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CONTATTACI

Tribologia delle rocce

TRIBOLOGIA ROCK

UTILIZZANDO IL TRIBOMETRO NANOVEA

Preparato da

DUANJIE LI, PhD

INTRODUZIONE

Le rocce sono composte da granelli di minerali. Il tipo e l'abbondanza di questi minerali, nonché la forza del legame chimico tra i grani minerali, determinano le proprietà meccaniche e tribologiche delle rocce. A seconda dei cicli geologici delle rocce, le rocce possono subire trasformazioni e sono tipicamente classificate in tre tipi principali: ignee, sedimentarie e metamorfiche. Queste rocce presentano diverse composizioni minerali e chimiche, permeabilità e dimensioni delle particelle, e tali caratteristiche contribuiscono alla loro varia resistenza all'usura. La tribologia delle rocce esplora i comportamenti di usura e attrito delle rocce in varie condizioni geologiche e ambientali.

IMPORTANZA DELLA TRIBOLOGIA ROCK

Durante il processo di perforazione dei pozzi si verificano vari tipi di usura delle rocce, tra cui abrasione e attrito, che portano a significative perdite dirette e consequenziali attribuite alla riparazione e alla sostituzione di punte di perforazione e utensili da taglio. Pertanto, lo studio della perforabilità, perforabilità, tagliabilità e abrasività delle rocce è fondamentale nelle industrie petrolifere, del gas e minerarie. La ricerca sulla tribologia delle rocce gioca un ruolo fondamentale nella selezione delle strategie di perforazione più efficienti ed economicamente vantaggiose, migliorando così l’efficienza complessiva e contribuendo alla conservazione dei materiali, dell’energia e dell’ambiente. Inoltre, ridurre al minimo l'attrito superficiale è estremamente vantaggioso nel ridurre l'interazione tra la punta di perforazione e la roccia, con conseguente diminuzione dell'usura dell'utensile e migliore efficienza di perforazione/taglio.

OBIETTIVO DI MISURAZIONE

In questo studio, abbiamo simulato e confrontato le proprietà tribologiche di due tipi di rocce per mostrare la capacità del NANOVEA T50 Tribometro nella misurazione del coefficiente di attrito e del tasso di usura delle rocce in modo controllato e monitorato.

NANOVEA

T50

SAPERNE DI PIÙ

I CAMPIONI

PROCEDURA DI PROVA

Il coefficiente di attrito, COF e la resistenza all'usura di due campioni di roccia sono stati valutati dal tribometro NANOVEA T50 utilizzando il modulo di usura Pin-on-Disc. Come contromateriale è stata utilizzata una sfera Al2O3 (6 mm di diametro). Dopo i test, la traccia di usura è stata esaminata utilizzando il profilometro senza contatto NANOVEA. I parametri del test sono riassunti di seguito. 

Il tasso di usura, K, è stato valutato utilizzando la formula K=V/(F×s)=A/(F×n), 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 profilometro ottico NANOVEA e la morfologia delle tracce di usura è stata esaminata utilizzando un microscopio ottico. 

Si noti che in questo studio è stata utilizzata come esempio la sfera Al2O3 come contromateriale. Qualsiasi materiale solido con forme diverse può essere applicato utilizzando un dispositivo personalizzato per simulare la situazione applicativa reale.

PARAMETRI DEL TEST

SUPERFICIE IN ACCIAIO

Calcare, Marmo

RAGGIO DELL'ANELLO DI USURA 5 mm
FORZA NORMALE 10 N
DURATA DEL TEST 10 minuti
VELOCITÀ 100 giri al minuto

RISULTATI E DISCUSSIONE

La durezza (H) e il modulo elastico (E) dei campioni di calcare e marmo vengono confrontati nella FIGURA 1, utilizzando il modulo Micro Indentazione del Tester Meccanico NANOVEA. Il campione di calcare ha mostrato valori H ed E più bassi, rispettivamente pari a 0,53 e 25,9 GPa, in contrasto con il marmo, che ha registrato valori di 1,07 per H e 49,6 GPa per E. La variabilità relativamente più elevata nei valori H ed E osservata nel campione Il campione di calcare è da attribuire alla sua maggiore disomogeneità superficiale, derivante dalle sue caratteristiche granulari e porose.

L'evoluzione del COF durante le prove di usura dei due campioni di roccia è illustrata nella FIGURA 2. Il calcare inizialmente sperimenta un rapido aumento del COF fino a circa 0,8 all'inizio della prova di usura, mantenendo questo valore per tutta la durata della prova. Questo brusco cambiamento nel COF può essere attribuito alla penetrazione della sfera di Al2O3 nel campione di roccia, risultante da un rapido processo di usura e irruvidimento che avviene sulla faccia di contatto all'interno della pista di usura. Al contrario, il campione di marmo mostra un notevole aumento del COF a valori più alti dopo circa 5 metri di distanza di scorrimento, a significare la sua superiore resistenza all'usura rispetto al calcare.

FIGURA 1: Confronto di durezza e modulo di Young tra campioni di calcare e marmo.

FIGURA 2: Evoluzione del coefficiente di attrito (COF) in campioni di calcare e marmo durante le prove di usura.

La FIGURA 3 confronta i profili trasversali dei campioni di calcare e marmo dopo le prove di usura e la Tabella 1 riassume i risultati dell'analisi delle tracce di usura. La FIGURA 4 mostra le tracce di usura dei campioni al microscopio ottico. La valutazione della traccia di usura è in linea con l'osservazione dell'evoluzione del COF: il campione di marmo, che mantiene un COF basso per un periodo più lungo, mostra un tasso di usura inferiore di 0,0046 mm³/N m, rispetto a 0,0353 mm³/N m per il calcare. Le proprietà meccaniche superiori del marmo contribuiscono alla sua migliore resistenza all'usura rispetto al calcare.

FIGURA 3: Profili in sezione delle piste di usura.

ZONA DELLA VALLE PROFONDITÀ DELLA VALLE TASSO DI USURA
CALCARE 35,3±5,9×104 µm2 229±24μm 0,0353 mm3/Nm
MARMO 4,6±1,2×104 µm2 61±15μm 0,0046 mm3/Nm

TABELLA 1: Riepilogo dei risultati dell'analisi delle tracce di usura.

FIGURA 4: Tracce di usura al microscopio ottico.

CONCLUSIONE

In questo studio, abbiamo dimostrato la capacità del Tribometro NANOVEA nel valutare il coefficiente di attrito e la resistenza all'usura di due campioni di roccia, vale a dire marmo e calcare, in modo controllato e monitorato. Le superiori proprietà meccaniche del marmo contribuiscono alla sua eccezionale resistenza all'usura. Questa proprietà rende difficile la perforazione o il taglio nell'industria del petrolio e del gas. Al contrario, prolunga notevolmente la sua durata se utilizzato come materiale da costruzione di alta qualità, come le piastrelle per pavimenti.

I tribometri NANOVEA offrono capacità di test di usura e attrito precise e ripetibili, aderendo agli standard ISO e ASTM sia in modalità rotativa che lineare. Inoltre, fornisce moduli opzionali per usura ad alta temperatura, lubrificazione e tribocorrosione, tutti perfettamente integrati in un unico sistema. L'impareggiabile gamma di NANOVEA è una soluzione ideale per determinare l'intera gamma di proprietà tribologiche di rivestimenti, pellicole, substrati e tribologia delle rocce sottili o spessi, morbidi o duri.

Analisi della superficie pallinata

ANALISI DELLA SUPERFICIE PALLINATA

UTILIZZO DEL PROFILOMETRO 3D SENZA CONTATTO

Preparato da

CRAIG LEISING

INTRODUZIONE

La pallinatura è un processo in cui un substrato viene bombardato con sfere sferiche di metallo, vetro o ceramica, comunemente denominate "sparate", con una forza destinata a indurre plasticità sulla superficie. L'analisi delle caratteristiche prima e dopo la martellatura fornisce spunti cruciali per migliorare la comprensione e il controllo del processo. La rugosità superficiale e l'area di copertura delle fossette lasciate dallo sparo sono aspetti di interesse particolarmente degni di nota.

Importanza del profilometro 3D senza contatto per l'analisi della superficie pallinata

A differenza dei profilometri a contatto tradizionali, tradizionalmente utilizzati per l'analisi delle superfici pallinate, la misurazione 3D senza contatto fornisce un'immagine 3D completa per offrire una comprensione più completa dell'area di copertura e della topografia della superficie. Senza funzionalità 3D, un'ispezione si baserà esclusivamente su informazioni 2D, che non sono sufficienti per caratterizzare una superficie. Comprendere la topografia, l'area di copertura e la rugosità in 3D è l'approccio migliore per controllare o migliorare il processo di pallinatura. di NANOVEA Profilometri 3D senza contatto utilizzano la tecnologia della luce cromatica con una capacità unica di misurare gli angoli ripidi riscontrati su superfici lavorate e pallinate. Inoltre, quando altre tecniche non riescono a fornire dati affidabili a causa del contatto della sonda, della variazione della superficie, dell'angolo o della riflettività, i profilometri NANOVEA riescono.

