Note applicative sui test tribologici - NANOVEA: profilometri avanzati, tribometri, nanoindentatori e scratch tester per il collaudo dei materiali

Test di abrasività delle rocce con il tribometro NANOVEA

nanovea — Mercoledì 13 settembre 2023 17:07:17 +0000

TRIBOLOGIA DELLE ROCCE:TEST DI ABRASIVITÀ DELLE ROCCE CON TRIBOMETRO NANOVEA

Preparato da

DUANJIE LI, PhD

INTRODUZIONE

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

IMPORTANZA DEI TEST SUGLI ABRASIVI DA ROCCIA

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

OBIETTIVO DI MISURAZIONE

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

NANOVEA T50 compatto
Tribometro a peso libero

I CAMPIONI

PROCEDURA DI PROVA

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

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

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

PARAMETRI DEL TEST

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

RISULTATI E DISCUSSIONE

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

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

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

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

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

FIGURA 3: Profili in sezione delle piste di usura.

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

FIGURA 4: Tracce di usura al microscopio ottico.

CONCLUSIONE

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

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

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Test di usura del rivestimento in PTFE

nanovea — Gio, 22 Giu 2023 19:11:39 +0000

TEST DI USURA DEL RIVESTIMENTO IN PTFE

UTILIZZO DI TRIBOMETRO E TESTER MECCANICO

Preparato da

DUANJIE LI, PhD

INTRODUZIONE

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

IMPORTANZA DELLA VALUTAZIONE QUANTITATIVA DEI RIVESTIMENTI IN PTFE

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

OBIETTIVO DI MISURAZIONE

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

NANOVEA T50 compatto
Tribometro a peso libero

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

NANOVEA PB1000 Piattaforma grande Collaudatore meccanico

PROCEDURA DI PROVA

TEST DI USURA

USURA LINEARE RECIPROCA MEDIANTE TRIBOMETRO

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

Il tasso di usura, K, è stato calcolato utilizzando la formula K=V/(F×s)=A/(F×n), dove V rappresenta il volume usurato, F è il carico normale, s è la distanza di scorrimento, A è l'area della sezione trasversale della pista di usura e n è il numero di corse. I profili delle tracce di usura sono stati valutati utilizzando NANOVEA Proﬁlometro otticoe la morfologia della traccia di usura è stata esaminata utilizzando un microscopio ottico.

PARAMETRI DEL TEST DI USURA

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

PROCEDURA DI PROVA

TEST DI SCRATCH

TEST DI ADESIONE AL MICROGRAFFIO CON TESTER MECCANICO

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

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

PARAMETRI DEL TEST SCRATCH

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

RISULTATI E DISCUSSIONE

USURA LINEARE RECIPROCA MEDIANTE TRIBOMETRO

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

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

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

FIGURA 2: Estrazione di tracce di usura in PTFE.

PTFE Prima della rottura

COF massimo	0.217
Min COF	0.125
Media COF	0.177

PTFE Dopo la rottura

COF massimo	0.217
Min COF	0.125
Media COF	0.177

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

RISULTATI E DISCUSSIONE

TEST DI ADESIONE AL MICROGRAFFIO CON TESTER MECCANICO

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

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

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

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

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

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

CONCLUSIONE

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

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

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

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Mappatura progressiva dell'usura di una pavimentazione mediante tribometro

nanovea — mar 06 giu 2023 15:51:48 +0000

Prove di resistenza all'usura dei pavimenti

Mappatura progressiva dell'usura dei pavimenti utilizzando un tribometro con profilometro integrato

Preparato da

FRANK LIU

INTRODUZIONE

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

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

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

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

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

OBIETTIVO DI MISURAZIONE

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

NANOVEA T2000 Carico elevato
Tribometro pneumatico

I CAMPIONI

PARAMETRI DEL TEST DI MAPPATURA DELL'USURA

CARICO	40 N
DURATA DEL TEST	varia
VELOCITÀ	200 giri/min.
RADIUS	10 mm
DISTANZA	varia
MATERIALE DELLA SFERA	Carburo di tungsteno
DIAMETRO DELLA SFERA	10 mm

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

RISULTATI DELLA MAPPATURA DELL'USURA

Pavimenti in legno

*Ciclo di prova*	*COF massimo*	*Min COF*	*Avg. COF*
1	0.335	0.124	0.275
2	0.337	0.207	0.295
3	0.380	0.229	0.329
4	0.393	0.265	0.354
5	0.352	0.205	0.314
6	0.345	0.199	0.312
7	0.315	0.211	0.293

