Categoria: Note applicative

Il tester micro-meccanico leader nel mondo

ORA IL LEADER MONDIALE

TEST MICRO MECCANICI

Preparato da

PIERRE LEROUX & DUANJIE LI, PhD

INTRODUZIONE

I microtester di durezza Vickers standard hanno intervalli di carico utilizzabili da 10 a 2000 grammi di forza (gf). I durometri Vickers Macro standard hanno un carico da 1 a 50 Kgf. Questi strumenti non solo sono molto limitati nella gamma di carichi, ma sono anche imprecisi quando si tratta di superfici più ruvide o di carichi bassi, quando le tacche diventano troppo piccole per essere misurate visivamente. Queste limitazioni sono intrinseche alla vecchia tecnologia e di conseguenza l'indentazione strumentale sta diventando la scelta standard grazie alla maggiore precisione e alle prestazioni che offre.

Con La durezza Vickers viene calcolata automaticamente dai dati di profondità rispetto al carico, con il più ampio intervallo di carico mai disponibile su un singolo modulo (da 0,3 grammi a 2 kg o da 6 grammi a 40 kg). Poiché misura la durezza dalle curve di profondità rispetto al carico, il Micro Modulo NANOVEA può misurare qualsiasi tipo di materiale, compresi quelli molto elastici. Inoltre, è in grado di fornire non solo la durezza Vickers, ma anche dati accurati sul modulo elastico e sul creep, oltre ad altri tipi di test come le prove di adesione ai graffi, l'usura, le prove di fatica, la resistenza allo snervamento e la tenacità alla frattura, per una gamma completa di dati di controllo della qualità.

ORA LEADER MONDIALE NEI TEST MICRO MECCANICI

In questa nota applicativa viene spiegato come il Modulo Micro sia stato progettato per offrire il miglior test strumentale di indentazione e graffiatura al mondo. L'ampia gamma di test del Modulo Micro è ideale per molte applicazioni. Ad esempio, l'intervallo di carico consente di misurare con precisione la durezza e il modulo elastico di rivestimenti duri e sottili e di applicare carichi molto più elevati per misurare l'adesione di questi stessi rivestimenti.

OBIETTIVO DI MISURAZIONE

La capacità del micro modulo è evidenziata con la dicitura NANOVEA CB500 Collaudatore meccanico di
che esegue test di indentazione e di graffiatura con una precisione e un'affidabilità superiori, utilizzando un'ampia gamma di carichi da 0,03 a 200 N.

NANOVEA

CB500

CONDIZIONI DI PROVA

È stata eseguita una serie (3×4, 12 indentature in totale) di microindentazioni su un campione di acciaio standard utilizzando un penetratore Vickers. Il carico e la profondità sono stati misurati e registrati per l'intero ciclo di prova di indentazione. Le indentazioni sono state eseguite con carichi massimi diversi, da 0,03 N a 200 N (da 0,0031 a 20,4 kgf), per dimostrare la capacità del micro modulo di eseguire test di indentazione accurati a carichi diversi. Vale la pena notare che è disponibile anche una cella di carico opzionale da 20 N per fornire una risoluzione 10 volte superiore per i test nella gamma di carico inferiore da 0,3 gf a 2 kgf.

Sono stati eseguiti due test di graffiatura con il modulo Micro con un carico aumentato linearmente da 0,01 N a 200 N e da 0,01 N a 0,5 N, rispettivamente, utilizzando uno stilo diamantato conico-sferico con raggio della punta di 500 μm e 20 μm.

Venti Microindentazione I test sono stati eseguiti sul campione standard di acciaio a 4 N, dimostrando la superiore ripetibilità dei risultati del Micro Module, in contrasto con le prestazioni dei tradizionali misuratori di durezza Vickers.

*microindentatore sul campione di acciaio

PARAMETRI DEL TEST

della mappatura dell'indentazione

MAPPATURA: 3 PER 4 INDENTI

RISULTATI E DISCUSSIONE

Il nuovo modulo micro presenta una combinazione unica di motore Z, cella di carico ad alta forza e sensore di profondità capacitivo ad alta precisione. L'utilizzo esclusivo di sensori di profondità e di carico indipendenti garantisce un'elevata precisione in tutte le condizioni.

Le prove di durezza Vickers convenzionali utilizzano punte di penetrazione piramidali a base quadrata di diamante che creano impronte di forma quadrata. Misurando la lunghezza media della diagonale, d, è possibile calcolare la durezza Vickers.

In confronto, la tecnica di indentazione strumentale utilizzata da NANOVEAIl modulo micro misura direttamente le proprietà meccaniche dalle misure di carico e spostamento dell'indentazione. Non è necessaria l'osservazione visiva dell'indentazione. In questo modo si eliminano gli errori di elaborazione delle immagini da parte dell'utente o del computer nel determinare i valori d dell'indentazione. Il sensore di profondità a condensatore ad alta precisione, con un livello di rumore molto basso di 0,3 nm, è in grado di misurare con precisione la profondità di tacche che sono difficili o impossibili da misurare visivamente al microscopio con i tradizionali misuratori di durezza Vickers.

Inoltre, la tecnica del cantilever utilizzata dai concorrenti applica il carico normale su una trave a sbalzo tramite una molla, e questo carico viene a sua volta applicato al penetratore. Questo tipo di progettazione presenta un difetto nel caso in cui venga applicato un carico elevato: la trave a sbalzo non è in grado di fornire una rigidità strutturale sufficiente, con conseguente deformazione della trave a sbalzo e conseguente disallineamento del penetratore. In confronto, il Modulo Micro applica il carico normale tramite il motore Z che agisce sulla cella di carico e poi sul penetratore per l'applicazione diretta del carico. Tutti gli elementi sono allineati verticalmente per garantire la massima rigidità, assicurando misure di indentazione e graffiatura ripetibili e accurate nell'intera gamma di carichi.