OBIETTIVO DI MISURAZIONE

In questa applicazione, il profilometro senza contatto NANOVEA ST400 viene utilizzato per misurare la materia prima e due superfici martellate in modo diverso per una revisione comparativa. C'è un elenco infinito di parametri di superficie che possono essere calcolati automaticamente dopo la scansione della superficie 3D. Qui esamineremo la superficie 3D e selezioneremo le aree di interesse per ulteriori analisi, inclusa la quantificazione e l'analisi della rugosità, delle fossette e dell'area della superficie.

NANOVEA

ST400

SAPERNE DI PIÙ
profilometro ottico senza contatto 3d

IL CAMPIONE

RISULTATI

SUPERFICIE IN ACCIAIO

ISO 25178 PARAMETRI DI RUGOSITÀ 3D

S.A 0,399 micron Rugosità media
Sq 0,516 micron Rugosità RMS
Sz 5,686 micron Massimo picco-valle
Sp 2,976 micron Altezza massima del picco
Sv 2,711 micron Profondità massima della fossa
Cod 3.9344 Curtosi
Ssk -0.0113 Skewness
Sal 0,0028 mm Lunghezza di correlazione automatica
str 0.0613 Proporzioni della trama
Sdar 26,539 mm² Superficie
Svk 0,589 micron Profondità della valle ridotta
 

RISULTATI

SUPERFICIE MARRELLATA 1

COPERTURA DELLA SUPERFICIE
98.105%

ISO 25178 PARAMETRI DI RUGOSITÀ 3D

Sa 4,102 micron Rugosità media
Sq 5,153 micron Rugosità RMS
Sz 44,975 micron Massimo picco-valle
Sp 24,332 micron Altezza massima del picco
Sv 20,644 micron Profondità massima della fossa
Cod 3.0187 Curtosi
Ssk 0.0625 Skewness
Sal 0,0976 mm Lunghezza di correlazione automatica
str 0.9278 Proporzioni della trama
Sdar 29.451mm² Superficie
Svk 5,008 micron Profondità della valle ridotta

RISULTATI

SUPERFICIE MARRELLATA 2

COPERTURA DELLA SUPERFICIE 97.366%

ISO 25178 PARAMETRI DI RUGOSITÀ 3D

Sa 4.330 micron Rugosità media
Sq 5,455 micron Rugosità RMS
Sz 54,013 micron Massimo picco-valle
Sp 25,908 micron Altezza massima del picco
Sv 28,105 micron Profondità massima della fossa
Cod 3.0642 Curtosi
Ssk 0.1108 Skewness
Sal 0,1034 mm Lunghezza di correlazione automatica
str 0.9733 Proporzioni della trama
Sdar 29,623 mm² Superficie
Svk 5,167 micron Profondità della valle ridotta

CONCLUSIONE

In questa applicazione di analisi della superficie pallinata, abbiamo dimostrato come il profilatore 3D senza contatto NANOVEA ST400 caratterizzi con precisione sia la topografia che i dettagli nanometrici di una superficie pallinata. È evidente che sia Surface 1 che Surface 2 hanno un impatto significativo su tutti i parametri qui riportati rispetto alla materia prima. Un semplice esame visivo delle immagini rivela le differenze tra le superfici. Ciò è ulteriormente confermato dall'osservazione dell'area di copertura e dei parametri elencati. Rispetto alla superficie 2, la superficie 1 presenta una rugosità media inferiore (Sa), ammaccature meno profonde (Sv) e un'area superficiale ridotta (Sdar), ma un'area di copertura leggermente superiore.

Da queste misurazioni della superficie 3D, le aree di interesse possono essere facilmente identificate e sottoposte a una gamma completa di misurazioni, tra cui rugosità, finitura, consistenza, forma, topografia, planarità, deformazione, planarità, volume, altezza del gradino e altre. È possibile scegliere rapidamente una sezione trasversale 2D per un'analisi dettagliata. Queste informazioni consentono un'analisi completa delle superfici martellate, utilizzando una gamma completa di risorse per la misurazione della superficie. Aree di interesse specifiche potrebbero essere ulteriormente esaminate con un modulo AFM integrato. I profilometri 3D NANOVEA offrono velocità fino a 200 mm/s. Possono essere personalizzati in termini di dimensioni, velocità, capacità di scansione e possono persino essere conformi agli standard delle camere bianche di classe 1. Sono inoltre disponibili opzioni come Indexing Conveyor e integrazione per l'utilizzo in linea o online.

Un ringraziamento speciale a Mr. Hayden della IMF per aver fornito il campione mostrato in questa nota. Industrial Metal Finishing Inc. | www.indmetfin.com

Morfologia della superficie della vernice

MORFOLOGIA DELLA SUPERFICIE DELLA PITTURA

MONITORAGGIO AUTOMATIZZATO DELL'EVOLUZIONE IN TEMPO REALE
UTILIZZO DEL PROFILOMETRO NANOVEA 3D

Preparato da

DUANJIE LI, PhD

INTRODUZIONE

Le proprietà protettive e decorative della vernice svolgono un ruolo significativo in una varietà di settori, tra cui quello automobilistico, marittimo, militare e delle costruzioni. Per ottenere le proprietà desiderate, come la resistenza alla corrosione, la protezione dai raggi UV e la resistenza all'abrasione, le formule e le architetture delle vernici vengono attentamente analizzate, modificate e ottimizzate.

IMPORTANZA DEL PROFILOMETRO 3D SENZA CONTATTO PER L'ANALISI DELLA MORFOLOGIA DELLA SUPERFICIE DELLA VERNICE A SECCO

La vernice viene solitamente applicata in forma liquida e subisce un processo di essiccazione, che prevede l'evaporazione dei solventi e la trasformazione della vernice liquida in una pellicola solida. Durante il processo di essiccazione, la superficie verniciata cambia progressivamente forma e consistenza. È possibile sviluppare diverse finiture superficiali e trame utilizzando additivi per modificare la tensione superficiale e le proprietà di flusso della vernice. Tuttavia, in caso di una ricetta di vernice mal formulata o di un trattamento superficiale improprio, possono verificarsi cedimenti indesiderati della superficie della vernice.

Un accurato monitoraggio in situ della morfologia della superficie della vernice durante il periodo di essiccazione può fornire una visione diretta del meccanismo di essiccazione. Inoltre, l’evoluzione in tempo reale delle morfologie superficiali è un’informazione molto utile in varie applicazioni, come la stampa 3D. La NANOVEA Profilometri 3D senza contatto misurare la morfologia superficiale della vernice dei materiali senza toccare il campione, evitando qualsiasi alterazione della forma che potrebbe essere causata da tecnologie di contatto come uno stilo scorrevole.

OBIETTIVO DI MISURAZIONE

In questa applicazione, il profilometro senza contatto NANOVEA ST500, dotato di un sensore ottico a linea ad alta velocità, viene utilizzato per monitorare la morfologia della superficie della vernice durante il suo periodo di asciugatura di 1 ora. Mostriamo la capacità del profilometro senza contatto NANOVEA di fornire la misurazione automatica in tempo reale del profilo 3D dei materiali con un continuo cambiamento di forma.

NANOVEA

ST500

SAPERNE DI PIÙ

RISULTATI E DISCUSSIONE

La vernice è stata applicata sulla superficie di una lamiera, seguita immediatamente da misurazioni automatizzate dell'evoluzione morfologica della vernice in essiccazione in situ utilizzando il profilometro senza contatto NANOVEA ST500 dotato di un sensore di linea ad alta velocità. Una macro era stata programmata per misurare e registrare automaticamente la morfologia della superficie 3D a intervalli di tempo specifici: 0, 5, 10, 20, 30, 40, 50 e 60 min. Questa procedura di scansione automatizzata consente agli utenti di eseguire le attività di scansione automaticamente eseguendo le procedure impostate in sequenza, riducendo notevolmente lo sforzo, il tempo e i possibili errori dell'utente rispetto ai test manuali o alle scansioni ripetute. Questa automazione si rivela estremamente utile per misurazioni a lungo termine che comportano più scansioni a diversi intervalli di tempo.

Il sensore di linea ottica genera una linea luminosa composta da 192 punti, come mostrato nella FIGURA 1. Questi 192 punti luminosi scansionano simultaneamente la superficie del campione, aumentando significativamente la velocità di scansione. Ciò garantisce che ogni scansione 3D venga completata rapidamente per evitare cambiamenti sostanziali della superficie durante ogni singola scansione.

FIGURA 1: Sensore a linea ottica che scansiona la superficie della vernice in essiccazione.