ORIENTAMENTO RADIALE

*Ciclo di prova*	*Perdita di volume totale (µm3)*	Distanza totale Percorsa (m)	Tasso di usura (mm/Nm) x10^-5	Tasso di usura istantaneo (mm/Nm) x10^-5
1	296247687	0.40	1833.746	1833.746
2	355245227	1.22	1093.260	181.5637
3	596371326	2.88	898.242	363.1791
4	883747767	7.04	530.629	172.5496
5	1207179951	15.40	360.889	96.69074
6	1472745318	27.95	293.329	52.89311
7	1851319210	53.06	184.343	37.69599

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

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

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

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

Per i dettagli completi sui risultati, fare clic qui.

RISULTATI DELLA MAPPATURA DELL'USURA

Pavimenti in pietra

*Ciclo di prova*	*COF massimo*	*Min COF*	*Avg. COF*
1	0.249	0.035	0.186
2	0.349	0.197	0.275
3	0.294	0.154	0.221
4	0.503	0.124	0.273
5	0.548	0.106	0.390
6	0.510	0.129	0.434
7	0.527	0.181	0.472

ORIENTAMENTO RADIALE

*Ciclo di prova*	*Perdita di volume totale (µm3)*	Distanza totale Percorsa (m)	Tasso di usura (mm/Nm) x10^-5	Tasso di usura istantaneo (mm/Nm) x10^-5
1	96278846	0.40	595.957	595.9573
2	804289731	1.22	2475.185	2178.889
3	1316147855	2.88	1982.355	770.9501
4	3136530215	7.04	1883.269	1093.013
5	10821732180	15.40	3235.180	2297.508
6	20174960343	27.95	4018.282	1862.899
7	42512063420	53.06	4233.081	2224.187

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

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

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

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

Per i dettagli completi sui risultati, fare clic qui.

DISCUSSIONE

Il tasso di usura istantaneo viene calcolato con la seguente equazione:

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

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

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

CONCLUSIONE

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

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

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The post Progressive Wear Mapping of Flooring using Tribometer appeared first on NANOVEA: Advanced Profilometers, Tribometers, Nanoindenters, and Scratch Testers for Materials Testing.

Durezza al graffio ad alta temperatura con un tribometro

nanovea — Thu, 14 Jul 2022 16:56:16 +0000

DUREZZA AI GRAFFI AD ALTA TEMPERATURA

UTILIZZANDO UN TRIBOMETRO

Preparato da

DUANJIE, PhD

INTRODUZIONE

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

IMPORTANZA DELLA MISURAZIONE DELLA DUREZZA DEI GRAFFI ALLE ALTE TEMPERATURE

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

OBIETTIVO DI MISURAZIONE

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

NANOVEA

T50

CONDIZIONI DI PROVA

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

PARAMETRI DEL TEST

della misurazione della durezza da graffio ad alta temperatura

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

RISULTATI E DISCUSSIONE

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

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

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

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

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

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

CONCLUSIONE

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

Il tribometro NANOVEA offre anche test di usura e attrito precisi e ripetibili utilizzando modalità rotative e lineari conformi alle norme ISO e ASTM, con moduli opzionali per l'usura ad alta temperatura, la lubrificazione e la tribocorrosione disponibili in un unico sistema pre-integrato. È disponibile un profilatore 3D senza contatto opzionale per l'acquisizione di immagini 3D ad alta risoluzione delle tracce di usura, oltre ad altre misure di superficie come la rugosità.

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

Avete un'applicazione simile?

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Rivestimenti industriali Valutazione di graffi e usura

nanovea — Fri, 27 May 2022 22:23:41 +0000

RIVESTIMENTO INDUSTRIALE

VALUTAZIONE DEI GRAFFI E DELL'USURA MEDIANTE TRIBOMETRO

Preparato da

DUANJIE LI, PhD & ANDREA HERRMANN

INTRODUZIONE

La vernice acrilica uretanica è un tipo di rivestimento protettivo ad asciugatura rapida ampiamente utilizzato in diverse applicazioni industriali, come la vernice per pavimenti, la vernice per auto e altre. Quando viene utilizzata come vernice per pavimenti, può essere impiegata in aree a forte traffico pedonale e di ruote gommate, come passaggi pedonali, cordoli e parcheggi.

