDURA DI PROVA

Il coefficiente di attrito, COF e la resistenza all'usura dei cuscinetti a sfera realizzati in diversi materiali sono stati valutati mediante un tribometro Nanovea. Come materiale di supporto è stata utilizzata carta vetrata a grana P100. I segni di usura dei cuscinetti a sfera sono stati esaminati utilizzando a Nanovea Profiler 3D senza contatto al termine dei test di usura. I parametri del test sono riepilogati nella Tabella 1. Il tasso di usura, Kè stato valutato con la formula K=V/(F×s), dove V è il volume consumato, F è il carico normale e s è la distanza di scorrimento. Le cicatrici da usura della palla sono state valutate da a Nanovea Profiler 3D senza contatto per garantire una misurazione precisa del volume di usura.
La funzione di posizionamento radiale motorizzato automatizzato consente al tribometro di diminuire il raggio della traccia di usura per la durata di una prova. Questa modalità di test è chiamata test a spirale e garantisce che il cuscinetto a sfere scivoli sempre su una nuova superficie della carta vetrata (Figura 2). Migliora significativamente la ripetibilità del test di resistenza all'usura sulla sfera. L'encoder avanzato a 20 bit per il controllo della velocità interno e l'encoder a 16 bit per il controllo della posizione esterno forniscono informazioni precise su velocità e posizione in tempo reale, consentendo una regolazione continua della velocità di rotazione per ottenere una velocità di scorrimento lineare costante al contatto.
Si prega di notare che la carta vetrata a grana P100 è stata utilizzata per semplificare il comportamento di usura tra i vari materiali delle sfere in questo studio e può essere sostituita con qualsiasi altra superficie di materiale. Qualsiasi materiale solido può essere sostituito per simulare le prestazioni di un'ampia gamma di accoppiamenti di materiali in condizioni applicative reali, ad esempio in liquidi o lubrificanti.

Figura 2: Illustrazione dei passaggi a spirale del cuscinetto a sfera sulla carta vetrata.
Tabella 1: parametri di prova delle misurazioni dell'usura.

 

RISULTATI E DISCUSSIONE

Il tasso di usura è un fattore vitale per determinare la durata di servizio del cuscinetto a sfere, mentre un COF basso è auspicabile per migliorare le prestazioni e l'efficienza del cuscinetto. La Figura 3 confronta l'evoluzione del COF per diversi cuscinetti a sfera rispetto alla carta vetrata durante i test. La sfera in acciaio al cromo mostra un COF aumentato di ~0,4 durante il test di usura, rispetto a ~0,32 e ~0,28 per i cuscinetti a sfera SS440 e Al2O3. D'altro canto, la sfera WC presenta un COF costante di ~0,2 durante tutto il test di usura. Durante ogni test è possibile osservare una variazione COF osservabile, attribuita alle vibrazioni causate dal movimento di scorrimento dei cuscinetti a sfera contro la superficie ruvida della carta vetrata.

 

Figura 3: Evoluzione del COF durante le prove di usura.

La Figura 4 e la Figura 5 confrontano le tracce di usura dei cuscinetti a sfera dopo che sono stati misurati rispettivamente con un microscopio ottico e un profilatore ottico Nanovea Non-Contact, e la Tabella 2 riassume i risultati dell'analisi della traccia di usura. Il profilatore Nanovea 3D determina con precisione il volume di usura dei cuscinetti a sfere, consentendo di calcolare e confrontare i tassi di usura di diversi cuscinetti a sfere. Si può osservare che le sfere in acciaio al cromo e SS440 mostrano segni di usura appiattiti molto più grandi rispetto alle sfere in ceramica, cioè Al2O3 e WC dopo i test di usura. Le sfere in acciaio al cromo e SS440 hanno tassi di usura comparabili rispettivamente di 3,7×10-3 e 3,2×10-3 m3/N m. In confronto, la sfera Al2O3 mostra una maggiore resistenza all'usura con un tasso di usura di 7,2×10-4 m3/N m. La sfera WC presenta appena piccoli graffi sulla zona di usura poco profonda, con un conseguente tasso di usura significativamente ridotto di 3,3×10-6 mm3/N m.