La vista in falsi colori, la vista 3D e il profilo 2D della topografia della vernice essiccata in momenti rappresentativi sono mostrati rispettivamente nella FIGURA 2, FIGURA 3 e FIGURA 4. Il falso colore nelle immagini facilita il rilevamento di caratteristiche che non sono facilmente distinguibili. I diversi colori rappresentano le variazioni di altezza nelle diverse aree della superficie del campione. La vista 3D fornisce uno strumento ideale per gli utenti per osservare la superficie della vernice da diverse angolazioni. Durante i primi 30 minuti del test, i falsi colori sulla superficie della vernice cambiano gradualmente da toni più caldi a toni più freddi, indicando una progressiva diminuzione dell'altezza nel tempo in questo periodo. Questo processo rallenta, come dimostra il lieve cambiamento di colore confrontando la vernice a 30 e 60 minuti.

L'altezza media del campione e i valori di rugosità Sa in funzione del tempo di asciugatura della vernice sono riportati nella FIGURA 5. L'analisi completa della rugosità della vernice dopo 0, 30 e 60 minuti di asciugatura è elencata nella TABELLA 1. Si può osservare che l'altezza media della superficie pittorica diminuisce rapidamente da 471 a 329 µm nei primi 30 minuti di asciugatura. La trama superficiale si sviluppa contemporaneamente alla vaporizzazione del solvente, portando ad un aumento del valore di rugosità Sa da 7,19 a 22,6 µm. Successivamente il processo di essiccazione della vernice rallenta, determinando una graduale diminuzione dell'altezza del campione e del valore Sa a 317 µm e 19,6 µm, rispettivamente, a 60 min.

Questo studio evidenzia le capacità del profilometro senza contatto 3D NANOVEA nel monitorare i cambiamenti della superficie 3D della vernice in essiccazione in tempo reale, fornendo preziose informazioni sul processo di essiccazione della vernice. Misurando la morfologia della superficie senza toccare il campione, il profilometro evita di introdurre alterazioni di forma alla vernice non essiccata, che possono verificarsi con tecnologie di contatto come lo stilo scorrevole. Questo approccio senza contatto garantisce un'analisi accurata e affidabile della morfologia della superficie della vernice in essiccazione.

FIGURA 2: Evoluzione della morfologia superficiale della vernice in essiccazione in tempi diversi.

FIGURA 3: Vista 3D dell'evoluzione della superficie della vernice a diversi tempi di essiccazione.

FIGURA 4: Profilo 2D attraverso il campione di vernice dopo diversi tempi di asciugatura.

FIGURA 5: Evoluzione dell'altezza media del campione e del valore di rugosità Sa in funzione del tempo di asciugatura della vernice.

ISO 25178

Tempo di asciugatura (min) 0 5 10 20 30 40 50 60
Quadrato (µm) 7.91 9.4 10.8 20.9 22.6 20.6 19.9 19.6
Cod 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

mq – Altezza quadratica media | Codice – Curtosi | Sp – Altezza massima del picco | Sv – Altezza massima fossa | Tg – Altezza massima | Sv – Altezza media aritmetica

TABELLA 1: Rugosità della vernice a diversi tempi di asciugatura.

CONCLUSIONE

In questa applicazione, abbiamo mostrato le capacità del profilometro 3D senza contatto NANOVEA ST500 nel monitorare l'evoluzione della morfologia della superficie della vernice durante il processo di essiccazione. Il sensore di linea ottica ad alta velocità, che genera una linea con 192 punti luminosi che scansionano simultaneamente la superficie del campione, ha reso lo studio efficiente in termini di tempo, garantendo al tempo stesso una precisione senza pari.

La funzione macro del software di acquisizione consente di programmare misurazioni automatizzate della morfologia della superficie 3D in situ, rendendolo particolarmente utile per misurazioni a lungo termine che coinvolgono più scansioni a specifici intervalli di tempo target. Riduce significativamente il tempo, lo sforzo e il potenziale di errori dell'utente. I progressivi cambiamenti nella morfologia della superficie vengono continuamente monitorati e registrati in tempo reale mentre la vernice si asciuga, fornendo preziose informazioni sul meccanismo di asciugatura della vernice.

I dati mostrati qui rappresentano solo una frazione dei calcoli disponibili nel software di analisi. I profilometri NANOVEA sono in grado di misurare praticamente qualsiasi superficie, sia essa trasparente, scura, riflettente o opaca.

 

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CHAT IN DIRETTA

Test di usura del rivestimento in PTFE

TEST DI USURA DEL RIVESTIMENTO IN PTFE

UTILIZZO DI TRIBOMETRO E TESTER MECCANICO

Preparato da

DUANJIE LI, PhD

INTRODUZIONE

Il politetrafluoroetilene (PTFE), comunemente noto come Teflon, è un polimero con un coefficiente di attrito (COF) eccezionalmente basso e un'eccellente resistenza all'usura, a seconda dei carichi applicati. Il PTFE presenta un'inerzia chimica superiore, un elevato punto di fusione di 327°C (620°F) e mantiene un'elevata resistenza, tenacità e autolubrificazione a basse temperature. L'eccezionale resistenza all'usura dei rivestimenti in PTFE li rende molto richiesti in un'ampia gamma di applicazioni industriali, come quelle automobilistiche, aerospaziali, mediche e, in particolare, le pentole.

IMPORTANZA DELLA VALUTAZIONE QUANTITATIVA DEI RIVESTIMENTI IN PTFE

La combinazione di un coefficiente di attrito (COF) bassissimo, di un'eccellente resistenza all'usura e di un'eccezionale inerzia chimica alle alte temperature rende il PTFE la scelta ideale per i rivestimenti antiaderenti delle pentole. Per migliorare ulteriormente i suoi processi meccanici durante la fase di ricerca e sviluppo, nonché per garantire un controllo ottimale sulla prevenzione dei malfunzionamenti e sulle misure di sicurezza nel processo di controllo qualità, è fondamentale disporre di una tecnica affidabile per la valutazione quantitativa dei processi tribomeccanici dei rivestimenti in PTFE. Il controllo preciso dell'attrito superficiale, dell'usura e dell'adesione dei rivestimenti è essenziale per garantire le prestazioni previste.

OBIETTIVO DI MISURAZIONE

In questa applicazione, il processo di usura di un rivestimento in PTFE per una padella antiaderente viene simulato utilizzando il tribometro NANOVEA in modalità lineare alternata.

NANOVEA T50

Tribometro compatto a peso libero

SAPERNE DI PIÙ

Inoltre, il tester meccanico NANOVEA è stato utilizzato per eseguire un test di adesione a micrograffi per determinare il carico critico del fallimento dell'adesione del rivestimento in PTFE.

NANOVEA PB1000

Tester meccanico a piattaforma grande

SAPERNE DI PIÙ

PROCEDURA DI PROVA

TEST DI USURA

USURA LINEARE RECIPROCA MEDIANTE TRIBOMETRO

Il comportamento tribologico del campione di rivestimento in PTFE, compreso il coefficiente di attrito (COF) e la resistenza all'usura, è stato valutato utilizzando il sistema NANOVEA Tribometro in modalità alternativa lineare. Contro il rivestimento è stata utilizzata una punta sferica in acciaio inossidabile 440 con un diametro di 3 mm (grado 100). Il COF è stato continuamente monitorato durante il test di usura del rivestimento in PTFE.

 

Il tasso di usura, K, è stato calcolato utilizzando la formula K=V/(F×s)=A/(F×n), dove V rappresenta 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 corse. I profili delle tracce di usura sono stati valutati utilizzando NANOVEA Profilometro otticoe la morfologia della traccia di usura è stata esaminata utilizzando un microscopio ottico.

PARAMETRI DEL TEST DI USURA

CARICO 30 N
DURATA DEL TEST 5 min
TASSO DI SCORRIMENTO 80 giri al minuto
AMPIEZZA DELLA TRACCIA 8 mm
RIVOLUZIONI 300
DIAMETRO DELLA SFERA 3 mm
MATERIALE DELLA SFERA Acciaio inox 440
LUBRIFICANTE Nessuno
ATMOSFERA Aria
TEMPERATURA 230C (RT)
UMIDITÀ 43%

PROCEDURA DI PROVA

TEST DI SCRATCH

TEST DI ADESIONE AL MICROGRAFFIO CON TESTER MECCANICO

La misurazione dell'adesione ai graffi del PTFE è stata condotta utilizzando NANOVEA Collaudatore meccanico con uno stilo diamantato Rockwell C da 1200 (raggio di 200 μm) in modalità Micro Scratch Tester.

 

Per garantire la riproducibilità dei risultati, sono stati eseguiti tre test in condizioni identiche.

