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AR Categoria: Note applicative
Microparticelle: Forza di compressione e microindentazione
MICROPARTICELLE
RESISTENZA ALLA COMPRESSIONE E MICROINDENTAZIONE
ATTRAVERSO L'ANALISI DEI SALI
Autore:
Jorge Ramirez
Revisionato da:
Jocelyn Esparza
INTRODUZIONE
La resistenza alla compressione è diventata fondamentale per le misure di controllo della qualità nello sviluppo e nel miglioramento delle microparticelle e dei microelementi (pilastri e sfere) nuovi ed esistenti. Le microparticelle hanno forme e dimensioni diverse e possono essere sviluppate a partire da ceramica, vetro, polimeri e metalli. Gli usi includono la somministrazione di farmaci, l'esaltazione del sapore degli alimenti, le formulazioni di calcestruzzo e molti altri. Il controllo delle proprietà meccaniche delle microparticelle o delle microcaratteristiche è fondamentale per il loro successo e richiede la capacità di caratterizzare quantitativamente la loro integrità meccanica.
IMPORTANZA DELLA PROFONDITÀ RISPETTO ALLA RESISTENZA ALLA COMPRESSIONE DEL CARICO
Gli strumenti standard per la misurazione della compressione non sono in grado di sopportare carichi ridotti e non riescono a fornire un'adeguata dati di profondità per le microparticelle. Utilizzando i dati di profondità per le microparticelle. MicroindentazioneLa resistenza alla compressione di nano o microparticelle (morbide o dure) può essere misurata con precisione e accuratezza.
OBIETTIVO DI MISURAZIONE
In questa nota applicativa misuriamo la resistenza alla compressione del sale con il Tester meccanico NANOVEA in modalità microindentazione.
NANOVEA
CB500
CONDIZIONI DI PROVA
forza massima
30 N
tasso di carico
60 N/min
tasso di scarico
60 N/min
tipo di penetratore
Punzone piatto
Acciaio | Diametro 1 mm
Curve carico/profondità
Risultati e discussione
Altezza, forza di rottura e resistenza per la particella 1 e la particella 2
Il cedimento delle particelle è stato determinato come il punto in cui la pendenza iniziale della curva forza/profondità ha iniziato a diminuire sensibilmente. Questo comportamento indica che il materiale ha raggiunto un punto di snervamento e non è più in grado di resistere alle forze di compressione applicate. Una volta superato il punto di snervamento, la profondità di penetrazione inizia ad aumentare esponenzialmente per tutta la durata del periodo di carico. Questi comportamenti possono essere osservati in Curve di carico in funzione della profondità per entrambi i campioni.
CONCLUSIONE
In conclusione, abbiamo mostrato come il NANOVEA Collaudatore meccanico in modalità di microindentazione è un ottimo strumento per testare la resistenza alla compressione delle microparticelle. Sebbene le particelle testate siano fatte dello stesso materiale, si sospetta che i diversi punti di rottura misurati in questo studio siano probabilmente dovuti a microcricche preesistenti nelle particelle e a dimensioni diverse delle stesse. Va notato che per i materiali fragili sono disponibili sensori di emissione acustica per misurare l'inizio della propagazione della cricca durante una prova.
Il NANOVEA Collaudatore meccanico offre risoluzioni di spostamento in profondità fino al livello sub nanometrico,
che lo rende un ottimo strumento per lo studio di microparticelle o elementi molto fragili. Per i materiali morbidi e fragili
materiali, con il nostro modulo di nano-indentazione è possibile ottenere carichi fino a 0,1 mN.
Avete un'applicazione simile?
Cuscinetti a sfere: studio sulla resistenza all'usura ad alta forza
INTRODUZIONE
Un cuscinetto a sfere utilizza sfere per ridurre l'attrito rotazionale e supportare carichi radiali e assiali. Le sfere che rotolano tra le piste dei cuscinetti producono un coefficiente di attrito (COF) molto più basso rispetto a due superfici piane che scorrono l'una contro l'altra. I cuscinetti a sfere sono spesso esposti a livelli elevati di stress da contatto, usura e condizioni ambientali estreme come le alte temperature. Pertanto, la resistenza all'usura delle sfere sotto carichi elevati e condizioni ambientali estreme è fondamentale per prolungare la durata del cuscinetto a sfere e ridurre costi e tempi di riparazioni e sostituzioni.
I cuscinetti a sfere si trovano in quasi tutte le applicazioni che coinvolgono parti in movimento. Sono comunemente utilizzati nei settori dei trasporti come quello aerospaziale e automobilistico, nonché nell'industria dei giocattoli che produce articoli come fidget spinner e skateboard.
VALUTAZIONE DELL'USURA DEI CUSCINETTI A SFERE CON CARICHI ELEVATI
I cuscinetti a sfere possono essere realizzati da un ampio elenco di materiali. I materiali comunemente utilizzati vanno dai metalli come l'acciaio inossidabile e l'acciaio al cromo o dalla ceramica come il carburo di tungsteno (WC) e il nitruro di silicio (Si3n4). Per garantire che i cuscinetti a sfere prodotti possiedano la resistenza all'usura richiesta, ideale per le condizioni dell'applicazione data, sono necessarie valutazioni tribologiche affidabili sotto carichi elevati. I test tribologici aiutano a quantificare e confrontare i comportamenti di usura dei diversi cuscinetti a sfere in modo controllato e monitorato per selezionare il miglior candidato per l'applicazione mirata.
OBIETTIVO DI MISURAZIONE
In questo studio, mostriamo una Nanovea Tribometro come strumento ideale per confrontare la resistenza all'usura di diversi cuscinetti a sfere sottoposti a carichi elevati.
Figura 1: Impostazione della prova dei cuscinetti.
PROCEDURA DI PROVA
Il coefficiente di attrito, COF e la resistenza all'usura dei cuscinetti a sfera realizzati in diversi materiali sono stati valutati mediante un tribometro Nanovea. Come materiale di supporto è stata utilizzata carta vetrata a grana P100. I segni di usura dei cuscinetti a sfera sono stati esaminati utilizzando a Nanovea Profiler 3D senza contatto al termine dei test di usura. I parametri del test sono riepilogati nella Tabella 1. Il tasso di usura, Kè stato valutato con la formula K=V/(F×s), dove V è il volume consumato, F è il carico normale e s è la distanza di scorrimento. Le cicatrici da usura della palla sono state valutate da a Nanovea Profiler 3D senza contatto per garantire una misurazione precisa del volume di usura.