Vista ravvicinata del nuovo modulo Micro

RIENTRANZA DA 0,03 A 200 N

L'immagine della mappa di indentazione è riportata in FIGURA 1. La distanza tra le due indentature adiacenti al di sopra di 10 N è di 0,5 mm, mentre quella a carichi inferiori è di 0,25 mm. Il controllo di posizione ad alta precisione dello stadio del campione consente agli utenti di selezionare la posizione di destinazione per la mappatura delle proprietà meccaniche. Grazie all'eccellente rigidità del micro modulo dovuta all'allineamento verticale dei suoi componenti, il penetratore Vickers mantiene un perfetto orientamento verticale mentre penetra nel campione di acciaio con un carico fino a 200 N (400 N opzionale). Questo crea impronte di forma quadrata simmetrica sulla superficie del campione a diversi carichi.

Le singole indentature a diversi carichi al microscopio sono visualizzate insieme ai due graffi, come mostrato nella FIGURA 2, per mostrare la capacità del nuovo micro modulo di eseguire test di indentazione e graffiatura in un ampio intervallo di carico con un'elevata precisione. Come mostrato nei grafici del carico normale rispetto alla lunghezza del graffio, il carico normale aumenta linearmente quando lo stilo diamantato conico-sferico scorre sulla superficie del campione di acciaio. Si crea così una traccia di graffio rettilinea e liscia di larghezza e profondità progressivamente maggiori.

FIGURA 1: Mappa di indentazione

Sono state eseguite venti prove di microindentazione sul campione standard di acciaio a 4 N, dimostrando la superiore ripetibilità dei risultati del modulo Micro, in contrasto con le prestazioni dei tradizionali tester di durezza Vickers.

A: INDENTAZIONE E GRAFFIO AL MICROSCOPIO (360X)

B: INDENTAZIONE E GRAFFIO AL MICROSCOPIO (3000X)

FIGURA 2: Grafici carico-spostamento a diversi carichi massimi.

Le curve carico-spostamento durante l'indentazione a diversi carichi massimi sono mostrate in FIGURA 3. La durezza e il modulo elastico sono riassunti e confrontati nella FIGURA 4. Il campione di acciaio presenta un modulo elastico costante per tutto il carico di prova che va da 0,03 a 200 N (possibile intervallo da 0,003 a 400 N), con un valore medio di ~211 GPa. La durezza presenta un valore relativamente costante di ~6,5 GPa misurato con un carico massimo superiore a 100 N. Quando il carico diminuisce fino a un intervallo compreso tra 2 e 10 N, si misura una durezza media di ~9 GPa.

FIGURA 3: Grafici carico-spostamento a diversi carichi massimi.

FIGURA 4: Durezza e modulo di Young del campione di acciaio misurati con diversi carichi massimi.

RIENTRANZA DA 0,03 A 200 N

Sono state eseguite venti prove di microindentazione con un carico massimo di 4N. Le curve di carico-spostamento sono visualizzate in FIGURA 5 e la durezza Vickers e il modulo di Young risultanti sono mostrati in FIGURA 6.

FIGURA 5: Curve carico-spostamento per prove di microindentazione a 4 N.

FIGURA 6: Durezza Vickers e modulo di Young per 20 microindentazioni a 4 N.

Le curve di carico-spostamento dimostrano la superiore ripetibilità del nuovo Modulo Micro. L'acciaio standard ha una durezza Vickers di 842±11 HV misurata dal nuovo Modulo Micro, rispetto a 817±18 HV misurata con il tester di durezza Vickers convenzionale. La piccola deviazione standard della misura della durezza garantisce una caratterizzazione affidabile e riproducibile delle proprietà meccaniche nella ricerca e sviluppo e nel controllo di qualità dei materiali sia nel settore industriale che nella ricerca accademica.

Inoltre, dalla curva carico-spostamento è stato calcolato un modulo di Young di 208±5 GPa, che non è disponibile per il tester di durezza Vickers convenzionale a causa della mancata misurazione della profondità durante l'indentazione. Al diminuire del carico e delle dimensioni dell'indentazione, il modulo di Young s è stato calcolato in base alla curva carico-spostamento. NANOVEA I vantaggi di Micro Module in termini di ripetibilità rispetto ai durometri Vickers aumentano fino a quando non è più possibile misurare il rientro attraverso l'ispezione visiva.

Il vantaggio di misurare la profondità per calcolare la durezza diventa evidente anche quando si ha a che fare con campioni più ruvidi o più difficili da osservare con i microscopi standard in dotazione ai durometri Vickers.

CONCLUSIONE

In questo studio abbiamo dimostrato come il nuovo modulo NANOVEA Micro (gamma 200 N), leader a livello mondiale, esegua misure di indentazione e graffiatura riproducibili e precise in un'ampia gamma di carichi da 0,03 a 200 N (da 3 gf a 20,4 kgf). Un modulo micro opzionale a gamma inferiore può fornire test da 0,003 a 20 N (da 0,3 gf a 2 kgf). L'esclusivo allineamento verticale del motore Z, della cella di carico ad alta forza e del sensore di profondità garantisce la massima rigidità strutturale durante le misurazioni. Le indentature misurate a diversi carichi hanno tutte una forma quadrata simmetrica sulla superficie del campione. Nel test di graffiatura con un carico massimo di 200 N viene creata una traccia rettilinea di larghezza e profondità progressivamente crescenti.

Il nuovo modulo Micro può essere configurato sulla base meccanica PB1000 (150 x 200 mm) o CB500 (100 x 50 mm) con una motorizzazione z (portata 50 mm). In combinazione con un potente sistema di telecamere (precisione di posizione di 0,2 micron), i sistemi offrono le migliori capacità di automazione e mappatura del mercato. NANOVEA offre anche un'esclusiva funzione brevettata (EP n. 30761530) che consente di verificare e calibrare i penetratori Vickers eseguendo un singolo rientro sull'intera gamma di carichi. Al contrario, i durometri Vickers standard possono fornire la calibrazione a un solo carico.