PARAMETRI DEL TEST SCRATCH

TIPO DI CARICO Progressivo
CARICO INIZIALE 0,01 mN
CARICO FINALE 20 mN
TASSO DI CARICO 40 mN/min
LUNGHEZZA DELLO SCRATCH 3 mm
VELOCITÀ DI SCRITTURA, dx/dt 6,0 mm/min
GEOMETRIA DEL PENETRATORE 120o Rockwell C
MATERIALE INDENTATORE (punta) Diamante
RAGGIO DELLA PUNTA DEL PENETRATORE 200 μm

RISULTATI E DISCUSSIONE

USURA LINEARE RECIPROCA MEDIANTE TRIBOMETRO

Il COF registrato in situ è mostrato nella FIGURA 1. Il campione di prova ha mostrato un COF di ~0,18 durante i primi 130 giri, a causa della bassa appiccicosità del PTFE. Tuttavia, si è verificato un improvviso aumento del COF fino a ~1 una volta che il rivestimento si è rotto, rivelando il substrato sottostante. Dopo i test di movimento alternativo lineare, il profilo della pista di usura è stato misurato utilizzando NANOVEA Profilometro ottico senza contatto, come mostrato nella FIGURA 2. Dai dati ottenuti, il tasso di usura corrispondente è stato calcolato in ~2,78 × 10-3 mm3/Nm, mentre la profondità della traccia di usura è stata determinata in 44,94 µm.

Configurazione del test di usura del rivestimento in PTFE sul tribometro NANOVEA T50.

FIGURA 1: Evoluzione della COF durante il test di usura del rivestimento in PTFE.

FIGURA 2: Estrazione di tracce di usura in PTFE.

PTFE Prima della rottura

COF massimo 0.217
Min COF 0.125
Media COF 0.177

PTFE Dopo la rottura

COF massimo 0.217
Min COF 0.125
Media COF 0.177

TABELLA 1: COF prima e dopo la rottura durante il test di usura.

RISULTATI E DISCUSSIONE

TEST DI ADESIONE AL MICROGRAFFIO CON TESTER MECCANICO

L'adesione del rivestimento in PTFE al substrato è stata misurata mediante test di graffiatura con uno stilo diamantato da 200 µm. La micrografia è mostrata in FIGURA 3 e FIGURA 4, l'evoluzione della COF e la profondità di penetrazione in FIGURA 5. I risultati dei test di graffio del rivestimento in PTFE sono riassunti nella TABELLA 4. All'aumentare del carico sullo stilo diamantato, questo è penetrato progressivamente nel rivestimento, con conseguente aumento della COF. Quando è stato raggiunto un carico di ~8,5 N, si è verificata la rottura del rivestimento e l'esposizione del substrato ad alta pressione, che ha portato a un COF elevato di ~0,3. Il basso St Dev riportato nella TABELLA 2 dimostra la ripetibilità del test di graffiatura del rivestimento in PTFE condotto con il tester meccanico NANOVEA.

FIGURA 3: Micrografia del graffio completo su PTFE (10X).

FIGURA 4: Micrografia del graffio completo su PTFE (10X).

FIGURA 5: Grafico dell'attrito che mostra la linea del punto critico di rottura per il PTFE.

Graffio Punto di guasto [N] Forza di attrito [N] COF
1 0.335 0.124 0.285
2 0.337 0.207 0.310
3 0.380 0.229 0.295
Media 8.52 2.47 0.297
St dev 0.17 0.16 0.012

TABELLA 2: Riepilogo del carico critico, della forza di attrito e della COF durante la prova di graffiatura.

CONCLUSIONE

In questo studio abbiamo condotto una simulazione del processo di usura di un rivestimento in PTFE per padelle antiaderenti utilizzando il tribometro NANOVEA T50 in modalità lineare alternata. Il rivestimento in PTFE ha mostrato un basso COF di ~0,18 e ha subito una rottura a circa 130 giri. La valutazione quantitativa dell'adesione del rivestimento in PTFE al substrato metallico è stata eseguita utilizzando il tester meccanico NANOVEA, che ha determinato un carico critico di rottura dell'adesione del rivestimento pari a ~8,5 N in questo test.

 

I tribometri NANOVEA offrono funzionalità precise e ripetibili di test di usura e attrito utilizzando modalità rotative e lineari conformi alle norme ISO e ASTM. Offrono moduli opzionali per l'usura ad alta temperatura, la lubrificazione e la tribocorrosione, tutti integrati in un unico sistema. Questa versatilità consente agli utenti di simulare con maggiore precisione gli ambienti applicativi del mondo reale e di acquisire una conoscenza approfondita dei meccanismi di usura e delle proprietà tribologiche di materiali diversi.

 

I tester meccanici NANOVEA offeriscono moduli Nano, Micro e Macro, ciascuno dei quali include modalità di prova di indentazione, graffio e usura conformi alle norme ISO e ASTM, offrendo la più ampia e semplice gamma di capacità di prova disponibile in un unico sistema.

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Mappatura progressiva dell'usura di una pavimentazione mediante tribometro

Mappatura progressiva dell'usura dei pavimenti

Utilizzo del tribometro con profilometro integrato

Preparato da

FRANK LIU

INTRODUZIONE

I materiali per pavimenti sono progettati per essere durevoli, ma spesso subiscono l’usura dovuta alle attività quotidiane come il movimento e l’uso dei mobili. Per garantirne la longevità, la maggior parte dei tipi di pavimentazione dispone di uno strato protettivo antiusura che resiste ai danni. Tuttavia, lo spessore e la durabilità dello strato di usura variano a seconda del tipo di pavimentazione e del livello di traffico pedonale. Inoltre, diversi strati all’interno della struttura della pavimentazione, come rivestimenti UV, strati decorativi e smalti, hanno tassi di usura variabili. È qui che entra in gioco la mappatura progressiva dell'usura. Utilizzando il tribometro NANOVEA T2000 con un integrato Profilometro 3D senza contattoÈ possibile effettuare un monitoraggio preciso e un'analisi delle prestazioni e della longevità dei materiali della pavimentazione. Fornendo informazioni dettagliate sul comportamento all'usura dei vari materiali di pavimentazione, scienziati e professionisti tecnici possono prendere decisioni più informate nella selezione e nella progettazione di nuovi sistemi di pavimentazione.

IMPORTANZA DELLA MAPPATURA PROGRESSIVA DELL'USURA PER I PANNELLI PER PAVIMENTI

I test sulle pavimentazioni sono tradizionalmente incentrati sul tasso di usura di un campione per determinarne la resistenza all'usura. Tuttavia, la mappatura progressiva dell'usura consente di analizzare il tasso di usura del campione durante l'intero test, fornendo preziose informazioni sul suo comportamento all'usura. Questa analisi approfondita consente di stabilire correlazioni tra i dati di attrito e il tasso di usura, identificando così le cause principali dell'usura. Va notato che i tassi di usura non sono costanti durante i test di usura. Pertanto, l'osservazione della progressione dell'usura fornisce una valutazione più accurata dell'usura del campione. Superando i metodi di prova tradizionali, l'adozione della mappatura progressiva dell'usura ha contribuito a significativi progressi nel campo delle prove sulle pavimentazioni.

Il tribometro NANOVEA T2000 con profilometro 3D senza contatto integrato è una soluzione innovativa per prove di usura e misurazioni della perdita di volume. La sua capacità di muoversi con precisione tra il perno e il profilometro garantisce l'affidabilità dei risultati eliminando qualsiasi deviazione nel raggio o nella posizione della traccia di usura. Ma non è tutto: le funzionalità avanzate del profilometro 3D senza contatto consentono misurazioni di superfici ad alta velocità, riducendo il tempo di scansione a pochi secondi. Con la capacità di applicare carichi fino a 2.000 N e di raggiungere velocità di centrifuga fino a 5.000 giri/min, la NANOVEA T2000 Tribometro offre versatilità e precisione nel processo di valutazione. È chiaro che questa apparecchiatura ricopre un ruolo fondamentale nella mappatura progressiva dell'usura.

 

FIGURA 1: Configurazione del campione prima del test di usura (a sinistra) e la profilometria della pista di usura dopo il test di usura (a destra).

OBIETTIVO DI MISURAZIONE

I test di mappatura progressiva dell'usura sono stati eseguiti su due tipi di materiali per pavimentazione: pietra e legno. Ogni campione è stato sottoposto a un totale di 7 cicli di prova, con durate crescenti di 2, 4, 8, 20, 40, 60 e 120 s, per consentire un confronto dell'usura nel tempo. Dopo ogni ciclo di prova, la traccia di usura è stata profilata con il profilometro senza contatto NANOVEA 3D. Dai dati raccolti dal profilometro, il volume del foro e il tasso di usura possono essere analizzati utilizzando le funzioni integrate nel software NANOVEA Tribometer o nel nostro software di analisi delle superfici, Mountains.

NANOVEA

T2000

SAPERNE DI PIÙ
tribometro
campioni di prova per la mappatura dell'usura di legno e pietra

 I CAMPIONI 

PARAMETRI DEL TEST DI MAPPATURA DELL'USURA

CARICO40 N
DURATA DEL TESTvaria
VELOCITÀ200 giri/min.
RADIUS10 mm
DISTANZAvaria
MATERIALE DELLA SFERACarburo di tungsteno
DIAMETRO DELLA SFERA10 mm

La durata dei test utilizzati nei 7 cicli è stata 2, 4, 8, 20, 40, 60 e 120 secondi, rispettivamente. Le distanze percorse sono state 0,40, 0,81, 1,66, 4,16, 8,36, 12,55 e 25,11 metri.