La funzione di posizionamento radiale motorizzato automatizzato consente al tribometro di diminuire il raggio della traccia di usura per la durata di una prova. Questa modalità di test è chiamata test a spirale e garantisce che il cuscinetto a sfere scivoli sempre su una nuova superficie della carta vetrata (Figura 2). Migliora significativamente la ripetibilità del test di resistenza all'usura sulla sfera. L'encoder avanzato a 20 bit per il controllo della velocità interno e l'encoder a 16 bit per il controllo della posizione esterno forniscono informazioni precise su velocità e posizione in tempo reale, consentendo una regolazione continua della velocità di rotazione per ottenere una velocità di scorrimento lineare costante al contatto.
Si prega di notare che la carta vetrata a grana P100 è stata utilizzata per semplificare il comportamento di usura tra i vari materiali delle sfere in questo studio e può essere sostituita con qualsiasi altra superficie di materiale. Qualsiasi materiale solido può essere sostituito per simulare le prestazioni di un'ampia gamma di accoppiamenti di materiali in condizioni applicative reali, ad esempio in liquidi o lubrificanti.
Figura 2: Illustrazione dei passaggi a spirale del cuscinetto a sfera sulla carta vetrata.
Tabella 1: parametri di prova delle misurazioni dell'usura.
RISULTATI E DISCUSSIONE
Il tasso di usura è un fattore vitale per determinare la durata di servizio del cuscinetto a sfere, mentre un COF basso è auspicabile per migliorare le prestazioni e l'efficienza del cuscinetto. La Figura 3 confronta l'evoluzione del COF per diversi cuscinetti a sfera rispetto alla carta vetrata durante i test. La sfera in acciaio al cromo mostra un COF aumentato di ~0,4 durante il test di usura, rispetto a ~0,32 e ~0,28 per i cuscinetti a sfera SS440 e Al2O3. D'altro canto, la sfera WC presenta un COF costante di ~0,2 durante tutto il test di usura. Durante ogni test è possibile osservare una variazione COF osservabile, attribuita alle vibrazioni causate dal movimento di scorrimento dei cuscinetti a sfera contro la superficie ruvida della carta vetrata.
Figura 3: Evoluzione del COF durante le prove di usura.
La Figura 4 e la Figura 5 confrontano le tracce di usura dei cuscinetti a sfera dopo che sono stati misurati rispettivamente con un microscopio ottico e un profilatore ottico Nanovea Non-Contact, e la Tabella 2 riassume i risultati dell'analisi della traccia di usura. Il profilatore Nanovea 3D determina con precisione il volume di usura dei cuscinetti a sfere, consentendo di calcolare e confrontare i tassi di usura di diversi cuscinetti a sfere. Si può osservare che le sfere in acciaio al cromo e SS440 mostrano segni di usura appiattiti molto più grandi rispetto alle sfere in ceramica, cioè Al2O3 e WC dopo i test di usura. Le sfere in acciaio al cromo e SS440 hanno tassi di usura comparabili rispettivamente di 3,7×10-3 e 3,2×10-3 m3/N m. In confronto, la sfera Al2O3 mostra una maggiore resistenza all'usura con un tasso di usura di 7,2×10-4 m3/N m. La sfera WC presenta appena piccoli graffi sulla zona di usura poco profonda, con un conseguente tasso di usura significativamente ridotto di 3,3×10-6 mm3/N m.
Figura 4: Usura dei cuscinetti a sfera dopo i test.
Figura 5: Morfologia 3D delle tracce di usura sui cuscinetti a sfere.
Tabella 2: Analisi dei segni di usura dei cuscinetti a sfera.
La Figura 6 mostra le immagini al microscopio delle tracce di usura prodotte sulla carta vetrata dai quattro cuscinetti a sfera. È evidente che la sfera WC ha prodotto la pista di usura più severa (rimuovendo quasi tutte le particelle di sabbia sul suo percorso) e possiede la migliore resistenza all'usura. In confronto, le sfere Cr Steel e SS440 hanno lasciato una grande quantità di detriti metallici sulla traccia di usura della carta vetrata.
Queste osservazioni dimostrano ulteriormente l’importanza del beneficio di un test a spirale. Garantisce che il cuscinetto a sfere scivoli sempre su una nuova superficie della carta vetrata, migliorando significativamente la ripetibilità di un test di resistenza all'usura.
Figura 6: tracce di usura sulla carta vetrata contro diversi cuscinetti a sfera.
CONCLUSIONE
La resistenza all'usura dei cuscinetti a sfera ad alta pressione gioca un ruolo fondamentale nelle loro prestazioni di servizio. I cuscinetti a sfere in ceramica possiedono una resistenza all'usura notevolmente migliorata in condizioni di stress elevato e riducono i tempi e i costi dovuti alla riparazione o alla sostituzione dei cuscinetti. In questo studio, il cuscinetto a sfere WC mostra una resistenza all'usura sostanzialmente più elevata rispetto ai cuscinetti in acciaio, rendendolo un candidato ideale per applicazioni di cuscinetti in cui si verifica un'usura grave.
Un tribometro Nanovea è progettato con capacità di coppia elevata per carichi fino a 2000 N e un motore preciso e controllato per velocità di rotazione da 0,01 a 15.000 giri/min. Offre test ripetibili di usura e attrito utilizzando modalità rotativa e lineare conformi a ISO e ASTM, con moduli opzionali di usura e lubrificazione ad alta temperatura disponibili in un unico sistema preintegrato. Questa gamma senza eguali consente agli utenti di simulare diversi ambienti di lavoro gravosi dei cuscinetti a sfere, tra cui stress elevato, usura e alta temperatura, ecc. Funziona anche come strumento ideale per valutare quantitativamente i comportamenti tribologici di materiali resistenti all'usura superiori sotto carichi elevati.
Un profilatore senza contatto 3D Nanovea fornisce misurazioni precise del volume di usura e funge da strumento per analizzare la morfologia dettagliata delle tracce di usura, fornendo ulteriori approfondimenti nella comprensione fondamentale dei meccanismi di usura.
Preparato da
Duanjie Li, PhD, Jonathan Thomas e Pierre Leroux
Strumenti dentali: Analisi dimensionale e della rugosità superficiale
INTRODUZIONE
Avere dimensioni precise e rugosità superficiale ottimale sono vitali per la funzionalità delle viti dentali. Molte dimensioni delle viti dentali richiedono un'elevata precisione come raggi, angoli, distanze e altezze dei gradini. Comprendere la ruvidità della superficie locale è inoltre estremamente importante per qualsiasi strumento medico o parte inserita all'interno del corpo umano per ridurre al minimo l'attrito radente.