Inoltre, il software NANOVEA consente all'utente di misurare la durezza Vickers con il metodo tradizionale di misurazione delle diagonali del rientro, se necessario (per ASTM E92 ed E384). Come mostrato in questo documento, le prove di durezza in profondità rispetto al carico (ASTM E2546 e ISO 14577) eseguite da un Micro Modulo NANOVEA sono precise e riproducibili rispetto ai durometri tradizionali. Soprattutto per i campioni che non possono essere osservati/misurati con un microscopio.

In conclusione, la maggiore precisione e ripetibilità del progetto del Micro Modulo, con la sua ampia gamma di carichi e test, l'elevata automazione e le opzioni di mappatura rendono obsoleti i tradizionali durometri Vickers. Ma lo stesso vale per i tester per graffi e micrograffi, attualmente ancora disponibili, ma progettati con i difetti degli anni '80.

Il continuo sviluppo e miglioramento di questa tecnologia fa di NANOVEA un leader mondiale nei test micro meccanici.

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Carta vetrata: Analisi della rugosità e del diametro delle particelle

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CARTA VETRATA

Analisi della rugosità e del diametro delle particelle

Preparato da

FRANK LIU

INTRODUZIONE

La carta vetrata è un prodotto comunemente disponibile in commercio utilizzato come abrasivo. L'uso più comune della carta vetrata è quello di rimuovere i rivestimenti o di lucidare una superficie grazie alle sue proprietà abrasive. Queste proprietà abrasive sono classificate in grane, ognuna delle quali si riferisce a quanto è liscia o
finitura superficiale che si otterrà. Per ottenere le proprietà abrasive desiderate, i produttori di carta vetrata devono garantire che le particelle abrasive abbiano una dimensione specifica e una deviazione minima. Per quantificare la qualità della carta vetrata, il sistema 3D senza contatto di NANOVEA Profilometro può essere utilizzato per ottenere il parametro dell'altezza media aritmetica (Sa) e il diametro medio delle particelle di un'area campione.

IMPORTANZA DEL PROFILATORE OTTICO 3D SENZA CONTATTO PROFILATORE PER CARTA VETRATA

Quando si usa la carta vetrata, l'interazione tra le particelle abrasive e la superficie da levigare deve essere uniforme per ottenere finiture superficiali coerenti. Per quantificare questo aspetto, la superficie della carta vetrata può essere osservata con il profilatore ottico 3D senza contatto di NANOVEA per vedere le deviazioni nelle dimensioni, nell'altezza e nella distanza delle particelle.

OBIETTIVO DI MISURAZIONE

In questo studio, cinque diverse grane di carta vetrata (120,
180, 320, 800 e 2000) vengono scannerizzati con l'apparecchio
Profilatore ottico senza contatto NANOVEA ST400 3D.
La Sa viene estratta dalla scansione e la particella
La dimensione viene calcolata conducendo un'analisi dei Motifs per
trovare il loro diametro equivalente

NANOVEA

ST400

RISULTATI E DISCUSSIONE

La carta vetrata diminuisce la rugosità superficiale (Sa) e la dimensione delle particelle all'aumentare della grana, come previsto. La Sa varia da 42,37 μm a 3,639 μm. La dimensione delle particelle varia da 127 ± 48,7 a 21,27 ± 8,35. Le particelle più grandi e le alte variazioni di altezza creano un'azione abrasiva più forte sulle superfici rispetto alle particelle più piccole con basse variazioni di altezza.
Tutte le definizioni dei parametri di altezza indicati sono riportate a pagina A.1.

TABELLA 1: Confronto tra le grane della carta vetrata e i parametri di altezza.

TABELLA 2: Confronto tra le grane della carta vetrata e il diametro delle particelle.

VISTA 2D E 3D DELLA CARTA VETRATA

Di seguito sono riportate le viste in falso colore e in 3D dei campioni di carta vetrata.
Per rimuovere la forma o l'ondulazione è stato utilizzato un filtro gaussiano di 0,8 mm.

ANALISI DEL MOTIVO

Per individuare con precisione le particelle in superficie, la soglia della scala di altezza è stata ridefinita per mostrare solo lo strato superiore della carta vetrata. È stata quindi condotta un'analisi dei motivi per individuare i picchi.

CONCLUSIONE

Il profilatore ottico 3D senza contatto di NANOVEA è stato utilizzato per ispezionare le proprietà superficiali di varie grane di carta vetrata, grazie alla sua capacità di scansionare con precisione superfici con caratteristiche micro e nano.

I parametri di altezza superficiale e i diametri equivalenti delle particelle sono stati ottenuti da ciascuno dei campioni di carta vetrata utilizzando un software avanzato per analizzare le scansioni 3D. È stato osservato che, all'aumentare della grana, la rugosità superficiale (Sa) e la dimensione delle particelle sono diminuite, come previsto.

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Misura del confine di superficie

Misurazione dei confini di superficie con la profilometria 3D

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MISURAZIONE DEI CONFINI DELLA SUPERFICIE

USANDO LA PROFILOMETRIA 3D

Preparato da

Craig Leising

INTRODUZIONE

Negli studi in cui l'interfaccia di caratteristiche superficiali, modelli, forme ecc. viene valutata per l'orientamento, sarà utile identificare rapidamente le aree di interesse sull'intero profilo di misura. Segmentando una superficie in aree significative, l'utente può valutare rapidamente i confini, i picchi, le fosse, le aree, i volumi e molti altri elementi per comprendere il loro ruolo funzionale nell'intero profilo della superficie in esame. Ad esempio, come nel caso dell'imaging dei confini dei grani dei metalli, l'importanza dell'analisi è l'interfaccia di molte strutture e il loro orientamento complessivo. La comprensione di ciascuna area di interesse consente di identificare difetti o anomalie all'interno dell'area complessiva. Sebbene l'imaging dei bordi dei grani sia tipicamente studiato a una distanza superiore alle capacità del Profilometro e sia solo un'analisi di immagini 2D, è un utile riferimento per illustrare il concetto di ciò che verrà mostrato qui su una scala più ampia, insieme ai vantaggi della misurazione di superfici 3D.