RISULTATI DELLA MAPPATURA DELL'USURA

PAVIMENTO IN LEGNO

Ciclo di provaCOF massimoMin 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

 

ORIENTAMENTO RADIALE

Ciclo di provaPerdita di volume totale (µm3)Distanza totale
Percorsa (m)		Tasso di usura
(mm/Nm) x10-5		Tasso di usura istantaneo
(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
tasso di usura progressiva del legno rispetto alla distanza totale

FIGURA 2: Tasso di usura rispetto alla distanza totale percorsa (sinistra)
e il tasso di usura istantaneo rispetto al ciclo di prova (a destra) per i pavimenti in legno.

mappatura progressiva dell'usura del pavimento in legno

FIGURA 3: Grafico COF e vista 3D della traccia di usura del test #7 su pavimento in legno.

mappatura dell'usura profilo estratto

FIGURA 4: Analisi in sezione trasversale della traccia di usura del legno della prova #7

mappatura progressiva dell'usura analisi del volume e dell'area

FIGURA 5: Analisi del volume e dell'area della traccia di usura sul campione di legno #7.

Per i dettagli completi sui risultati, fare clic qui.

RISULTATI DELLA MAPPATURA DELL'USURA

PAVIMENTAZIONE IN PIETRA

Ciclo di provaCOF massimoMin 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

 

ORIENTAMENTO RADIALE

Ciclo di provaPerdita di volume totale (µm3)Distanza totale
Percorsa (m)		Tasso di usura
(mm/Nm) x10-5		Tasso di usura istantaneo
(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
tasso di usura dei pavimenti in pietra rispetto alla distanza
grafico del tasso di usura istantaneo dei pavimenti in pietra

FIGURA 6: Tasso di usura rispetto alla distanza totale percorsa (sinistra)
e tasso di usura istantaneo rispetto al ciclo di prova (a destra) per i pavimenti in pietra.

pavimento in pietra profilo 3d della pista di usura

FIGURA 7: Grafico COF e vista 3D della traccia di usura del test #7 su pavimentazione in pietra.

pavimento in pietra mappatura progressiva dell'usura profilo estratto
pavimentazione in pietra profilo estratto profondità e altezza massima area del foro e del picco

FIGURA 8: Analisi trasversale della traccia di usura della pietra della prova #7.

Pavimento in legno analisi di volume con mappatura progressiva dell'usura

FIGURA 9: Analisi del volume e dell'area della traccia di usura sul campione di pietra #7.


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DISCUSSIONE

Il tasso di usura istantaneo viene calcolato con la seguente equazione:
mappatura progressiva dell'usura della formula di pavimentazione

Dove V è il volume di un foro, N è il carico e X è la distanza totale, questa equazione descrive il tasso di usura tra i cicli di prova. Il tasso di usura istantaneo può essere utilizzato per identificare meglio le variazioni del tasso di usura nel corso della prova.

Entrambi i campioni presentano comportamenti di usura molto diversi. Nel corso del tempo, il pavimento in legno inizia con un tasso di usura elevato, ma scende rapidamente a un valore minore e costante. Per il pavimento in pietra, il tasso di usura sembra iniziare con un valore basso e tendere a un valore più alto nel corso dei cicli. Anche il tasso di usura istantaneo mostra poca coerenza. La ragione specifica della differenza non è certa, ma potrebbe essere dovuta alla struttura dei campioni. Il pavimento in pietra sembra essere costituito da particelle sciolte simili a grani, che si usurano in modo diverso rispetto alla struttura compatta del legno. Sarebbero necessari ulteriori test e ricerche per accertare la causa di questo comportamento di usura.

I dati del coefficiente di attrito (COF) sembrano concordare con il comportamento di usura osservato. Il grafico del COF per il pavimento in legno appare costante durante i cicli, a complemento del tasso di usura costante. Per la pavimentazione in pietra, il COF medio aumenta durante i cicli, in modo simile a come anche il tasso di usura aumenta con i cicli. Si notano anche evidenti cambiamenti nella forma dei grafici di attrito, che suggeriscono cambiamenti nel modo in cui la sfera interagisce con il campione di pietra. Questo fenomeno è più evidente nel ciclo 2 e nel ciclo 4.

CONCLUSIONE

Il tribometro NANOVEA T2000 mostra la sua capacità di eseguire una mappatura progressiva dell'usura analizzando il tasso di usura tra due diversi campioni di pavimentazione. La pausa del test di usura continua e la scansione della superficie con il profilometro senza contatto NANOVEA 3D forniscono preziose informazioni sul comportamento del materiale nel tempo.

Il tribometro NANOVEA T2000 con il profilometro 3D senza contatto integrato fornisce un'ampia gamma di dati, tra cui COF (Coefficiente di attrito), misure di superficie, letture di profondità, visualizzazione della superficie, perdita di volume, tasso di usura e altro ancora. Questa serie completa di informazioni consente agli utenti di comprendere più a fondo le interazioni tra il sistema e il campione. Grazie al carico controllato, all'elevata precisione, alla facilità d'uso, al carico elevato, all'ampio intervallo di velocità e ai moduli ambientali aggiuntivi, il tribometro NANOVEA T2000 porta la tribologia a un livello superiore.

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Analisi meccanica dinamica del sughero mediante nanoindentazione

ANALISI MECCANICA DINAMICA

DEL SUGHERO MEDIANTE NANOINDENTAZIONE

Preparato da

FRANK LIU

INTRODUZIONE

L'analisi meccanica dinamica (DMA) è una tecnica potente utilizzata per studiare le proprietà meccaniche dei materiali. In questa applicazione, ci concentriamo sull'analisi del sughero, un materiale ampiamente utilizzato nei processi di sigillatura e invecchiamento del vino. Il sughero, ottenuto dalla corteccia della quercia Quercus suber, presenta strutture cellulari distinte che forniscono proprietà meccaniche simili a quelle dei polimeri sintetici. In un asse, il sughero ha una struttura a nido d'ape. Gli altri due assi sono strutturati in prismi multipli di forma rettangolare. Ciò conferisce al sughero proprietà meccaniche diverse a seconda dell'orientamento testato.

IMPORTANZA DELLE PROVE DI ANALISI MECCANICA DINAMICA (DMA) NELLA VALUTAZIONE DELLE PROPRIETÀ MECCANICHE DEL SUGHERO

La qualità dei tappi di sughero dipende in larga misura dalle loro proprietà meccaniche e fisiche, che sono fondamentali per la loro effcacia nella sigillatura del vino. I fattori chiave che determinano la qualità del sughero includono la flessibilità, l'isolamento, la resilienza e l'impermeabilità a gas e liquidi. Utilizzando test di analisi meccanica dinamica (DMA), possiamo valutare quantitativamente le proprietà di flessibilità e resilienza dei tappi di sughero, fornendo un metodo di valutazione affidabile.

Il tester meccanico NANOVEA PB1000 nel Nanoindentazione consente di caratterizzare queste proprietà, in particolare il modulo di Young, il modulo di accumulo, il modulo di perdita e il tan delta (tan (δ)). Il test DMA consente inoltre di raccogliere dati preziosi sullo sfasamento, la durezza, le sollecitazioni e le deformazioni del materiale di sughero. Grazie a queste analisi complete, è possibile approfondire il comportamento meccanico dei tappi di sughero e la loro idoneità per le applicazioni di sigillatura del vino.

OBIETTIVO DI MISURAZIONE

In questo studio, è stata eseguita un'analisi meccanica dinamica (DMA) su quattro tappi di sughero utilizzando il tester meccanico NANOVEA PB1000 in modalità di nanoindentazione. La qualità dei tappi di sughero è etichettata come: 1 - Flor, 2 - First, 3 - Colmato, 4 - Gomma sintetica. Le prove di indentazione DMA sono state condotte sia in direzione assiale che radiale per ciascun tappo di sughero. Analizzando la risposta meccanica dei tappi di sughero, abbiamo cercato di capire il loro comportamento dinamico e di valutare le loro prestazioni in caso di orientamenti diversi.

NANOVEA

PB1000

SAPERNE DI PIÙ

PARAMETRI DEL TEST

FORZA MASSIMA75 mN
TASSO DI CARICO150 mN/min
TASSO DI SCARICO150 mN/min
AMPLITUDINE5 mN
FREQUENZA1 Hz
CREEP60 s

tipo di penetratore

Palla

51200 Acciaio

Diametro 3 mm

RISULTATI

Nelle tabelle e nei grafici seguenti vengono confrontati il modulo di Young, il modulo di accumulo, il modulo di perdita e il tan delta tra ciascun campione e orientamento.

Modulo di Young: Stiffness; valori elevati indicano stiff, valori bassi indicano flessibilità.

Modulo di stoccaggio: Risposta elastica; energia immagazzinata nel materiale.

Modulo di perdita: Risposta viscosa; energia persa a causa del calore.

Abbronzatura (δ): Smorzamento; valori elevati indicano un maggiore smorzamento.