Figura 4: Usura dei cuscinetti a sfera dopo i test.

Figura 5: Morfologia 3D delle tracce di usura sui cuscinetti a sfere.

Tabella 2: Analisi dei segni di usura dei cuscinetti a sfera.

La Figura 6 mostra le immagini al microscopio delle tracce di usura prodotte sulla carta vetrata dai quattro cuscinetti a sfera. È evidente che la sfera WC ha prodotto la pista di usura più severa (rimuovendo quasi tutte le particelle di sabbia sul suo percorso) e possiede la migliore resistenza all'usura. In confronto, le sfere Cr Steel e SS440 hanno lasciato una grande quantità di detriti metallici sulla traccia di usura della carta vetrata.
Queste osservazioni dimostrano ulteriormente l’importanza del beneficio di un test a spirale. Garantisce che il cuscinetto a sfere scivoli sempre su una nuova superficie della carta vetrata, migliorando significativamente la ripetibilità di un test di resistenza all'usura.

Figura 6: tracce di usura sulla carta vetrata contro diversi cuscinetti a sfera.

CONCLUSIONE

La resistenza all'usura dei cuscinetti a sfera ad alta pressione gioca un ruolo fondamentale nelle loro prestazioni di servizio. I cuscinetti a sfere in ceramica possiedono una resistenza all'usura notevolmente migliorata in condizioni di stress elevato e riducono i tempi e i costi dovuti alla riparazione o alla sostituzione dei cuscinetti. In questo studio, il cuscinetto a sfere WC mostra una resistenza all'usura sostanzialmente più elevata rispetto ai cuscinetti in acciaio, rendendolo un candidato ideale per applicazioni di cuscinetti in cui si verifica un'usura grave.
Un tribometro Nanovea è progettato con capacità di coppia elevata per carichi fino a 2000 N e un motore preciso e controllato per velocità di rotazione da 0,01 a 15.000 giri/min. Offre test ripetibili di usura e attrito utilizzando modalità rotativa e lineare conformi a ISO e ASTM, con moduli opzionali di usura e lubrificazione ad alta temperatura disponibili in un unico sistema preintegrato. Questa gamma senza eguali consente agli utenti di simulare diversi ambienti di lavoro gravosi dei cuscinetti a sfere, tra cui stress elevato, usura e alta temperatura, ecc. Funziona anche come strumento ideale per valutare quantitativamente i comportamenti tribologici di materiali resistenti all'usura superiori sotto carichi elevati.
Un profilatore senza contatto 3D Nanovea fornisce misurazioni precise del volume di usura e funge da strumento per analizzare la morfologia dettagliata delle tracce di usura, fornendo ulteriori approfondimenti nella comprensione fondamentale dei meccanismi di usura.

Preparato da
Duanjie Li, PhD, Jonathan Thomas e Pierre Leroux

Viti dentali-misurazione dimensionale con profilometro 3D

Strumenti dentali: Analisi dimensionale e della rugosità superficiale



INTRODUZIONE

 

Avere dimensioni precise e rugosità superficiale ottimale sono vitali per la funzionalità delle viti dentali. Molte dimensioni delle viti dentali richiedono un'elevata precisione come raggi, angoli, distanze e altezze dei gradini. Comprendere la ruvidità della superficie locale è inoltre estremamente importante per qualsiasi strumento medico o parte inserita all'interno del corpo umano per ridurre al minimo l'attrito radente.

 

 

PROFILOMETRIA SENZA CONTATTO PER LO STUDIO DIMENSIONALE

 

Nanovea Profilatori 3D senza contatto utilizzano una tecnologia basata sulla luce cromatica per misurare qualsiasi superficie materiale: trasparente, opaca, speculare, diffusiva, lucida o ruvida. A differenza della tecnica con tastatore a contatto, la tecnica senza contatto può misurare all'interno di aree ristrette e non aggiunge errori intrinseci dovuti alla deformazione causata dalla pressione della punta su un materiale plastico più morbido. La tecnologia basata sulla luce cromatica offre inoltre una precisione laterale e di altezza superiore rispetto alla tecnologia di variazione della messa a fuoco. I Nanovea Profiler possono scansionare grandi superfici direttamente senza cuciture e profilare la lunghezza di una parte in pochi secondi. È possibile misurare caratteristiche superficiali della gamma da nano a macro e angoli di superficie elevati grazie alla capacità del profilatore di misurare le superfici senza che alcun algoritmo complesso manipoli i risultati.