IMPORTANZA DEL PROFILOMETRO 3D NON A CONTATTO PER LO STUDIO DELLA SEPARAZIONE DELLE SUPERFICI

A differenza di altre tecniche come i tastatori o l'interferometria, il 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. La tecnica del profilometro senza contatto fornisce una capacità ideale, ampia e facile da usare per massimizzare gli studi di superficie quando sarà necessaria l'analisi dei confini della superficie; insieme ai vantaggi della funzionalità combinata 2D e 3D.

OBIETTIVO DI MISURAZIONE

In questa applicazione il profilometro Nanovea ST400 viene utilizzato per misurare l'area superficiale del polistirolo. I confini sono stati stabiliti combinando un file di intensità riflessa con la topografia, acquisiti simultaneamente con il NANOVEA ST400. Questi dati sono stati poi utilizzati per calcolare diverse informazioni sulla forma e sulle dimensioni di ciascun "granello" di polistirolo.

NANOVEA

ST400

RISULTATI E DISCUSSIONE: Misura del limite di superficie 2D

Immagine topografica (sotto a sinistra) mascherata dall'immagine dell'intensità riflessa (sotto a destra) per definire chiaramente i confini dei grani. Tutti i grani di diametro inferiore a 565 µm sono stati ignorati applicando il filtro.

Numero totale di grani: 167
Area totale di proiezione occupata dai grani: 166,917 mm² (64,5962 %)
Area totale prevista occupata dai confini: (35.4038 %)
Densità dei grani: 0,646285 grani / mm2

Area = 0,999500 mm² +/- 0,491846 mm²
Perimetro = 9114,15 µm +/- 4570,38 µm
Diametro equivalente = 1098,61 µm +/- 256,235 µm
Diametro medio = 945,373 µm +/- 248,344 µm
Diametro minimo = 675,898 µm +/- 246,850 µm
Diametro massimo = 1312,43 µm +/- 295,258 µm

RISULTATI E DISCUSSIONE: Misurazione dei confini della superficie 3D

Utilizzando i dati topografici 3D ottenuti, è possibile analizzare il volume, l'altezza, il picco, il rapporto d'aspetto e le informazioni generali sulla forma di ciascun grano. Area 3D totale occupata: 2,525 mm3

CONCLUSIONE

In questa applicazione, abbiamo dimostrato come il profilometro senza contatto NANOVEA 3D possa caratterizzare con precisione la superficie del polistirolo. È possibile ottenere informazioni statistiche sull'intera superficie di interesse o su singoli grani, siano essi picchi o buchi. In questo esempio sono stati utilizzati tutti i grani più grandi di una dimensione definita dall'utente per mostrare l'area, il perimetro, il diametro e l'altezza. Le caratteristiche qui illustrate possono essere fondamentali per la ricerca e il controllo di qualità di superfici naturali e pre-fabbricate che spaziano dalle applicazioni bio-mediche a quelle di microlavorazione, oltre a molte altre.

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Test di usura del rivestimento in vetro con l'umidità tramite tribometro

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UMIDITÀ DEL RIVESTIMENTO DEL VETRO

TEST DI USURA CON TRIBOMETRO

Preparato da

DUANJIE LI, Dottore di ricerca

INTRODUZIONE

Il rivestimento di vetro autopulente crea una superficie di vetro facile da pulire che previene l'accumulo di sporcizia e macchie. La sua caratteristica autopulente riduce significativamente la frequenza, il tempo, l'energia e i costi di pulizia, rendendolo una scelta attraente per una varietà di applicazioni residenziali e commerciali, come facciate in vetro, specchi, vetri di docce, finestre e parabrezza.

IMPORTANZA DELLA RESISTENZA ALL'USURA DEL RIVESTIMENTO AUTOPULENTE DEL VETRO

Una delle principali applicazioni del rivestimento autopulente è la superficie esterna della facciata di vetro dei grattacieli. La superficie di vetro è spesso attaccata da particelle ad alta velocità trasportate da forti venti. Anche le condizioni atmosferiche giocano un ruolo importante nella durata di vita del rivestimento di vetro. Può essere molto difficile e costoso trattare la superficie del vetro e applicare un nuovo rivestimento quando quello vecchio si guasta. Pertanto, la resistenza all'usura del rivestimento di vetro sotto
Le diverse condizioni meteorologiche sono critiche.

Per simulare le condizioni ambientali realistiche del rivestimento autopulente in diverse condizioni atmosferiche, è necessaria una valutazione ripetibile dell'usura in un'umidità controllata e monitorata. Questo permette agli utenti di confrontare correttamente la resistenza all'usura dei rivestimenti autopulenti esposti a diverse umidità e di selezionare il miglior candidato per l'applicazione desiderata.

OBIETTIVO DI MISURAZIONE

In questo studio, abbiamo mostrato che il NANOVEA Il tribometro T100 dotato di un controllore di umidità è uno strumento ideale per studiare la resistenza all'usura dei rivestimenti di vetro autopulenti in diverse condizioni di umidità.

NANOVEA

T100

PROCEDURE DI TEST

I vetrini da microscopio in vetro soda-calcico sono stati rivestiti con rivestimenti di vetro autopulenti con due diverse ricette di trattamento. Questi due rivestimenti sono identificati come Rivestimento 1 e Rivestimento 2. Un vetrino di vetro nudo non rivestito è stato testato anche per il confronto.

NANOVEA Tribometro dotato di un modulo di controllo dell'umidità è stato utilizzato per valutare il comportamento tribologico, ad esempio coefficiente di attrito, COF e resistenza all'usura dei rivestimenti di vetro autopulenti. Una punta sferica WC (6 mm di diametro) è stata applicata sui campioni testati. Il COF è stato registrato in situ. Il controller di umidità collegato alla tribocamera controllava con precisione il valore di umidità relativa (RH) nell'intervallo di ±1 %. La morfologia della traccia di usura è stata esaminata al microscopio ottico dopo le prove di usura.