PROFILOMETRIA SENZA CONTATTO PER LO STUDIO DIMENSIONALE
Nanovea Profilatori 3D senza contatto utilizzano una tecnologia basata sulla luce cromatica per misurare qualsiasi superficie materiale: trasparente, opaca, speculare, diffusiva, lucida o ruvida. A differenza della tecnica con tastatore a contatto, la tecnica senza contatto può misurare all'interno di aree ristrette e non aggiunge errori intrinseci dovuti alla deformazione causata dalla pressione della punta su un materiale plastico più morbido. La tecnologia basata sulla luce cromatica offre inoltre una precisione laterale e di altezza superiore rispetto alla tecnologia di variazione della messa a fuoco. I Nanovea Profiler possono scansionare grandi superfici direttamente senza cuciture e profilare la lunghezza di una parte in pochi secondi. È possibile misurare caratteristiche superficiali della gamma da nano a macro e angoli di superficie elevati grazie alla capacità del profilatore di misurare le superfici senza che alcun algoritmo complesso manipoli i risultati.
OBIETTIVO DI MISURAZIONE
In questa applicazione, il profilatore ottico Nanovea ST400 è stato utilizzato per misurare una vite dentale lungo le caratteristiche piatte e filettate in un'unica misurazione. La rugosità superficiale è stata calcolata dall'area piana e sono state determinate le varie dimensioni delle caratteristiche filettate.
Campione di vite dentale analizzato da NANOVEA Profilatore ottico.
Campione di vite dentale analizzato.
RISULTATI
Superficie 3D
La vista 3D e la vista in falsi colori della vite dentale mostrano un'area piatta con filettatura che inizia su entrambi i lati. Fornisce agli utenti uno strumento semplice per osservare direttamente la morfologia della vite da diverse angolazioni. L'area piatta è stata estratta dalla scansione completa per misurarne la rugosità superficiale.
Analisi della superficie 2D
I profili lineari possono anche essere estratti dalla superficie per mostrare una vista in sezione trasversale della vite. L'analisi del contorno e gli studi sull'altezza del gradino sono stati utilizzati per misurare dimensioni precise in una determinata posizione sulla vite.
CONCLUSIONE
In questa applicazione, abbiamo mostrato la capacità del profilatore senza contatto Nanovea 3D di calcolare con precisione la rugosità superficiale locale e misurare caratteristiche di grandi dimensioni in un'unica scansione.
I dati mostrano una rugosità superficiale locale di 0,9637 μm. Il raggio della vite tra le filettature è risultato essere di 1,729 mm e le filettature avevano un'altezza media di 0,413 mm. L'angolo medio tra i fili è stato determinato pari a 61,3°.
I dati qui riportati rappresentano solo una parte dei calcoli disponibili nel software di analisi.
Preparato da
Duanjie Li, PhD., Jonathan Thomas e Pierre Leroux
Ceramica: Mappatura veloce di nanoindentazione per il rilevamento dei grani
INTRODUZIONE
Nanoindentazione è diventata una tecnica ampiamente applicata per misurare il comportamento meccanico dei materiali su piccola scalai ii. Le curve di spostamento del carico ad alta risoluzione derivanti da una misurazione di nanoindentazione possono fornire una varietà di proprietà fisico-meccaniche, tra cui durezza, modulo di Young, scorrimento, resistenza alla frattura e molte altre.
Importanza dell'indentazione della mappatura rapida
Un ostacolo significativo per l’ulteriore divulgazione della tecnica di nanoindentazione è il consumo di tempo. Una mappatura delle proprietà meccaniche mediante la procedura di nanoindentazione convenzionale può facilmente richiedere ore, il che ostacola l'applicazione della tecnica nei settori della produzione di massa, come quello dei semiconduttori, aerospaziale, MEMS, prodotti di consumo come piastrelle di ceramica e molti altri.
La mappatura rapida può rivelarsi essenziale nel settore della produzione di piastrelle di ceramica. Le mappature dei moduli di Durezza e Young su una singola piastrella di ceramica possono presentare una distribuzione di dati che indica quanto omogenea sia la superficie. In questa mappatura è possibile delineare le regioni più morbide su un riquadro e mostrare le posizioni più soggette a guasti a causa degli impatti fisici che si verificano quotidianamente nella residenza di qualcuno. È possibile effettuare mappature su diversi tipi di piastrelle per studi comparativi e su un lotto di piastrelle simili per misurarne la consistenza nei processi di controllo qualità. La combinazione di configurazioni di misurazione può essere ampia, nonché accurata ed efficiente con il metodo di mappatura rapida.
OBIETTIVO DI MISURAZIONE
In questo studio, la Nanovea Collaudatore meccanico, in modalità FastMap viene utilizzato per mappare le proprietà meccaniche di una piastrella ad alta velocità. Mostriamo la capacità del Nanovea Mechanical Tester di eseguire due veloci mappature di nanoindentazione con elevata precisione e riproducibilità.
Condizioni di prova
Il Nanovea Mechanical Tester è stato utilizzato per eseguire una serie di nanoindentazioni con la modalità FastMap su una piastrella del pavimento utilizzando un penetratore Berkovich. I parametri del test sono riepilogati di seguito per le due matrici di rientro create.
Tabella 1: riepilogo dei parametri del test.
RISULTATI E DISCUSSIONE
Figura 1: vista 2D e 3D della mappatura della durezza a 625 rientranze.
Figura 2: Micrografia della matrice a 625 rientranze che mostra la grana.
Una matrice da 625 rientranti è stata condotta su uno spessore di 0,20 mm2 area con una grande grana visibile presente. Questa grana (Figura 2) aveva una durezza media inferiore alla superficie complessiva della piastrella. Il software Nanovea Mechanical consente all'utente di vedere la mappa di distribuzione della durezza in modalità 2D e 3D, illustrata nella Figura 1. Utilizzando il controllo della posizione ad alta precisione del tavolino campione, il software consente agli utenti di individuare aree come queste in modo approfondito mappatura delle proprietà meccaniche.
Figura 3: vista 2D e 3D della mappatura della durezza a 1600 trattini.
Figura 4: Micrografia della matrice a 1600 rientranze.
Sulla stessa piastrella è stata inoltre creata una matrice da 1600 denti per misurare l'omogeneità della superficie. Anche in questo caso l'utente ha la possibilità di vedere la distribuzione della durezza in modalità 3D o 2D (Figura 3) nonché l'immagine al microscopio della superficie dentellata. Sulla base della distribuzione della durezza presentata, si può concludere che il materiale è poroso a causa della distribuzione uniforme dei punti dati di durezza alta e bassa.
Rispetto alle procedure convenzionali di nanoindentazione, la modalità FastMap in questo studio richiede sostanzialmente meno tempo ed è più economica. Consente una rapida mappatura quantitativa delle proprietà meccaniche, tra cui la durezza e il modulo di Young, e fornisce una soluzione per il rilevamento dei grani e della consistenza dei materiali, che è fondamentale per il controllo di qualità di una varietà di materiali nella produzione di massa.