 

 

OBIETTIVO DI MISURAZIONE

 

In questa applicazione, il profilatore ottico Nanovea ST400 è stato utilizzato per misurare una vite dentale lungo le caratteristiche piatte e filettate in un'unica misurazione. La rugosità superficiale è stata calcolata dall'area piana e sono state determinate le varie dimensioni delle caratteristiche filettate.

 

controllo qualità delle viti dentali

Campione di vite dentale analizzato da NANOVEA Profilatore ottico.

 

Campione di vite dentale analizzato.

 

RISULTATI

 

Superficie 3D

La vista 3D e la vista in falsi colori della vite dentale mostrano un'area piatta con filettatura che inizia su entrambi i lati. Fornisce agli utenti uno strumento semplice per osservare direttamente la morfologia della vite da diverse angolazioni. L'area piatta è stata estratta dalla scansione completa per misurarne la rugosità superficiale.

 

 

Analisi della superficie 2D

I profili lineari possono anche essere estratti dalla superficie per mostrare una vista in sezione trasversale della vite. L'analisi del contorno e gli studi sull'altezza del gradino sono stati utilizzati per misurare dimensioni precise in una determinata posizione sulla vite.

 

 

CONCLUSIONE

 

In questa applicazione, abbiamo mostrato la capacità del profilatore senza contatto Nanovea 3D di calcolare con precisione la rugosità superficiale locale e misurare caratteristiche di grandi dimensioni in un'unica scansione.

I dati mostrano una rugosità superficiale locale di 0,9637 μm. Il raggio della vite tra le filettature è risultato essere di 1,729 mm e le filettature avevano un'altezza media di 0,413 mm. L'angolo medio tra i fili è stato determinato pari a 61,3°.

I dati qui riportati rappresentano solo una parte dei calcoli disponibili nel software di analisi.

 

Preparato da
Duanjie Li, PhD., Jonathan Thomas e Pierre Leroux

Ceramica: Mappatura veloce di nanoindentazione per il rilevamento dei grani



INTRODUZIONE

 

Nanoindentazione è diventata una tecnica ampiamente applicata per misurare il comportamento meccanico dei materiali su piccola scalai ii. Le curve di spostamento del carico ad alta risoluzione derivanti da una misurazione di nanoindentazione possono fornire una varietà di proprietà fisico-meccaniche, tra cui durezza, modulo di Young, scorrimento, resistenza alla frattura e molte altre.

 

 

Importanza dell'indentazione della mappatura rapida

 

Un ostacolo significativo per l’ulteriore divulgazione della tecnica di nanoindentazione è il consumo di tempo. Una mappatura delle proprietà meccaniche mediante la procedura di nanoindentazione convenzionale può facilmente richiedere ore, il che ostacola l'applicazione della tecnica nei settori della produzione di massa, come quello dei semiconduttori, aerospaziale, MEMS, prodotti di consumo come piastrelle di ceramica e molti altri.

La mappatura rapida può rivelarsi essenziale nel settore della produzione di piastrelle di ceramica. Le mappature dei moduli di Durezza e Young su una singola piastrella di ceramica possono presentare una distribuzione di dati che indica quanto omogenea sia la superficie. In questa mappatura è possibile delineare le regioni più morbide su un riquadro e mostrare le posizioni più soggette a guasti a causa degli impatti fisici che si verificano quotidianamente nella residenza di qualcuno. È possibile effettuare mappature su diversi tipi di piastrelle per studi comparativi e su un lotto di piastrelle simili per misurarne la consistenza nei processi di controllo qualità. La combinazione di configurazioni di misurazione può essere ampia, nonché accurata ed efficiente con il metodo di mappatura rapida.