CARICO MASSIMO 40 mN

RISULTATI E DISCUSSIONE

I test di usura pin-on-disk in diverse condizioni di umidità sono stati condotti sul vetro rivestito e non rivestito
campioni. Il COF è stato registrato in situ durante le prove di usura come mostrato in FIGURA 1 e il COF medio è riassunto in FIGURA 2. FIGURA 4 confronta le tracce di usura dopo i test di usura.

Come mostrato in FIGURA 1Il vetro non rivestito mostra un COF elevato di ~0,45 una volta che il movimento di scorrimento inizia nel 30% RH, e aumenta progressivamente a ~0,6 alla fine del test di usura a 300 giri. In confronto, il
I campioni di vetro rivestiti Coating 1 e Coating 2 mostrano un basso COF inferiore a 0,2 all'inizio del test. Il COF
del rivestimento 2 si stabilizza a ~0,25 durante il resto della prova, mentre il rivestimento 1 mostra un forte aumento di COF a
~250 giri e il COF raggiunge un valore di ~0,5. Quando le prove di usura sono effettuate nel 60% RH, il
Il vetro non rivestito mostra ancora un COF più alto di ~0,45 durante tutto il test di usura. I rivestimenti 1 e 2 mostrano i valori COF di 0,27 e 0,22, rispettivamente. Nel 90% RH, il vetro non rivestito possiede un COF elevato di ~0,5 alla fine del test di usura. I rivestimenti 1 e 2 mostrano un COF comparabile di ~0,1 all'inizio del test di usura. Il rivestimento 1 mantiene un COF relativamente stabile di ~0,15. Il rivestimento 2, tuttavia, fallisce a ~ 100 giri, seguito da un aumento significativo del COF a ~0,5 verso la fine del test di usura.

Il basso attrito del rivestimento di vetro autopulente è causato dalla sua bassa energia superficiale. Crea una statica molto alta
angolo di contatto con l'acqua e basso angolo di roll-off. Porta alla formazione di piccole goccioline d'acqua sulla superficie del rivestimento nel 90% RH come mostrato al microscopio in FIGURA 3. Risulta anche una diminuzione del COF medio da ~0,23 a ~0,15 per il rivestimento 2 quando il valore RH aumenta da 30% a 90%.

FIGURA 1: Coefficiente di attrito durante le prove pin-on-disk in diverse umidità relative.

FIGURA 2: COF medio durante i test pin-on-disk in diverse umidità relative.

FIGURA 3: Formazione di piccole gocce d'acqua sulla superficie di vetro rivestita.

FIGURA 4 confronta le tracce di usura sulla superficie del vetro dopo i test di usura in diverse umidità. Il rivestimento 1 mostra segni di lieve usura dopo i test di usura in RH di 30% e 60%. Possiede una grande traccia di usura dopo il test nella RH 90%, in accordo con il significativo aumento di COF durante il test di usura. Il rivestimento 2 non mostra quasi nessun segno di usura dopo i test di usura sia in ambiente asciutto che bagnato, e mostra anche un basso COF costante durante i test di usura in diverse umidità. La combinazione di buone proprietà tribologiche e bassa energia superficiale rende il rivestimento 2 un buon candidato per applicazioni di rivestimento del vetro autopulente in ambienti difficili. In confronto, il vetro non rivestito mostra tracce di usura più grandi e un COF più alto in diverse condizioni di umidità, dimostrando la necessità della tecnica di rivestimento autopulente.

FIGURA 4: Tracce di usura dopo i test pin-on-disk in diverse umidità relative (ingrandimento 200x).

CONCLUSIONE

NANOVEA Il tribometro T100 è uno strumento superiore per la valutazione e il controllo di qualità dei rivestimenti di vetro autopulenti in diverse condizioni di umidità. La capacità di misurare il COF in situ permette 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 rivestimenti di vetro. Sulla base dell'analisi tribologica completa sui rivestimenti di vetro autopulenti testati in diverse condizioni di umidità, dimostriamo che il rivestimento 2 possiede un COF basso e costante e una resistenza all'usura superiore sia in ambienti asciutti che bagnati, il che lo rende un candidato migliore per applicazioni di rivestimenti di vetro autopulenti esposti a diverse condizioni atmosferiche.

NANOVEA I tribometri offrono test di usura e attrito precisi e ripetibili utilizzando modalità rotative e lineari conformi a ISO e ASTM, con moduli opzionali di usura ad alta temperatura, lubrificazione e tribocorrosione disponibili in un sistema pre-integrato. Il profilatore 3D senza contatto opzionale è disponibile per un'alta
imaging 3D a risoluzione della traccia di usura, oltre ad altre misurazioni della superficie come la rugosità.

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Deformazione a scorrimento dei polimeri mediante nanoindentazione

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DEFORMAZIONE PER SCORRIMENTO

DEI POLIMERI MEDIANTE NANOINDENTAZIONE

Preparato da

DUANJIE LI, Dottore di ricerca

INTRODUZIONE

In quanto materiali viscoelastici, i polimeri spesso subiscono una deformazione dipendente dal tempo sotto un determinato carico applicato, nota anche come creep. Il creep diventa un fattore critico quando le parti polimeriche sono progettate per essere esposte a sollecitazioni continue, come i componenti strutturali, i raccordi e i recipienti a pressione idrostatica.

IMPORTANZA DELLA MISURAZIONE DEL CREEP PER POLIMERI

La natura intrinseca della viscoelasticità gioca un ruolo vitale nelle prestazioni dei polimeri e influenza direttamente la loro affidabilità di servizio. Le condizioni ambientali come il carico e la temperatura influenzano il comportamento al creep dei polimeri. I guasti al creep si verificano spesso a causa della mancanza di attenzione al comportamento al creep dipendente dal tempo dei materiali polimerici utilizzati in condizioni di servizio specifiche. Di conseguenza, è importante sviluppare un test affidabile e quantitativo dei comportamenti meccanici viscoelastici dei polimeri. Il modulo Nano della NANOVEA Tester Meccanici applica il carico con un piezoelettrico ad alta precisione e misura direttamente l'evoluzione della forza e dello spostamento in situ. La combinazione di precisione e ripetibilità lo rende uno strumento ideale per la misurazione del creep.