CONCLUSIONE
In questo studio, abbiamo dimostrato la capacità del Nanovea Mechanical Tester nell'eseguire una mappatura della nanoindentazione rapida e precisa utilizzando la modalità FastMap. Le mappe delle proprietà meccaniche sulla piastrella in ceramica utilizzano il controllo della posizione (con precisione di 0,2 µm) degli stadi e la sensibilità del modulo di forza per rilevare i grani superficiali e misurare l'omogeneità di una superficie ad alta velocità.
I parametri di test utilizzati in questo studio sono stati determinati in base alle dimensioni della matrice e del materiale campione. È possibile scegliere una varietà di parametri di test per ottimizzare il tempo totale del ciclo di rientranza a 3 secondi per rientranza (o 30 secondi per ogni 10 rientranze).
I moduli Nano e Micro del Nanovea Mechanical Tester includono tutti modalità di test di indentazione, graffiatura e usura conformi ISO e ASTM, fornendo la gamma di test più ampia e intuitiva disponibile in un unico sistema. L'impareggiabile gamma di Nanovea è una soluzione ideale per determinare l'intera gamma di proprietà meccaniche di rivestimenti, pellicole e substrati sottili o spessi, morbidi o duri, tra cui durezza, modulo di Young, tenacità alla frattura, adesione, resistenza all'usura e molti altri.
Inoltre, sono disponibili un profilatore 3D senza contatto opzionale e un modulo AFM per l'imaging 3D ad alta risoluzione di rientranze, graffi e tracce di usura oltre ad altre misurazioni superficiali come la rugosità.
Autore: Duanjie Li, PhD Rivisto da Pierre Leroux e Jocelyn Esparza
Migliorare le procedure di estrazione con la microindicazione
RICERCA SULLA MICROINDENTAZIONE E CONTROLLO DI QUALITÀ
La meccanica delle rocce è lo studio del comportamento meccanico delle masse rocciose e trova applicazione nei settori dell'estrazione mineraria, della perforazione, della produzione di giacimenti e delle costruzioni civili. La strumentazione avanzata, che consente di misurare con precisione le proprietà meccaniche, permette di migliorare i pezzi e le procedure in questi settori. Il successo delle procedure di controllo della qualità è garantito dalla comprensione della meccanica delle rocce a livello microscopico.
Microindentazione è uno strumento fondamentale utilizzato per gli studi relativi alla meccanica delle rocce. Queste tecniche fanno progredire le tecniche di scavo, fornendo un'ulteriore comprensione delle proprietà della massa rocciosa. La microindentazione viene utilizzata per migliorare le teste di perforazione e quindi le procedure di estrazione. La microindentazione è stata utilizzata per studiare la formazione di gesso e polvere dai minerali. Gli studi di microindentazione possono includere durezza, modulo di Young, creep, stress-strain, tenacità alla frattura e compressione con un unico strumento.
OBIETTIVO DI MISURAZIONE
In questa applicazione la Nanovea tester meccanico misura la durezza Vickers (Hv), il modulo di Young e la resistenza alla frattura di un campione di roccia minerale. La roccia è costituita da biotite, feldspato e quarzo che formano il composito standard del granito. Ciascuno viene testato separatamente.
RISULTATI E DISCUSSIONE
Questa sezione comprende una tabella riassuntiva che confronta i principali risultati numerici per i diversi campioni, seguita dall'elenco completo dei risultati, che include ogni indentazione eseguita, accompagnata dalle micrografie dell'indentazione, quando disponibili. Questi risultati completi presentano i valori misurati di durezza e modulo di Young e la profondità di penetrazione (Δd) con le loro medie e deviazioni standard. Si deve considerare che una grande variazione nei risultati può verificarsi nel caso in cui la rugosità della superficie sia nella stessa gamma di dimensioni dell'indentazione.
Tabella riassuntiva dei principali risultati numerici per la durezza e la tenacità alla frattura
CONCLUSIONE
Il tester meccanico Nanovea ha dimostrato riproducibilità e precisione dei risultati di indentazione sulla superficie dura delle rocce minerali. La durezza e il modulo di Young di ciascun materiale che compone il granito sono stati misurati direttamente dalle curve di profondità rispetto al carico. La superficie ruvida ha comportato l'esecuzione di prove con carichi più elevati che potrebbero aver causato microfessurazioni. Le microfessurazioni spiegherebbero alcune delle variazioni osservate nelle misurazioni. Le fessure non erano percepibili attraverso l'osservazione al microscopio standard a causa della superficie ruvida del campione. Pertanto, non è possibile calcolare i numeri tradizionali di tenacità alla frattura, che richiedono la misurazione della lunghezza delle cricche. Invece, abbiamo usato il sistema per rilevare l'inizio delle cricche attraverso le dislocazioni nelle curve di profondità rispetto al carico, aumentando i carichi.
I carichi soglia di frattura sono stati riportati ai carichi in cui si sono verificati i cedimenti. A differenza dei test tradizionali di tenacità alla frattura, che misurano semplicemente la lunghezza della cricca, si ottiene un carico al quale inizia la soglia di frattura. Inoltre, l'ambiente controllato e strettamente monitorato consente di misurare la durezza come valore quantitativo per confrontare una varietà di campioni.
PARLIAMO ORA DELLA VOSTRA APPLICAZIONE
Ispezione della rugosità in linea
Rilevamento istantaneo degli errori con i profilatori in linea
La rugosità e la consistenza della superficie sono fondamentali per l'utilizzo finale di un prodotto. L'ispezione in linea della superficie del prodotto, veloce, quantificabile e affidabile, consente di rilevare immediatamente i prodotti difettosi e di determinare il lavoro da eseguire.
condizioni della linea di produzione. Non solo migliora la produttività e l'efficienza, ma riduce anche i tassi di difettosità,
rielaborazione e sprechi.
IMPORTANZA DEL PROFILATORE SENZA CONTATTO PER L'ISPEZIONE DELLA RUGOSITÀ IN LINEA
I difetti superficiali 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. La Nanovea Profilometri 3D senza contatto utilizzano la tecnologia confocale cromatica con una capacità unica di determinare la ruvidità di un campione senza contatto. È possibile installare più sensori profilatori per monitorare contemporaneamente la rugosità e la struttura di diverse aree del prodotto. 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 sistema di trasporto per l'ispezione della rugosità Nanovea, dotato di un sensore puntiforme, viene utilizzato per ispezionare la rugosità superficiale dei campioni di acrilico e carta vetrata. Si dimostra la capacità del profilometro senza contatto Nanovea di fornire un'ispezione della rugosità in linea rapida e affidabile in una linea di produzione in tempo reale.
RISULTATI E DISCUSSIONE
Il sistema di profilatura a nastro può funzionare in due modalità: modalità Trigger e modalità continua. Come illustrato nella Figura 2, la rugosità superficiale dei campioni viene misurata quando passano sotto le teste del profilatore ottico in modalità Trigger. La modalità continua, invece, consente di misurare ininterrottamente la rugosità superficiale di un campione continuo, come lamiere e tessuti. È possibile installare più sensori del profilatore ottico per monitorare e registrare la rugosità di diverse aree del campione.