ORIENTAMENTO ASSIALE

TappoMODULO DI YOUNGMODULO DI ACCUMULOMODULO DI PERDITATAN
#(MPa)(MPa)(MPa)(δ)
122.567522.272093.6249470.162964
218.5466418.271533.1623490.17409
323.7538123.472673.6178190.154592
423.697223.580642.3470080.099539



ORIENTAMENTO RADIALE

TappoMODULO DI YOUNGMODULO DI ACCUMULOMODULO DI PERDITATAN
#(MPa)(MPa)(MPa)(δ)
124.7886324.565423.3082240.134865
226.6661426.317394.2862160.163006
344.0786743.614266.3659790.146033
428.0475127.941482.4359780.087173

MODULO DI YOUNG

MODULO DI ACCUMULO

MODULO DI PERDITA

TAN DELTA

Tra i tappi di sughero, il modulo di Young non è molto diverso quando viene testato in direzione assiale. Solo i tappi #2 e #3 mostrano un'apparente differenza nel modulo di Young tra la direzione radiale e quella assiale. Di conseguenza, anche il modulo di accumulo e il modulo di perdita saranno più alti in direzione radiale che in direzione assiale. Il tappo #4 presenta caratteristiche simili a quelle dei tappi in sughero naturale, tranne che per il modulo di perdita. Questo dato è molto interessante perché significa che il sughero naturale ha una proprietà più viscosa rispetto al materiale in gomma sintetica.

CONCLUSIONE

La NANOVEA Collaudatore meccanico nella modalità Nano Scratch Tester consente la simulazione di molti guasti reali dei rivestimenti di vernice e dei rivestimenti duri. Applicando carichi crescenti in modo controllato e attentamente monitorato, lo strumento permette di individuare in quali momenti si verificano cedimenti di carico. Questo può quindi essere utilizzato come metodo per determinare valori quantitativi per la resistenza ai graffi. È noto che il rivestimento testato, senza agenti atmosferici, presenta una prima fessura a circa 22 mN. Con valori più vicini a 5 mN, è chiaro che il giro di 7 anni ha degradato la vernice.

La compensazione del profilo originale consente di ottenere una profondità corretta durante il graffio e di misurare la profondità residua dopo il graffio. Ciò fornisce ulteriori informazioni sul comportamento plastico ed elastico del rivestimento in presenza di un carico crescente. Sia la fessurazione che le informazioni sulla deformazione possono essere di grande utilità per migliorare il rivestimento duro. Le deviazioni standard molto ridotte dimostrano anche la riproducibilità della tecnica dello strumento, che può aiutare i produttori a migliorare la qualità del loro rivestimento/vernice dura e a studiare gli effetti degli agenti atmosferici.

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Test di nano-graffio e mar della vernice su substrato metallico

Test Nano Scratch & Mar

di vernice su substrato metallico

Preparato da

SUSANA CABELLO

INTRODUZIONE

La vernice con o senza strato duro è uno dei rivestimenti più comunemente utilizzati. La vediamo sulle auto, sui muri, sugli elettrodomestici e praticamente su tutto ciò che necessita di un rivestimento protettivo o semplicemente per scopi estetici. Le vernici destinate alla protezione del substrato sottostante spesso contengono sostanze chimiche che impediscono alla vernice di prendere fuoco o semplicemente di perdere il colore o di screpolarsi. Spesso le vernici utilizzate per scopi estetici sono disponibili in vari colori, ma non sono necessariamente destinate alla protezione del substrato o a una lunga durata.

Tuttavia, tutte le vernici subiscono un certo invecchiamento nel corso del tempo. Gli agenti atmosferici sulla vernice possono spesso modificarne le proprietà rispetto a quelle previste dal produttore. Può scheggiarsi più rapidamente, scrostarsi con il calore, perdere colore o creparsi. I diversi cambiamenti di proprietà delle vernici nel tempo sono il motivo per cui i produttori offrono una scelta così ampia. Le vernici sono personalizzate per soddisfare le diverse esigenze dei singoli clienti.

IMPORTANZA DEL NANO SCRATCH TEST PER IL CONTROLLO DI QUALITÀ

Una delle principali preoccupazioni dei produttori di vernici è la capacità del loro prodotto di resistere alle screpolature. Una volta che la vernice inizia a screpolarsi, non riesce a proteggere il substrato su cui è stata applicata e quindi non soddisfa il cliente. Ad esempio, se un ramo dovesse colpire la fiancata di un'auto e subito dopo la vernice iniziasse a scheggiarsi, i produttori di vernice perderebbero l'attività a causa della scarsa qualità della vernice. La qualità della vernice è molto importante perché se il metallo sotto la vernice viene esposto può iniziare ad arrugginirsi o a corrodersi a causa della nuova esposizione.

 

Ragioni simili valgono per molti altri settori, come le forniture per la casa e l'ufficio, l'elettronica, i giocattoli, gli strumenti di ricerca e altro ancora. Anche se la vernice può essere resistente alle crepe quando viene applicata per la prima volta ai rivestimenti metallici, le proprietà possono cambiare nel corso del tempo quando il campione è stato sottoposto agli agenti atmosferici. Per questo motivo è molto importante che i campioni di vernice siano testati allo stato di invecchiamento. Sebbene la fessurazione sotto un elevato carico di stress possa essere inevitabile, il produttore deve prevedere l'indebolimento dei cambiamenti nel tempo e la profondità del graffio da affettuare per fornire ai propri consumatori i migliori prodotti possibili.

OBIETTIVO DI MISURAZIONE

Dobbiamo simulare il processo di graffiatura in modo controllato e monitorato per osservare gli effetti del comportamento del campione. In questa applicazione, il tester meccanico NANOVEA PB1000 in modalità Nano Scratch Testing viene utilizzato per misurare il carico necessario a causare il cedimento di un campione di vernice di circa 7 anni di spessore pari a 30-50 μm su un substrato metallico.

Uno stilo con punta di diamante da 2 μm viene utilizzato con un carico progressivo da 0,015 mN a 20,00 mN per graffiare il rivestimento. Abbiamo eseguito una scansione pre e post della vernice con un carico di 0,2 mN per determinare il valore della profondità reale del graffio. La profondità reale analizza la deformazione plastica ed elastica del campione durante il test, mentre la scansione successiva analizza solo la deformazione plastica del graffio. Il punto in cui il rivestimento si rompe per fessurazione è considerato il punto di rottura. Abbiamo utilizzato l'ASTMD7187 come guida per determinare i nostri parametri di prova.

 

Si può concludere che, avendo utilizzato un campione esposto alle intemperie; quindi, testando un campione di vernice al suo stadio più debole, abbiamo ottenuto minori punti di rottura.

 

Su questo campione sono stati eseguiti cinque test al fine di

determinare con esattezza i carichi critici di rottura.

NANOVEA

PB1000

SAPERNE DI PIÙ

PARAMETRI DEL TEST

a seguire ASTM D7027

La superficie di un campione di rugosità è stata scansionata con un NANOVEA ST400 dotato di un sensore ad alta velocità che genera una linea luminosa di 192 punti, come mostrato in FIGURA 1. Questi 192 punti scansionano contemporaneamente la superficie del campione, aumentando notevolmente la velocità di scansione. Questi 192 punti scansionano la superficie del campione contemporaneamente, aumentando notevolmente la velocità di scansione.

TIPO DI CARICO Progressivo
CARICO INIZIALE 0,015 mN
CARICO FINALE 20 mN
TASSO DI CARICO 20 mN/min
LUNGHEZZA DELLO SCRATCH 1,6 mm
VELOCITÀ DI SCRATCH, dx/dt 1,601 mm/min
CARICAMENTO PRE-SCAN 0,2 mN
CARICAMENTO POST-SCANSIONE 0,2 mN
Indentatore conico 90° Raggio della punta 2 µm

tipo di penetratore

Conico

Cono diamantato a 90°

Raggio della punta di 2 µm

Indentatore conico Diamante 90° Cono 2 µm raggio della punta

RISULTATI

Questa sezione presenta i dati raccolti sui guasti durante la prova di scratch. La prima sezione descrive i cedimenti osservati durante lo scratch e definisce i carichi critici riportati. La parte successiva contiene una tabella riassuntiva dei carichi critici per tutti i campioni e una rappresentazione grafica. L'ultima parte presenta i risultati dettagliati per ogni campione: i carichi critici per ogni graffio, le micrografie di ogni guasto e il grafico della prova.

GUASTI OSSERVATI E DEFINIZIONE DEI CARICHI CRITICI

FALLIMENTO CRITICO:

DANNO INIZIALE

Questo è il primo punto in cui si osserva il danno lungo la traccia del graffio.

nano graffio guasto critico danno iniziale

FALLIMENTO CRITICO:

DANNO COMPLETO

A questo punto, il danno è più significativo: la vernice si sta scheggiando e crepando lungo la traccia dei graffi.

nano graffio guasto critico danno completo

RISULTATI DETTAGLIATI

* I valori di rottura si riferiscono al punto di fessurazione del substrato.