OBIETTIVO DI MISURAZIONE

In questa applicazione, abbiamo dimostrato che
il tester meccanico NANOVEA PB1000
in Nanoindentazione è uno strumento ideale
per lo studio delle proprietà meccaniche viscoelastiche
compresa la durezza, il modulo di Young
e creep dei materiali polimerici.

NANOVEA

PB1000

CONDIZIONI DI PROVA

Otto diversi campioni di polimero sono stati testati con la tecnica della nanoindentazione utilizzando il tester meccanico NANOVEA PB1000. Con l'aumento lineare del carico da 0 a 40 mN, la profondità è aumentata progressivamente durante la fase di carico. Il creep è stato misurato in base alla variazione della profondità di indentazione al carico massimo di 40 mN per 30 secondi.

CARICO MASSIMO 40 mN

TASSO DI CARICO
80 mN/min

TASSO DI SCARICO 80 mN/min

TEMPO DI CREEP
30 s

TIPO DI INDENTERO

Berkovich

Diamante

*impostazione del test di nanoindentazione

RISULTATI E DISCUSSIONE

L'andamento del carico rispetto allo spostamento dei test di nanoindentazione su diversi campioni di polimero è mostrato in FIGURA 1 e le curve di creep sono confrontate in FIGURA 2. La durezza e il modulo di Young sono riassunti in FIGURA 3 e la profondità di creep è mostrata in FIGURA 4. La durezza e il modulo di Young sono riassunti in FIGURA 3, mentre la profondità di scorrimento è mostrata in FIGURA 4. Come esempio in FIGURA 1, le porzioni AB, BC e CD della curva carico-spostamento per la misura di nanoindentazione rappresentano rispettivamente i processi di carico, creep e scarico.

Il Delrin e il PVC presentano la durezza più elevata, rispettivamente di 0,23 e 0,22 GPa, mentre l'LDPE possiede la durezza più bassa, pari a 0,026 GPa, tra i polimeri testati. In generale, i polimeri più duri mostrano tassi di scorrimento inferiori. L'LDPE più morbido ha la più alta profondità di scorrimento di 798 nm, rispetto ai ~120 nm del Delrin.

Le proprietà di creep dei polimeri sono fondamentali quando vengono utilizzati in parti strutturali. Misurando con precisione la durezza e il creep dei polimeri, è possibile ottenere una migliore comprensione dell'affidabilità dei polimeri in funzione del tempo. Il creep, ovvero la variazione dello spostamento a un determinato carico, può essere misurato anche a diverse temperature e umidità elevate utilizzando il tester meccanico NANOVEA PB1000, fornendo uno strumento ideale per misurare in modo quantitativo e affidabile i comportamenti meccanici viscoelastici dei polimeri.
nell'ambiente applicativo realistico simulato.

FIGURA 1: I grafici di carico e spostamento
di diversi polimeri.

FIGURA 2: Creeping a un carico massimo di 40 mN per 30 s.

FIGURA 3: Durezza e modulo di Young dei polimeri.

FIGURA 4: Profondità di scorrimento dei polimeri.

CONCLUSIONE

In questo studio abbiamo dimostrato che il NANOVEA PB1000
I tester meccanici misurano le proprietà meccaniche di diversi polimeri, tra cui durezza, modulo di Young e creep. Tali proprietà meccaniche sono essenziali per selezionare il materiale polimerico più adatto alle applicazioni previste. Il Derlin e il PVC presentano la durezza più elevata, rispettivamente di 0,23 e 0,22 GPa, mentre l'LDPE possiede la durezza più bassa, pari a 0,026 GPa, tra i polimeri testati. In generale, i polimeri più duri presentano tassi di scorrimento inferiori. L'LDPE più morbido mostra la più alta profondità di scorrimento, pari a 798 nm, rispetto ai ~120 nm del Derlin.

I tester meccanici NANOVEA offrono moduli Nano e Micro multifunzione ineguagliabili su un'unica piattaforma. Entrambi i moduli Nano e Micro includono le modalità di scratch tester, hardness tester e wear tester, offrendo la più ampia e semplice gamma di test disponibili su un unico sistema.

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Nanoindentazione multifase dei metalli

Studio metallurgico di materiale multifase usando la nanoindentazione

Per saperne di più

STUDIO DELLA METALLURGIA
DI MATERIALE MULTIFASE

UTILIZZANDO LA NANOINDENTAZIONE

Preparato da

DUANJIE LI, Dottore di ricerca & ALESSIO CELESTINO

INTRODUZIONE

La metallurgia studia il comportamento fisico e chimico degli elementi metallici, nonché dei loro composti intermetallici e delle leghe. I metalli sottoposti a processi di lavorazione, come la fusione, la forgiatura, la laminazione, l'estrusione e la lavorazione, subiscono cambiamenti nelle loro fasi, nella microstruttura e nella struttura. Questi cambiamenti si traducono in proprietà fisiche diverse, tra cui durezza, forza, tenacità, duttilità e resistenza all'usura del materiale. La metallografia viene spesso applicata per conoscere il meccanismo di formazione di tali fasi, microstrutture e strutture specifiche.

IMPORTANZA DELLE PROPRIETÀ MECCANICHE LOCALI PROPRIETÀ MECCANICHE LOCALI PER LA PROGETTAZIONE DEI MATERIALI

I materiali avanzati spesso presentano fasi multiple in una microstruttura e una struttura speciali per ottenere le proprietà meccaniche desiderate per le applicazioni mirate nella pratica industriale. Nanoindentazione è ampiamente applicato per misurare i comportamenti meccanici dei materiali a piccole scale ^{i ii}.Tuttavia, è impegnativo e richiede tempo selezionare con precisione punti specifici per l'indentazione in un'area molto piccola. Per determinare le proprietà meccaniche di diverse fasi di un materiale con elevata precisione e misure tempestive, è necessaria una procedura affidabile e di facile utilizzo per i test di nanoindentazione.