Durante la misurazione della rugosità in tempo reale, le finestre del software visualizzano gli avvisi di superamento e di insuccesso, come mostrato nelle Figure 4 e 5. Quando il valore della rugosità rientra nelle soglie stabilite, la rugosità misurata è evidenziata in verde. Quando il valore della rugosità rientra nelle soglie stabilite, la rugosità misurata è evidenziata in verde. Tuttavia, l'evidenziazione diventa rossa quando la rugosità della superficie misurata è al di fuori dell'intervallo dei valori di soglia impostati. Ciò fornisce all'utente uno strumento per determinare la qualità della finitura superficiale di un prodotto.
Nelle sezioni seguenti, vengono utilizzati due tipi di campioni, ad esempio acrilico e carta vetrata, per dimostrare le modalità Trigger e Continuous del sistema di ispezione.
Modalità Trigger: Ispezione della superficie del campione acrilico
Una serie di campioni acrilici sono allineati sul nastro trasportatore e si muovono sotto la testa del profilatore ottico, come illustrato nella Figura 1. La vista in falsi colori della Figura 6 mostra la variazione dell'altezza della superficie. Alcuni dei campioni acrilici finiti a specchio sono stati levigati per creare una struttura superficiale ruvida, come mostrato nella Figura 6b.
Mentre i campioni acrilici si muovono a velocità costante sotto la testa del profilatore ottico, viene misurato il profilo della superficie, come illustrato nelle Figure 7 e 8. Il valore di rugosità del profilo misurato viene calcolato contemporaneamente e confrontato con i valori di soglia. L'allarme rosso viene lanciato quando il valore di rugosità supera la soglia impostata, consentendo agli utenti di individuare immediatamente il prodotto difettoso sulla linea di produzione.
Modalità continua: Ispezione della superficie del campione di carta vetrata
Mappa dell'altezza della superficie, mappa della distribuzione della rugosità e mappa della soglia di passaggio/errore della rugosità della superficie del campione di carta vetrata, come mostrato nella Figura 9. Il campione di carta vetrata presenta un paio di picchi più alti nella parte utilizzata, come mostrato nella mappa dell'altezza della superficie. I diversi colori nella palette della Figura 9C rappresentano il valore di rugosità della superficie locale. La mappa della rugosità mostra una rugosità omogenea nell'area intatta del campione di carta vetrata, mentre l'area usata è evidenziata in colore blu scuro, a indicare il valore ridotto della rugosità in questa regione. È possibile impostare una soglia di rugosità Pass/Fail per individuare tali regioni, come mostrato nella Figura 9D.
Mentre la carta vetrata passa continuamente sotto il sensore del profilatore in linea, il valore di rugosità locale in tempo reale viene calcolato e registrato, come illustrato nella Figura 10. Gli avvisi di superamento/errore vengono visualizzati sullo schermo del software in base ai valori soglia di rugosità impostati, fungendo da strumento rapido e affidabile per il controllo della qualità. La qualità della superficie del prodotto nella linea di produzione viene ispezionata in loco per scoprire in tempo le aree difettose.
CONCLUSIONE
In questa applicazione, abbiamo dimostrato che il profilometro per nastri trasportatori Nanovea, dotato di un sensore ottico di profilazione senza contatto, funziona come strumento affidabile di controllo della qualità in linea in modo efficace ed efficiente.
Il sistema di ispezione può essere installato nella linea di produzione per monitorare la qualità 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. Sono previste due modalità di ispezione, la modalità Trigger e la modalità continua, per soddisfare le esigenze di ispezione su diversi tipi di prodotti.
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, dell'ottica, dell'automotive, dell'aerospaziale, della metallurgia, della lavorazione, dei rivestimenti, del farmaceutico, del biomedicale, dell'ambientale e molti altri.
PARLIAMO ORA DELLA VOSTRA APPLICAZIONE
Test di usura del blocco sull'anello
IMPORTANZA DELLA VALUTAZIONE DELL'USURA DEL BLOCCO SULL'ANELLO
L'usura da scorrimento è la progressiva perdita di materiale che deriva dallo scorrimento di due materiali l'uno contro l'altro nell'area di contatto sotto carico. Si verifica inevitabilmente in un'ampia varietà di settori in cui sono in funzione macchine e motori, tra cui quello automobilistico, aerospaziale, petrolifero e del gas e molti altri. Tale movimento di scorrimento provoca una grave usura meccanica e un trasferimento di materiale sulla superficie, che può portare a una riduzione dell'efficienza produttiva, delle prestazioni della macchina o addirittura a un suo danneggiamento.
L'usura per scorrimento spesso coinvolge complessi meccanismi di usura che si verificano sulla superficie di contatto, come l'usura per adesione, l'abrasione a due corpi, l'abrasione a tre corpi e l'usura per fatica. Il comportamento all'usura dei materiali è influenzato in modo significativo dall'ambiente di lavoro, come carico normale, velocità, corrosione e lubrificazione. Un versatile tribometro in grado di simulare le diverse condizioni di lavoro realistiche sarà ideale per la valutazione dell'usura.
Il test Block-on-Ring (ASTM G77) è una tecnica ampiamente utilizzata che valuta il comportamento di usura da scorrimento dei materiali in diverse condizioni simulate, consente una classificazione affidabile delle coppie di materiali per specifiche applicazioni tribologiche.
Il test Block-on-Ring (ASTM G77) è una tecnica ampiamente utilizzata che valuta il comportamento di usura da scorrimento dei materiali in diverse condizioni simulate, consente una classificazione affidabile delle coppie di materiali per specifiche applicazioni tribologiche.
OBIETTIVO DI MISURAZIONE
In questa applicazione, il tester meccanico Nanovea misura l'YS e l'UTS di campioni di acciaio inossidabile SS304 e di lega di alluminio Al6061. I campioni sono stati scelti per i loro valori YS e UTS comunemente riconosciuti, che dimostrano l'affidabilità dei metodi di indentazione di Nanovea.
Il comportamento di usura da scorrimento di un blocco H-30 su un anello S-10 è stato valutato dal tribometro di Nanovea utilizzando il modulo Block-on-Ring. Il blocco H-30 è realizzato in acciaio per utensili 01 con durezza 30HRC, mentre l'anello S-10 è in acciaio tipo 4620 con durezza superficiale da 58 a 63 HRC e diametro dell'anello di ~34,98 mm. I test Block-on-Ring sono stati eseguiti in ambienti asciutti e lubrificati per studiare l'effetto sul comportamento all'usura. I test di lubrificazione sono stati eseguiti con olio minerale pesante USP. La traccia di usura è stata esaminata utilizzando Nanovea Profilometro 3D senza contatto. I parametri del test sono riepilogati nella Tabella 1. Il tasso di usura (K), è stato valutato utilizzando la formula K=V/(F×s), dove V è il volume usurato, F è il carico normale, s è la distanza di scorrimento.