CARICHI CRITICI
SCRATCH DANNO INIZIALE [mN] DANNO COMPLETO [µm]
1 14.513 4.932
2 3.895 4.838
3 3.917 4.930
MEDIA 3.988 4.900
DEV STD 0.143 0.054
Micrografia del graffio completo del test di nano graffio (magnificazione 1000x).

FIGURA 2: Micrografia del graffio completo (ingrandimento 1000x).

Micrografia del danno iniziale del test di nano graffio (magnificazione 1000x)

FIGURA 3: Micrografia del danno iniziale (ingrandimento 1000x).

Micrografia del danno completo da nano-graffio (magnificazione 1000x).

FIGURA 4: Micrografia del danno completo (ingrandimento 1000x).

Forza d'attrito e Coefficiente di attrito del test lineare di nano graffio

FIGURA 5: Forza di attrito e Coefficiente di attrito.

Profilo della superficie a nano-graffio lineare

FIGURA 6: Profilo della superficie.

Linear Nano Scratch Test Profondità reale e profondità residua

FIGURA 7: Profondità vera e profondità residua.

CONCLUSIONE

La NANOVEA Collaudatore meccanico nel Nano Scratch Tester consente di simulare molti guasti reali di vernici e rivestimenti duri. Applicando carichi crescenti in modo controllato e strettamente monitorato, lo strumento consente di identificare a quale carico si verificano i guasti. Questo può essere utilizzato per determinare i valori quantitativi della resistenza ai graffi. È noto che il rivestimento testato, in assenza di agenti atmosferici, presenta una prima cricca a circa 22 mN. Con valori più vicini a 5 mN, è chiaro che il periodo di 7 anni ha degradato la vernice.

La compensazione del profilo originale consente di ottenere una profondità corretta durante il graffio e di misurare la profondità residua dopo il graffio. Ciò fornisce ulteriori informazioni sul comportamento plastico ed elastico del rivestimento in presenza di un carico crescente. Sia la fessurazione che le informazioni sulla deformazione possono essere di grande utilità per migliorare il rivestimento duro. Le deviazioni standard molto ridotte dimostrano anche la riproducibilità della tecnica dello strumento, che può aiutare i produttori a migliorare la qualità del loro rivestimento/vernice dura e a studiare gli effetti degli agenti atmosferici.

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Ispezione della mappatura della rugosità con la profilometria 3D

ISPEZIONE CON MAPPATURA DELLA RUGOSITÀ

USANDO LA PROFILOMETRIA 3D

Preparato da

DUANJIE, PhD

INTRODUZIONE

La rugosità e la consistenza della superficie sono fattori critici che influiscono sulla qualità finale e sulle prestazioni di un prodotto. Una comprensione approfondita della rugosità, della struttura e della consistenza della superficie è essenziale per selezionare le migliori misure di lavorazione e controllo. Per identificare in tempo i prodotti difettosi e ottimizzare le condizioni della linea di produzione, è necessaria un'ispezione in linea rapida, quantificabile e affidabile delle superfici dei prodotti.

IMPORTANZA DEL PROFILOMETRO 3D SENZA CONTATTO PER L'ISPEZIONE IN LINEA DELLE SUPERFICI

I difetti superficiali nei prodotti derivano dalla lavorazione dei materiali e dalla fabbricazione del prodotto. L'ispezione della qualità della superficie in linea garantisce il controllo di qualità più rigoroso dei prodotti finali. NANOVEA Profilatori ottici 3D senza contatto utilizzano la tecnologia della luce cromatica con la capacità unica di determinare la ruvidità di un campione senza contatto. Il sensore di linea consente la scansione del profilo 3D di un'ampia superficie ad alta velocità. La soglia di rugosità, calcolata in tempo reale dal software di analisi, funge da strumento pass/fail veloce e affidabile.

OBIETTIVO DI MISURAZIONE

In questo studio, il NANOVEA ST400, dotato di un sensore ad alta velocità, è stato utilizzato per ispezionare la superficie di un campione di Teflon con un difetto, per mostrare la capacità del NANOVEA di essere in grado di gestire la definizione di un campione di Teflon.

I profilometri senza contatto forniscono un'ispezione rapida e affidabile delle superfici in una linea di produzione.

NANOVEA

ST400

SAPERNE DI PIÙ

RISULTATI E DISCUSSIONE

Analisi 3D della superficie del Ruvidità Campione standard

La superficie di un campione di rugosità è stata scansionata con un NANOVEA ST400 dotato di un sensore ad alta velocità che genera una linea luminosa di 192 punti, come mostrato in FIGURA 1. Questi 192 punti scansionano contemporaneamente la superficie del campione, aumentando notevolmente la velocità di scansione. Questi 192 punti scansionano la superficie del campione contemporaneamente, aumentando notevolmente la velocità di scansione.

La FIGURA 2 mostra viste in falsi colori della mappa dell'altezza della superficie e della mappa di distribuzione della rugosità del campione standard di rugosità. In FIGURA 2a, il campione di rugosità presenta una superficie leggermente inclinata, come rappresentato dal gradiente di colore variabile in ciascuno dei blocchi di rugosità standard. In FIGURA 2b, la distribuzione omogenea della rugosità è mostrata in blocchi di rugosità diversi, il cui colore rappresenta la rugosità nei blocchi.

La FIGURA 3 mostra esempi di Mappe Pass/Fail generate dal software di analisi in base a soglie di rugosità diverse. I blocchi di rugosità sono evidenziati in rosso quando la loro rugosità superficiale è superiore a un determinato valore di soglia. In questo modo l'utente può impostare una soglia di rugosità per determinare la qualità della finitura superficiale di un campione.

FIGURA 1: Scansione del sensore ottico a linee sul campione Roughness Standard

a. Mappa dell'altezza della superficie:

b. Mappa di rugosità:

FIGURA 2: Viste in falsi colori della mappa dell'altezza superficiale e della mappa di distribuzione della rugosità del campione standard di rugosità.

FIGURA 3: Mappa Passa/Scarta in base alla soglia di ruvidità.

Ispezione superficiale di un campione di Teflon con difetti

La mappa dell'altezza della superficie, la mappa della distribuzione della rugosità e la mappa della soglia di rugosità Passa/Scarta del campione di Teflon sono mostrate in FIGURA 4. Il campione di Teflon presenta una cresta al centro destro del campione, come mostrato nella mappa dell'altezza della superficie. Il campione di Teflon presenta una cresta al centro destro del campione, come mostrato nella mappa dell'altezza superficiale.

a. Mappa dell'altezza della superficie:

I differenti colori della palette di FIGURA 4b rappresentano il valore di rugosità della superficie locale. La mappa di rugosità mostra una rugosità omogenea nell'area intatta del campione di Teflon. Tuttavia, i difetti, sotto forma di un anello frastagliato e di una cicatrice da usura, sono evidenziati con colori brillanti. L'utente può facilmente impostare una soglia di rugosità Pass/Fail per individuare i difetti superficiali, come mostrato nella FIGURA 4c. Questo strumento consente agli utenti di monitorare in loco la qualità della superficie del prodotto nella linea di produzione e di scoprire in tempo i prodotti difettosi. Il valore di rugosità in tempo reale viene calcolato e registrato al passaggio dei prodotti dal sensore ottico in linea, che può servire come strumento rapido ma affidabile per il controllo della qualità.

b. Mappa di rugosità:

c. Mappa di soglia di ruvidità Pass/Fail:

FIGURA 4: Mappa dell'altezza della superficie, mappa della distribuzione della rugosità e Mappa di soglia di ruvidità Pass/Fail della superficie del campione di Teflon.

CONCLUSIONE

In questa applicazione, abbiamo dimostrato come il profilatore ottico senza contatto NANOVEA ST400 3D, dotato di un sensore ottico di linea, funzioni come strumento affidabile di controllo della qualità in modo efficace ed efficiente.

Il sensore ottico a linea genera una linea luminosa di 192 punti che scansionano contemporaneamente la superficie del campione, aumentando notevolmente la velocità di scansione. Può essere installato nella linea di produzione per monitorare la rugosità superficiale dei prodotti in loco. La soglia di rugosità funziona come criterio affidabile per determinare la qualità della superficie dei prodotti, consentendo agli utenti di notare in tempo i prodotti difettosi.

I dati qui riportati rappresentano solo una parte dei calcoli disponibili nel software di analisi. I profilometri NANOVEA misurano virtualmente qualsiasi superficie in campi come quello dei semiconduttori, della microelettronica, del solare, delle fibre ottiche, dell'automotive, dell'aerospaziale, della metallurgia, della lavorazione, dei rivestimenti, del farmaceutico, del biomedicale, dell'ambientale e molti altri.