OBIETTIVO DI MISURAZIONE

In questa applicazione, misuriamo le proprietà meccaniche di un campione metallurgico multifase utilizzando il più potente tester meccanico: il NANOVEA PB1000.

Qui mostriamo la capacità del PB1000 di eseguire misure di nanoindentazione su più fasi (grani) di una grande superficie di campione con elevata precisione e facilità d'uso, utilizzando il nostro Advanced Position Controller.

NANOVEA

PB1000

CONDIZIONI DI PROVA

In questo studio utilizziamo un campione metallurgico con fasi multiple. Il campione è stato lucidato a specchio prima dei test di indentazione. Nel campione sono state identificate quattro fasi: FASE 1, FASE 2, FASE 3 e FASE 4, come mostrato di seguito.

L'Advanced Stage Controller è uno strumento intuitivo per la navigazione dei campioni che regola automaticamente la velocità di movimento dei campioni nel microscopio ottico in base alla posizione del mouse. Più il mouse si allontana dal centro del campo visivo, più il palcoscenico si sposta velocemente verso la direzione del mouse. In questo modo si ottiene un metodo facile da usare per navigare sull'intera superficie del campione e selezionare la posizione prevista per i test meccanici. Le coordinate delle posizioni di prova vengono salvate e numerate, insieme alle singole impostazioni di prova, come i carichi, la velocità di carico/scarico, il numero di prove in una mappa, ecc. Questa procedura di test consente agli utenti di esaminare un'ampia superficie del campione per individuare aree specifiche di interesse per l'indentazione e di eseguire tutte le prove di indentazione in diverse posizioni in una sola volta, rendendolo uno strumento ideale per le prove meccaniche di campioni metallurgici con fasi multiple.

In questo studio, abbiamo localizzato le fasi specifiche del campione sotto il microscopio ottico integrato nel NANOVEA Tester meccanico come numerato su FIGURA 1. Le coordinate delle posizioni selezionate vengono salvate, quindi vengono eseguiti test automatici di nanoindentazione tutti in una volta nelle condizioni di prova riassunte di seguito.

FIGURA 1: SELEZIONE DELLA POSIZIONE DI NANOINDENTAZIONE SULLA SUPERFICIE DEL CAMPIONE.

RISULTATI: NANOINDENTAZIONI SU DIVERSE FASI

Di seguito sono riportate le indentature nelle diverse fasi del campione. Dimostriamo che l'eccellente controllo della posizione dello stadio del campione nella NANOVEA Collaudatore meccanico consente agli utenti di individuare con precisione la posizione target per i test delle proprietà meccaniche.

Le curve di carico-spostamento rappresentative delle indentazioni sono mostrate in FIGURA 2e la corrispondente durezza e modulo di Young calcolati con il metodo di Oliver e Pharr.ⁱⁱⁱ sono riassunti e confrontati in FIGURA 3.

Il FASI 1, 2, 3 e 4 possiedono una durezza media di ~5,4, 19,6, 16,2 e 7,2 GPa, rispettivamente. Le dimensioni relativamente piccole per FASI 2 contribuisce alla maggiore deviazione standard dei valori di durezza e modulo di Young.

FIGURA 2: CURVE CARICO-SPOSTAMENTO
DELLE NANOINDENTAZIONI

FIGURA 3: DUREZZA E MODULO DI YOUNG DI DIVERSE FASI

CONCLUSIONE

In questo studio abbiamo mostrato il tester meccanico NANOVEA che esegue misure di nanoindentazione su più fasi di un campione metallurgico di grandi dimensioni utilizzando il controller avanzato dello stadio. Il preciso controllo della posizione consente agli utenti di navigare facilmente su un'ampia superficie del campione e di selezionare direttamente le aree di interesse per le misure di nanoindentazione.

Le coordinate di posizione di tutte le indentature vengono salvate e poi eseguite consecutivamente. Questa procedura di prova rende la misurazione delle proprietà meccaniche locali su piccola scala, come nel caso del campione metallico multifase di questo studio, sostanzialmente meno dispendiosa in termini di tempo e più facile da usare. Le FASI 2, 3 e 4 dure migliorano le proprietà meccaniche del campione, con una durezza media di ~19,6, 16,2 e 7,2 GPa, rispettivamente, rispetto ai ~5,4 GPa della FASE 1.

I moduli Nano, Micro o Macro dello strumento includono tutti modalità di indentazione, graffio e usura conformi agli standard ISO e ASTM, fornendo la più ampia e semplice gamma di test disponibili in un unico sistema. L'impareggiabile gamma di NANOVEA è la soluzione ideale per determinare l'intera gamma di proprietà meccaniche di rivestimenti, film e substrati sottili o spessi, morbidi o duri, tra cui durezza, modulo di Young, tenacità alla frattura, adesione, resistenza all'usura e molte altre.

i Oliver, W. C.; Pharr, G. M., Journal of Materials Research, volume 19, numero 1, gennaio 2004, pagg. 3-20.
ii Schuh, C.A., Materiali Oggi, Volume 9, Numero 5, Maggio 2006, pp. 32-40
iii Oliver, W. C.; Pharr, G. M., Journal of Materials Research, Volume 7, Numero 6, Giugno 1992, pp.1564-1583

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Misurazione della profondità del battistrada dei pneumatici e della rugosità della superficie in gomma | Profilatore ottico 3D

MISURAZIONE DELLA PROFONDITÀ DEL BATTISTRADA E DELLA RUGOSITÀ DELLA SUPERFICIE IN GOMMA utilizzando un profilatore ottico 3D

Preparato da

ANDREA HERRMANN

Mentre la profondità del battistrada degli pneumatici viene comunemente misurata con misuratori portatili per la sicurezza dei consumatori, la ricerca e sviluppo industriale e i produttori di pneumatici richiedono metodi più avanzati. Questa nota applicativa dimostra come un profilometro ottico 3D fornisca misurazioni precise della profondità del battistrada degli pneumatici, mappatura del contorno e analisi della rugosità della superficie della gomma per studi ad alta precisione.