RISULTATI E DISCUSSIONE
La Figura 2 confronta il coefficiente di attrito (COF) dei test Block-on-Ring in ambienti asciutti e lubrificati. Il blocco ha un attrito significativamente maggiore in un ambiente asciutto rispetto a un ambiente lubrificato. COF
fluttua durante il periodo di rodaggio nei primi 50 giri e raggiunge un COF costante di ~0,8 per il resto del test di usura a 200 giri. In confronto, il test Block-on-Ring eseguito nella lubrificazione con olio minerale pesante USP mostra un COF costantemente basso di 0,09 durante il test di usura di 500.000 giri. Il lubrificante riduce significativamente il COF tra le superfici di ~90 volte.
Le figure 3 e 4 mostrano le immagini ottiche e i profili 2D in sezione trasversale delle tracce di usura sui blocchi dopo i test di usura a secco e lubrificati. I volumi delle tracce di usura e i tassi di usura sono riportati nella Tabella 2. Il blocco d'acciaio dopo la prova di usura a secco a una velocità di rotazione inferiore di 72 giri/min per 200 giri mostra un grande volume di cicatrici da usura di 9,45 mm˙. In confronto, la prova di usura eseguita a una velocità superiore di 197 giri/min per 500.000 giri con il lubrificante a base di olio minerale crea un volume della pista di usura sostanzialmente inferiore, pari a 0,03 mm˙.
Le immagini in ÿgura 3 mostrano che durante i test a secco si verifica una grave usura rispetto a quella lieve del test di usura lubrificato. L'elevato calore e le intense vibrazioni generate durante la prova di usura a secco favoriscono l'ossidazione dei detriti metallici, provocando una grave abrasione a tre corpi. Nella prova con lubrificazione, l'olio minerale riduce l'attrito e raffredda la superficie di contatto, oltre a trasportare i detriti abrasivi creati durante l'usura. Ciò porta a una significativa riduzione del tasso di usura di un fattore pari a ~8×10ˆ. Una differenza così sostanziale nella resistenza all'usura in ambienti diversi dimostra l'importanza di una corretta simulazione dell'usura da scorrimento in condizioni di servizio realistiche.
Il comportamento all'usura può cambiare drasticamente quando si introducono piccole variazioni nelle condizioni di prova. La versatilità del tribometro Nanovea consente di misurare l'usura in condizioni di alta temperatura, lubrificazione e tribocorrosione. L'accurato controllo della velocità e della posizione da parte del motore avanzato consente di eseguire test di usura a velocità comprese tra 0,001 e 5000 giri/minuto, rendendolo uno strumento ideale per i laboratori di ricerca/test per studiare l'usura in condizioni tribologiche diverse.
Le condizioni superficiali dei campioni sono state esaminate con il proÿlometro ottico senza contatto di Nanovea. La Figura 5 mostra la morfologia superficiale degli anelli dopo i test di usura. La forma del cilindro è stata rimossa per presentare meglio la morfologia superficiale e la rugosità creata dal processo di usura per scorrimento. Durante la prova di usura a secco di 200 giri si è verificato un significativo irruvidimento della superficie a causa del processo di abrasione a tre corpi. Il blocco e l'anello dopo la prova di usura a secco presentano una rugosità Ra di 14,1 e 18,1 µm, rispettivamente, rispetto a 5,7 e 9,1 µm per la prova di usura lubrificata a lungo termine di 500.000 giri a una velocità superiore. Questo test dimostra l'importanza di una corretta lubrificazione del contatto pistone-cilindro. Una forte usura danneggia rapidamente la superficie di contatto senza lubrificazione e porta a un deterioramento irreversibile della qualità del servizio e persino alla rottura del motore.
CONCLUSIONE
In questo studio mostriamo come il tribometro di Nanovea viene utilizzato per valutare il comportamento di usura da scorrimento di una coppia acciaio-metallo utilizzando il modulo Block-on-Ring secondo lo standard ASTM G77. Il lubrificante gioca un ruolo critico nelle proprietà di usura della coppia di materiali. L'olio minerale riduce il tasso di usura del blocco H-30 di un fattore di ~8×10ˆ e il COF di ~90 volte. La versatilità del Tribometro di Nanovea lo rende uno strumento ideale per misurare il comportamento dell'usura in varie condizioni di lubrificazione, alta temperatura e tribocorrosione.
Il tribometro di Nanovea offre test di usura e attrito precisi e ripetibili utilizzando modalità rotativa e lineare conformi a ISO e ASTM, con moduli opzionali di usura ad alta temperatura, lubrificazione e tribocorrosione disponibili in un unico sistema preintegrato. L'impareggiabile gamma di Nanovea è una soluzione ideale per determinare l'intera gamma di proprietà tribologiche di rivestimenti, pellicole e substrati sottili o spessi, morbidi o duri.
PARLIAMO ORA DELLA VOSTRA APPLICAZIONE
Analisi dei materiali compositi con la profilometria 3D
Importanza della profilometria senza contatto per i materiali compositi
È fondamentale ridurre al minimo i difetti in modo che i materiali compositi siano il più resistenti possibile nelle applicazioni di rinforzo. Essendo un materiale anisotropo, è fondamentale che la direzione dell'armatura sia coerente per mantenere la prevedibilità delle prestazioni. I materiali compositi hanno uno dei più alti rapporti tra resistenza e peso, che in alcuni casi li rende più resistenti dell'acciaio. È importante limitare la superficie esposta nei compositi per ridurre al minimo la vulnerabilità chimica e gli effetti di espansione termica. L'ispezione superficiale con profilometria è fondamentale per il controllo di qualità della produzione dei compositi, per garantire prestazioni elevate per un lungo periodo di servizio.
Quella di Nanovea Profilometro 3D senza contatto è diverso da altre tecniche di misurazione della superficie come i tastatori o l'interferometria. I nostri profilometri utilizzano il cromatismo assiale per misurare quasi tutte le superfici e la stadiazione aperta consente campioni di qualsiasi dimensione senza necessità di preparazione. Le misurazioni nano-macro vengono ottenute durante la misurazione del profilo superficiale con zero influenza da parte della riflettività o dell'assorbimento del campione. I nostri profilometri misurano facilmente qualsiasi materiale: trasparente, opaco, speculare, diffusivo, lucido e ruvido con la capacità avanzata di misurare angoli superficiali elevati senza manipolazione del software. La tecnica del profilometro senza contatto fornisce la capacità ideale e facile da usare per massimizzare gli studi sulla superficie del materiale composito; insieme ai vantaggi della funzionalità combinata 2D e 3D.