 

OBIETTIVO DI MISURAZIONE

 

In questo studio, la Nanovea Collaudatore meccanico, in modalità FastMap viene utilizzato per mappare le proprietà meccaniche di una piastrella ad alta velocità. Mostriamo la capacità del Nanovea Mechanical Tester di eseguire due veloci mappature di nanoindentazione con elevata precisione e riproducibilità.

 

Condizioni di prova

 

Il Nanovea Mechanical Tester è stato utilizzato per eseguire una serie di nanoindentazioni con la modalità FastMap su una piastrella del pavimento utilizzando un penetratore Berkovich. I parametri del test sono riepilogati di seguito per le due matrici di rientro create.

 

Tabella 1: riepilogo dei parametri del test.

 

RISULTATI E DISCUSSIONE 

 

Figura 1: vista 2D e 3D della mappatura della durezza a 625 rientranze.

 

 

 

Figura 2: Micrografia della matrice a 625 rientranze che mostra la grana.

 

 

Una matrice da 625 rientranti è stata condotta su uno spessore di 0,20 mm2 area con una grande grana visibile presente. Questa grana (Figura 2) aveva una durezza media inferiore alla superficie complessiva della piastrella. Il software Nanovea Mechanical consente all'utente di vedere la mappa di distribuzione della durezza in modalità 2D e 3D, illustrata nella Figura 1. Utilizzando il controllo della posizione ad alta precisione del tavolino campione, il software consente agli utenti di individuare aree come queste in modo approfondito mappatura delle proprietà meccaniche.

Figura 3: vista 2D e 3D della mappatura della durezza a 1600 trattini.

 

 

Figura 4: Micrografia della matrice a 1600 rientranze.

 

 

Sulla stessa piastrella è stata inoltre creata una matrice da 1600 denti per misurare l'omogeneità della superficie. Anche in questo caso l'utente ha la possibilità di vedere la distribuzione della durezza in modalità 3D o 2D (Figura 3) nonché l'immagine al microscopio della superficie dentellata. Sulla base della distribuzione della durezza presentata, si può concludere che il materiale è poroso a causa della distribuzione uniforme dei punti dati di durezza alta e bassa.

Rispetto alle procedure convenzionali di nanoindentazione, la modalità FastMap in questo studio richiede sostanzialmente meno tempo ed è più economica. Consente una rapida mappatura quantitativa delle proprietà meccaniche, tra cui la durezza e il modulo di Young, e fornisce una soluzione per il rilevamento dei grani e della consistenza dei materiali, che è fondamentale per il controllo di qualità di una varietà di materiali nella produzione di massa.

 

 

CONCLUSIONE

 

In questo studio, abbiamo dimostrato la capacità del Nanovea Mechanical Tester nell'eseguire una mappatura della nanoindentazione rapida e precisa utilizzando la modalità FastMap. Le mappe delle proprietà meccaniche sulla piastrella in ceramica utilizzano il controllo della posizione (con precisione di 0,2 µm) degli stadi e la sensibilità del modulo di forza per rilevare i grani superficiali e misurare l'omogeneità di una superficie ad alta velocità.

I parametri di test utilizzati in questo studio sono stati determinati in base alle dimensioni della matrice e del materiale campione. È possibile scegliere una varietà di parametri di test per ottimizzare il tempo totale del ciclo di rientranza a 3 secondi per rientranza (o 30 secondi per ogni 10 rientranze).

I moduli Nano e Micro del Nanovea Mechanical Tester includono tutti modalità di test di indentazione, graffiatura e usura conformi ISO e ASTM, fornendo la gamma di test più ampia e intuitiva disponibile in un unico sistema. L'impareggiabile gamma di Nanovea è una soluzione ideale per determinare l'intera gamma di proprietà meccaniche di rivestimenti, pellicole e substrati sottili o spessi, morbidi o duri, tra cui durezza, modulo di Young, tenacità alla frattura, adesione, resistenza all'usura e molti altri.

Inoltre, sono disponibili un profilatore 3D senza contatto opzionale e un modulo AFM per l'imaging 3D ad alta risoluzione di rientranze, graffi e tracce di usura oltre ad altre misurazioni superficiali come la rugosità.

 

Autore: Duanjie Li, PhD Rivisto da Pierre Leroux e Jocelyn Esparza

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