INTRODUZIONE

Come tutti i materiali, il coefficiente di attrito della gomma è in parte correlato alla rugosità della sua superficie. Negli pneumatici dei veicoli, sia la profondità del battistrada che la rugosità della superficie influiscono direttamente sulla trazione, sulla frenata e sulle prestazioni di usura. In questo studio, la rugosità e le dimensioni della superficie della gomma e del battistrada vengono analizzate utilizzando la profilometria 3D senza contatto.

IL CAMPIONE

IMPORTANZA DELLA PROFILOMETRIA 3D SENZA CONTATTO PER LA MISURAZIONE DELLA PROFONDITÀ DEL BATTISTRADA DEI PNEUMATICI

A differenza di altre tecniche come le sonde a contatto o l'interferometria, Profiler ottici 3D senza contatto di NANOVEA utilizzare il cromatismo assiale per misurare quasi tutte le superfici.

Il sistema Profiler è aperto e permette di usare campioni di diverse dimensioni senza bisogno di prepararli. Con una sola scansione, puoi vedere sia la profondità del battistrada che la rugosità della superficie, senza che la riflettività o l'assorbimento del campione influenzino i risultati. Inoltre, questi profilatori possono misurare angoli di superficie elevati senza bisogno di modificare i risultati con un software.

Questa versatilità rende i profilatori NANOVEA ideali sia per i test di usura del battistrada degli pneumatici che per la ricerca avanzata sui materiali in gomma.

OBIETTIVO DI MISURAZIONE

In questa applicazione, mostriamo il NANOVEA ST400, un profilometro ottico 3D senza contatto che misura la profondità del battistrada, la geometria del profilo e la rugosità della superficie della gomma. Per questo studio è stata selezionata a caso un'area campione sufficientemente ampia da rappresentare l'intera superficie dello pneumatico. Per quantificare le caratteristiche della gomma, abbiamo utilizzato il software di analisi NANOVEA Ultra 3D per misurare le dimensioni delle scanalature, la profondità del battistrada, la rugosità della superficie e l'area sviluppata rispetto a quella proiettata.

NANOVEA ST400 Standard
Profiler ottico 3D

ANALISI: PNEUMATICI

La vista 3D e la vista in falsi colori dei battistrada dimostrano l'importanza della mappatura dei disegni delle superfici 3D. Ciò fornisce agli ingegneri uno strumento semplice per valutare l'uniformità della profondità del battistrada, il disegno delle scanalature e l'usura da più angolazioni. L'analisi avanzata dei contorni e l'analisi dell'altezza dei gradini sono entrambi strumenti estremamente potenti per misurare con precisione le dimensioni delle forme e del disegno dei campioni.

ANALISI AVANZATA DEI CONTORNI

ANALISI DELL'ALTEZZA DEL GRADINO

ANALISI: SUPERFICIE IN GOMMA

La superficie in gomma può essere quantificata in vari modi utilizzando strumenti software integrati, come mostrato nelle figure seguenti. Si può osservare che la rugosità superficiale è pari a 2,688 μm e che l'area sviluppata rispetto all'area proiettata è pari a 9,410 mm² rispetto a 8,997 mm². Questi risultati dimostrano come la rugosità della superficie in gomma influisca sulla trazione e sulle prestazioni, consentendo confronti tra diverse formulazioni di gomma o diversi livelli di usura superficiale.

CONCLUSIONE

In questa applicazione abbiamo dimostrato come il profilatore ottico senza contatto NANOVEA 3D sia in grado di caratterizzare con precisione la profondità del battistrada, le dimensioni del contorno e la rugosità superficiale della gomma. I dati mostrano una rugosità superficiale di 2,69 µm e un'area sviluppata di 9,41 mm² con un'area proiettata di 9 mm². Sono state misurate anche varie dimensioni e raggi dei battistrada in gomma. Queste informazioni possono essere utilizzate dai produttori di pneumatici, dai ricercatori automobilistici e dagli ingegneri dei materiali per confrontare i disegni del battistrada, le formulazioni della gomma o gli pneumatici con vari gradi di usura. I dati qui riportati rappresentano solo una parte dei calcoli disponibili nel software di analisi Ultra 3D.

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Misura dell'usura in situ ad alta temperatura

MISURAZIONE DELL'USURA IN SITU AD ALTA TEMPERATURA

UTILIZZANDO IL TRIBOMETRO

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

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.

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

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.

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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

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.

CONFRONTO DELLA RUGOSITÀ SUPERFICIALE

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

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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Prodotti

Profilometri

PS50 - Advanced Compact

JR25 - Portable Compact

JR100 - Portable High Speed

ST400 - Modular Standard

ST500 - Modular Large Area

AFM Pro - Extended Range

In-Line QC - Roughness, Texture & Finish

Nanoindenters & Scratch Testers

CB500 - Advanced Compact

PB1000 - Advanced Large Platform

Sistemi per il vuoto

Tribometri

T50 - Free Weight Benchtop

T200 - Pneumatic Compact

T2000 - Pneumatic High Load

T2000 MAX - High Torque Friction Tester

CR-8R - Ball Cratering Coating Thickness

Sistemi per il vuoto

Servizi di laboratorio

Analisi profilometrica a non contatto

Test di indentazione e graffiatura

Test di attrito e usura

Topologia delle superfici e analisi chimica

Tipi di Test

Profilometria

Rugosità e finitura

Geometria e forme

Planarità e deformazione

Volume e area

Altezza e spessore del gradino

Struttura e grana

Test Meccanici

Indentazione | Durezza ed elasticità

Indentazione | Stress vs Strain

Indentazione | Creep e rilassamento

Indentazione | Perdita e conservazione

Indentazione | Fracture Toughness

Indentazione | Resistenza allo snervamento e alla fatica

Alta temperatura

Umidità

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