Obiettivo di misurazione
Il profilometro Nanovea HS2000L utilizzato in questa applicazione ha misurato la superficie di due trame di compositi in fibra di carbonio. La rugosità superficiale, la lunghezza della trama, l'isotropia, l'analisi frattale e altri parametri di superficie sono stati utilizzati per caratterizzare i compositi. L'area misurata è stata selezionata in modo casuale e si presume che sia sufficientemente grande da poter confrontare i valori delle proprietà utilizzando il potente software di analisi delle superfici di Nanovea.
Risultati e discussione
Analisi della superficie
I parametri di altezza determinano la ruvidità delle parti in composito con un basso rapporto fibra/matrice. I nostri risultati confrontano diversi tipi di trama e tessuto per determinare la finitura superficiale dopo la lavorazione. La finitura superficiale diventa fondamentale nelle applicazioni in cui può essere coinvolta l'aerodinamica.
Isotropia
L'isotropia mostra la direzionalità della trama per determinare i valori di proprietà attesi. Il nostro studio mostra come il composito bidirezionale sia ~60% isotropo, come previsto. Nel frattempo, il composito unidirezionale è isotropo per ~13% a causa della forte direzione del percorso della singola fibra.
Analisi della trama
La dimensione dell'armatura determina la consistenza dell'impacchettamento e la larghezza delle fibre utilizzate nel composito. Il nostro studio mostra come sia facile misurare le dimensioni della trama con una precisione al micron per garantire la qualità dei pezzi.
Analisi della struttura
L'analisi della texture della lunghezza d'onda dominante suggerisce che la dimensione dei filamenti per entrambi i compositi è di 4,27 micron di spessore. L'analisi della dimensione frattale della superficie della fibra determina la levigatezza per individuare la facilità con cui le fibre si depositano in una matrice. La dimensione frattale della fibra unidirezionale è superiore a quella della fibra bidirezionale, il che può influire sulla lavorazione dei compositi.
Conclusione
In questa applicazione, abbiamo dimostrato che il profilometro senza contatto Nanovea HS2000L caratterizza con precisione la superficie fibrosa dei materiali compositi. Abbiamo distinto le differenze tra i tipi di trama della fibra di carbonio con parametri di altezza, isotropia, analisi della struttura e misurazioni della distanza, oltre a molto altro.
Le misure di superficie del nostro profilometro attenuano con precisione e rapidità i danni ai compositi, riducendo i difetti nelle parti e massimizzando la capacità dei materiali compositi. La velocità del profilometro 3D di Nanovea varia da <1 mm/s a 500 mm/s per essere adatta alle applicazioni di ricerca e alle esigenze di ispezione ad alta velocità. Il profilometro Nanovea è la soluzione
per qualsiasi esigenza di misurazione di materiali compositi.
PARLIAMO ORA DELLA VOSTRA APPLICAZIONE
Valutazione della durezza dei tessuti biologici con la nanoindentazione
Importanza della nanoindentazione dei tessuti biologici
I test meccanici tradizionali (durezza, adesione, compressione, perforazione, resistenza allo snervamento, ecc.) richiedono maggiore precisione e affidabilità negli attuali ambienti di controllo qualità con un'ampia gamma di materiali avanzati, dai tessuti ai materiali fragili. La strumentazione meccanica tradizionale non è in grado di fornire il controllo sensibile del carico e la risoluzione necessari per i materiali avanzati. Le sfide associate ai biomateriali richiedono lo sviluppo di test meccanici in grado di controllare accuratamente il carico su materiali estremamente morbidi. Questi materiali richiedono carichi di prova molto bassi, inferiori al mN, con un ampio intervallo di profondità per garantire una misurazione corretta delle proprietà. Inoltre, molti tipi di test meccanici diversi possono essere eseguiti su un singolo sistema, consentendo una maggiore funzionalità. Ciò consente di effettuare una serie di importanti misurazioni sui biomateriali, tra cui la durezza, il modulo elastico, il modulo di perdita e di accumulo e il creep, oltre alla resistenza ai graffi e ai punti di rottura dello snervamento.
Obiettivo di misurazione
In questa applicazione il tester meccanico di Nanovea in modalità di nanoindentazione viene utilizzato per studiare la durezza e il modulo elastico di 3 aree separate di un sostituto biomateriale su regioni di grasso, carne chiara e carne scura del prosciutto.
La nanoindentazione si basa sugli standard di indentazione strumentale ASTM E2546 e ISO 14577. Utilizza metodi consolidati in cui una punta di penetrazione di geometria nota viene conficcata in un punto specifico del materiale di prova con un carico normale controllato e crescente. Quando si raggiunge una profondità massima prestabilita, il carico normale viene ridotto fino al completo rilassamento. Il carico viene applicato da un attuatore piezoelettrico e misurato in un ciclo controllato con una cella di carico ad alta sensibilità. Durante gli esperimenti, la posizione del penetratore rispetto alla superficie del campione viene monitorata con un sensore capacitivo ad alta precisione. Le curve di carico e spostamento risultanti forniscono dati specifici sulla natura meccanica del materiale testato. Modelli consolidati calcolano i valori quantitativi di durezza e modulo con i dati misurati. La nanoindentazione è adatta a misurazioni a basso carico e profondità di penetrazione su scala nanometrica.
Risultati e discussione
Le tabelle seguenti presentano i valori misurati di durezza e modulo di Young con medie e deviazioni standard. Un'elevata rugosità superficiale può causare grandi variazioni nei risultati a causa delle dimensioni ridotte dell'indentazione.
L'area del grasso presentava una durezza pari a circa la metà di quella delle aree della carne. Il trattamento della carne ha fatto sì che la zona scura della carne fosse più dura di quella chiara. Il modulo elastico e la durezza sono in relazione diretta con la masticabilità al tatto delle aree del grasso e della carne. L'area del grasso e della carne chiara ha continuato a scorrere in misura maggiore rispetto alla carne scura dopo 60 secondi.
Risultati dettagliati - Grasso
Risultati dettagliati - Carne leggera
Risultati dettagliati - Carne scura
Conclusione
In questa applicazione, Nanovea tester meccanico in modalità nanoindentazione hanno determinato in modo affidabile le proprietà meccaniche delle aree di grasso e carne, superando l'elevata ruvidità della superficie del campione. Ciò ha dimostrato l'ampia e ineguagliata capacità del tester meccanico di Nanovea. Il sistema fornisce contemporaneamente misurazioni precise delle proprietà meccaniche su materiali estremamente duri e tessuti biologici molli.