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Durezza al graffio ad alta temperatura con un tribometro

DUREZZA AI GRAFFI AD ALTA TEMPERATURA

UTILIZZANDO UN TRIBOMETRO

Preparato da

DUANJIE, PhD

INTRODUZIONE

La durezza misura la resistenza dei materiali alla deformazione permanente o plastica. Originariamente sviluppato dal mineralogista tedesco Friedrich Mohs nel 1820, il test di durezza al graffio determina la durezza di un materiale ai graffi e all'abrasione dovuti all'attrito di un oggetto appuntito.1. La scala di Mohs è un indice comparativo piuttosto che una scala lineare, pertanto è stata sviluppata una misurazione della durezza da graffio più accurata e qualitativa, descritta nella norma ASTM G171-03.2. Misura la larghezza media del graffio creato da uno stilo di diamante e calcola il numero di durezza del graffio (HSP).

IMPORTANZA DELLA MISURAZIONE DELLA DUREZZA DEI GRAFFI ALLE ALTE TEMPERATURE

I materiali vengono selezionati in base ai requisiti di servizio. Per le applicazioni che comportano variazioni significative di temperatura e gradienti termici, è fondamentale studiare le proprietà meccaniche dei materiali alle alte temperature per essere pienamente consapevoli dei limiti meccanici. I materiali, soprattutto i polimeri, di solito si ammorbidiscono alle alte temperature. Molti guasti meccanici sono causati da deformazioni per scorrimento e fatica termica che avvengono solo a temperature elevate. Pertanto, è necessario disporre di una tecnica affidabile per la misurazione della durezza alle alte temperature, al fine di garantire una corretta selezione dei materiali per le applicazioni ad alta temperatura.

OBIETTIVO DI MISURAZIONE

In questo studio, il tribometro NANOVEA T50 misura la durezza al graffio di un campione di Teflon a diverse temperature, dalla temperatura ambiente a 300ºC. La capacità di eseguire misurazioni della durezza ai graffi ad alta temperatura rende NANOVEA Tribometro un sistema versatile per valutazioni tribologiche e meccaniche di materiali per applicazioni ad alta temperatura.

NANOVEA

T50

SAPERNE DI PIÙ

CONDIZIONI DI PROVA

Il tribometro standard a peso libero NANOVEA T50 è stato utilizzato per eseguire i test di durezza da graffio su un campione di Teflon a temperature comprese tra la temperatura ambiente (RT) e i 300°C. Il teflon ha un punto di fusione di 326,8°C. È stato utilizzato uno stilo conico in diamante con angolo di apice di 120° e raggio di punta di 200 µm. Il campione di teflon è stato fissato sullo stadio rotante con una distanza di 10 mm dal centro dello stadio. Il campione è stato riscaldato da un forno e testato alle temperature di RT, 50°C, 100°C, 150°C, 200°C, 250°C e 300°C.

PARAMETRI DEL TEST

della misurazione della durezza da graffio ad alta temperatura

FORZA NORMALE 2 N
VELOCITÀ DI SCORRIMENTO 1 mm/s
DISTANZA DI SCORRIMENTO 8 mm per temperatura
ATMOSFERA Aria
TEMPERATURA RT, 50°C, 100°C, 150°C, 200°C, 250°C, 300°C.

RISULTATI E DISCUSSIONE

I profili delle tracce di graffio del campione di teflon a diverse temperature sono mostrati nella FIGURA 1, per confrontare la durezza del graffio a diverse temperature elevate. L'accumulo di materiale sui bordi della traccia di graffio si forma quando lo stilo viaggia con un carico costante di 2 N e colpisce il campione di Teflon, spingendo e deformando lateralmente il materiale nella traccia di graffio.

Le larghezze delle tracce di graffio misurate e i numeri di durezza di graffio calcolati (HSP) sono riassunti e confrontati nella FIGURA 3. L'ampiezza della traccia di graffio misurata al microscopio è in accordo con quella misurata con il profilatore NANOVEA - il campione di Teflon mostra un'ampiezza di graffio maggiore a temperature più elevate. La larghezza della traccia del graffio aumenta da 281 a 539 µm quando la temperatura passa da RT a 300oC, con una conseguente diminuzione dell'HSP da 65 a 18 MPa.

La durezza da graffio a temperature elevate può essere misurata con elevata precisione e ripetibilità utilizzando il tribometro NANOVEA T50. Questa soluzione rappresenta un'alternativa alle altre misure di durezza e rende i tribometri NANOVEA un sistema più completo per le valutazioni tribomeccaniche ad alta temperatura.

FIGURA 1: Profili delle tracce di graffio dopo i test di durezza a diverse temperature.

FIGURA 2: Tracce di graffi al microscopio dopo le misurazioni a diverse temperature.

FIGURA 3: Evoluzione della larghezza della traccia del graffio e della durezza del graffio in funzione della temperatura.

CONCLUSIONE

In questo studio, mostriamo come il tribometro NANOVEA misura la durezza da graffio a temperature elevate, in conformità con la norma ASTM G171-03. Il test di durezza da graffio a carico costante fornisce una soluzione alternativa e semplice per confrontare la durezza dei materiali utilizzando il tribometro. La capacità di eseguire misure di durezza da graffio a temperature elevate rende il tribometro NANOVEA uno strumento ideale per valutare le proprietà tribomeccaniche ad alta temperatura dei materiali.

Il tribometro NANOVEA offre anche 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. È disponibile un profilatore 3D senza contatto opzionale per l'acquisizione di immagini 3D ad alta risoluzione delle tracce di usura, oltre ad altre misure di superficie come la rugosità.

1 Wredenberg, Fredrik; PL Larsson (2009). "Test di graffiatura di metalli e polimeri: Esperimenti e calcoli numerici". Wear 266 (1-2): 76
2 ASTM G171-03 (2009), "Metodo di prova standard per la durezza al graffio dei materiali utilizzando uno stilo diamantato".

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Ispezione della superficie di saldatura con un profilometro 3D portatile

Ispezione superficiale WELd

utilizzando un profilometro 3D portatile

Preparato da

CRAIG LEISING

INTRODUZIONE

Ispezione della superficie della saldatura con un profilometro 3D portatile Preparato da CRAIG LEISING INTRODUZIONE Può capitare che una particolare saldatura, tipicamente eseguita tramite ispezione visiva, debba essere analizzata con un livello di precisione estremo. Le aree specifiche di interesse per un'analisi precisa includono cricche superficiali, porosità e crateri non riempiti, indipendentemente dalle successive procedure di ispezione. La saldatura [...]

IMPORTANZA DEL PROFILOMETRO 3D SENZA CONTATTO PER L'ISPEZIONE DELLA SUPERFICIE DI SALDATURA

A differenza di altre tecniche come i tastatori o l'interferometria, la NANOVEA Profilometro 3D senza contatto, utilizzando il cromatismo assiale, può misurare quasi tutte le superfici, le dimensioni dei campioni possono variare ampiamente a causa della stadiazione aperta e non è necessaria alcuna preparazione del campione. L'intervallo da nano a macro si ottiene durante la misurazione del profilo di superficie senza alcuna influenza da parte della riflettività o dell'assorbimento del campione, ha una capacità avanzata di misurare angoli superficiali elevati e non è prevista alcuna manipolazione dei risultati da parte del software. Misura facilmente qualsiasi materiale: trasparente, opaco, speculare, diffusivo, lucido, ruvido ecc. Le funzionalità 2D e 2D dei Profilometri Portatili NANOVEA li rendono strumenti ideali per l'ispezione completa della superficie di saldatura sia in laboratorio che sul campo.

OBIETTIVO DI MISURAZIONE

In questa applicazione, il profilatore portatile NANOVEA JR25 viene utilizzato per misurare la rugosità superficiale, la forma e il volume di una saldatura, nonché l'area circostante. Questi dati possono fornire informazioni fondamentali per analizzare correttamente la qualità della saldatura e del processo di saldatura.

NANOVEA

JR25

SAPERNE DI PIÙ

RISULTATI DEL TEST

L'immagine sottostante mostra la vista 3D completa della saldatura e dell'area circostante, insieme ai parametri di superficie della sola saldatura. Il profilo della sezione trasversale 2D è mostrato di seguito.

il campione

Con il profilo della sezione trasversale 2D di cui sopra rimosso dal 3D, le informazioni dimensionali della saldatura vengono calcolate di seguito. Area superficiale e volume di materiale calcolati solo per la saldatura.

 BUCOPICCO
SUPERFICIE1,01 mm214,0 mm2
VOLUME8,799e-5 mm323,27 mm3
PROFONDITÀ/ALTEZZA MASSIMA0,0276 mm0,6195 mm
PROFONDITÀ/ALTEZZA MEDIA 0,004024 mm 0,2298 mm

CONCLUSIONE

In questa applicazione, abbiamo dimostrato come il profilatore senza contatto NANOVEA 3D possa caratterizzare con precisione le caratteristiche critiche di una saldatura e della superficie circostante. In base alla rugosità, alle dimensioni e al volume, è possibile determinare un metodo quantitativo per la qualità e la ripetibilità e indagare ulteriormente. I campioni di saldatura, come l'esempio riportato in questa nota applicativa, possono essere facilmente analizzati con un profilatore NANOVEA standard da tavolo o portatile per test interni o sul campo.

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