La cella di carico in controllo ad anello chiuso con la tavola piezoelettrica assicura una misurazione precisa di materiali in gel duri o morbidi da 1 a 5kPa. Utilizzando lo stesso sistema, è possibile testare i biomateriali a carichi più elevati, fino a 400N. Per le prove di fatica è possibile utilizzare un carico a più cicli e ottenere informazioni sulla resistenza allo snervamento in ogni zona utilizzando una punta di diamante cilindrica piatta. Inoltre, con l'analisi meccanica dinamica (DMA), le proprietà viscoelastiche, la perdita e il modulo di accumulo possono essere valutati con elevata precisione grazie al controllo del carico ad anello chiuso. Sullo stesso sistema sono disponibili anche prove a varie temperature e sotto liquidi.
Il tester meccanico di Nanovea continua a essere lo strumento superiore per le applicazioni biologiche e di polimeri/gel morbidi.
PARLIAMO ORA DELLA VOSTRA APPLICAZIONE
Valutazione dell'usura e del graffio di fili di rame trattati superficialmente
Importanza della valutazione dell'usura e dei graffi dei fili di rame
Il rame ha una lunga storia di utilizzo nel cablaggio elettrico fin dall'invenzione dell'elettromagnete e del telegrafo. I fili di rame sono utilizzati in un'ampia gamma di apparecchiature elettroniche, come pannelli, contatori, computer, macchine commerciali ed elettrodomestici, grazie alla loro resistenza alla corrosione, alla saldabilità e alle prestazioni a temperature elevate, fino a 150°C. Circa la metà di tutto il rame estratto viene utilizzato per la produzione di conduttori di fili e cavi elettrici.
La qualità della superficie dei fili di rame è fondamentale per le prestazioni e la durata delle applicazioni. I micro difetti nei fili possono portare a un'usura eccessiva, all'innesco e alla propagazione di cricche, a una diminuzione della conduttività e a un'inadeguata saldabilità. Un adeguato trattamento superficiale dei fili di rame rimuove i difetti superficiali generati durante la trafilatura, migliorando la resistenza alla corrosione, ai graffi e all'usura. Molte applicazioni aerospaziali con fili di rame richiedono un comportamento controllato per evitare guasti imprevisti alle apparecchiature. Per valutare correttamente la resistenza all'usura e ai graffi della superficie del filo di rame sono necessarie misure quantificabili e affidabili.
Obiettivo di misurazione
In questa applicazione simuliamo un processo di usura controllata di diversi trattamenti superficiali del filo di rame. Test di graffiatura misura il carico necessario a causare la rottura dello strato superficiale trattato. Questo studio mette in mostra la Nanovea Tribometro e Collaudatore meccanico come strumenti ideali per la valutazione e il controllo qualità dei cavi elettrici.
Procedura di test e procedure
Il coefficiente di attrito (COF) e la resistenza all'usura di due diversi trattamenti superficiali sui fili di rame (filo A e filo B) sono stati valutati dal tribometro Nanovea utilizzando un modulo di usura alternativo lineare. Una sfera Al₂O₃ (6 mm di diametro) è il contromateriale utilizzato in questa applicazione. La traccia di usura è stata esaminata utilizzando Nanovea Profilometro 3D senza contatto. I parametri del test sono riepilogati nella Tabella 1.
In questo studio è stata utilizzata come esempio una sfera liscia di Al₂O₃ come materiale di contrasto. È possibile applicare qualsiasi materiale solido con forma e finitura superficiale diverse, utilizzando un dispositivo personalizzato per simulare la situazione di applicazione reale.
Il tester meccanico di Nanovea, dotato di uno stilo in diamante Rockwell C (raggio di 100 μm), ha eseguito prove di graffiatura a carico progressivo sui fili rivestiti utilizzando la modalità micrograffio. I parametri del test di graffiatura e la geometria della punta sono riportati nella Tabella 2.
Risultati e discussione
Usura del filo di rame:
La Figura 2 mostra l'evoluzione della COF dei fili di rame durante i test di usura. Il filo A mostra un COF stabile di ~0,4 per tutta la durata del test di usura, mentre il filo B presenta un COF di ~0,35 nei primi 100 giri e aumenta progressivamente fino a ~0,4.
La Figura 3 confronta le tracce di usura dei fili di rame dopo i test. Il profilometro 3D senza contatto di Nanovea ha offerto un'analisi superiore della morfologia dettagliata delle tracce di usura. Consente una determinazione diretta e accurata del volume delle tracce di usura, fornendo una comprensione fondamentale del meccanismo di usura. La superficie del filo B presenta danni significativi alle tracce di usura dopo un test di usura a 600 giri. La vista 3D del profilometro mostra che lo strato trattato in superficie del filo B è stato completamente rimosso, accelerando in modo sostanziale il processo di usura. Ciò ha lasciato una traccia di usura appiattita sul filo B dove è esposto il substrato di rame. Ciò può comportare una riduzione significativa della durata di vita delle apparecchiature elettriche in cui viene utilizzato il filo B. In confronto, il filo A presenta un'usura relativamente lieve, evidenziata da una traccia di usura poco profonda sulla superficie. Lo strato trattato in superficie sul filo A non si è rimosso come quello sul filo B nelle stesse condizioni.
Resistenza ai graffi della superficie del filo di rame:
La Figura 4 mostra le tracce di graffi sui fili dopo il test. Lo strato protettivo del filo A mostra un'ottima resistenza ai graffi. Si delamina a un carico di ~12,6 N. In confronto, lo strato protettivo del filo B si è rotto a un carico di ~1,0 N. Una differenza così significativa nella resistenza ai graffi di questi fili contribuisce alle loro prestazioni all'usura, dove il filo A possiede una resistenza all'usura sostanzialmente superiore. L'evoluzione della forza normale, della COF e della profondità durante i test di graffiatura mostrati nella Fig. 5 fornisce ulteriori informazioni sul cedimento del rivestimento durante i test.
Conclusione
In questo studio controllato abbiamo presentato il tribometro Nanovea che effettua una valutazione quantitativa della resistenza all'usura dei fili di rame trattati superficialmente e il tester meccanico Nanovea che fornisce una valutazione affidabile della resistenza ai graffi dei fili di rame. Il trattamento superficiale del filo gioca un ruolo fondamentale nelle proprietà tribomeccaniche durante la sua vita. Un trattamento superficiale adeguato del filo A ha migliorato significativamente la resistenza all'usura e ai graffi, fondamentale per le prestazioni e la durata dei fili elettrici in ambienti difficili.
Il tribometro di Nanovea offre test di usura e attrito precisi e ripetibili utilizzando modalità rotative e lineari conformi agli standard ISO e ASTM, con moduli opzionali per l'usura ad alta temperatura, la lubrificazione e la tribocorrosione disponibili in un unico sistema pre-integrato. La gamma impareggiabile di Nanovea è la soluzione ideale per determinare l'intera gamma di proprietà tribologiche di rivestimenti, film e substrati sottili o spessi, morbidi o duri.