IMPORTANZA DEI TEST DI GRAFFIATURA E USURA PER IL CONTROLLO DI QUALITÀ

Tradizionalmente, i test di abrasione Taber sono stati eseguiti per valutare la resistenza all'usura delle vernici acriliche per pavimenti secondo lo standard ASTM D4060. Tuttavia, come indicato nella norma, "per alcuni materiali, i test di abrasione che utilizzano il Taber Abraser possono essere soggetti a variazioni dovute a cambiamenti nelle caratteristiche abrasive della ruota durante il test".1 Ciò può comportare una scarsa riproducibilità dei risultati dei test e creare difficoltà nel confrontare i valori riportati da diversi laboratori. Inoltre, nei test di abrasione Taber, la resistenza all'abrasione è calcolata come perdita di peso a un determinato numero di cicli di abrasione. Tuttavia, le vernici acriliche per pavimenti hanno uno spessore del film secco raccomandato di 37,5-50 μm2.

L'aggressivo processo di abrasione di Taber Abraser può consumare rapidamente il rivestimento in uretano acrilico e creare una perdita di massa nel substrato, con conseguenti errori sostanziali nel calcolo della perdita di peso della vernice. Anche l'impianto di particelle abrasive nella vernice durante il test di abrasione contribuisce agli errori. Pertanto, una misurazione quantificabile e affidabile ben controllata è fondamentale per garantire una valutazione riproducibile dell'usura della vernice. Inoltre, la test di graffiatura consente agli utenti di rilevare cedimenti prematuri di adesivi/coesive in applicazioni reali.

OBIETTIVO DI MISURAZIONE

In questo studio mostriamo che NANOVEA Tribometri e Tester Meccanici sono ideali per la valutazione e il controllo qualità dei rivestimenti industriali.

Il processo di usura delle vernici acriliche per pavimenti con diversi strati di finitura viene simulato in modo controllato e monitorato utilizzando il tribometro NANOVEA. Il test del micrograffio viene utilizzato per misurare il carico necessario a causare un cedimento coesivo o adesivo della vernice.

NANOVEA T100

Il tribometro pneumatico compatto

NANOVEA PB1000

Il tester meccanico a piattaforma larga

PROCEDURA DI PROVA

Questo studio valuta quattro rivestimenti per pavimenti acrilici all'acqua disponibili in commercio che presentano lo stesso primer (base) e diversi topcoat della stessa formula con una piccola variazione nelle miscele di additivi allo scopo di migliorare la durata. Questi quattro rivestimenti sono identificati come campioni A, B, C e D.

TEST DI USURA

Il tribometro NANOVEA è stato applicato per valutare il comportamento tribologico, ad esempio coefficiente di attrito, COF e resistenza all'usura. Sulle vernici testate è stata applicata una punta sferica SS440 (6 mm di diametro, grado 100). Il COF è stato registrato in situ. Il tasso di usura, K, è stato valutato utilizzando la formula K=V/(F×s)=A/(F×n), dove V è il volume usurato, F è il carico normale, s è la distanza di scorrimento, A è l'area della sezione trasversale della pista di usura e n è il numero di giri. La rugosità superficiale e i profili delle tracce di usura sono stati valutati dal NANOVEA Profilometro otticoe la morfologia della traccia di usura è stata esaminata utilizzando il microscopio ottico.

PARAMETRI DEL TEST DI USURA

FORZA NORMALE

20 N

VELOCITÀ

15 m/min

DURATA DEL TEST

100, 150, 300 e 800 cicli

TEST DI SCRATCH

Il tester meccanico NANOVEA, dotato di uno stilo in diamante Rockwell C (raggio di 200 μm), è stato utilizzato per eseguire prove di graffiatura a carico progressivo sui campioni di vernice utilizzando la modalità Micro Scratch Tester. Sono stati utilizzati due carichi finali: 5 N per verificare la delaminazione della vernice dal primer e 35 N per verificare la delaminazione del primer dai substrati metallici. Per garantire la riproducibilità dei risultati, sono stati ripetuti tre test alle stesse condizioni su ciascun campione.

Le immagini panoramiche delle intere lunghezze dei graffi sono state generate automaticamente e le loro posizioni critiche di rottura sono state correlate con i carichi applicati dal software del sistema. Questa funzione del software consente agli utenti di eseguire analisi sulle tracce di graffio in qualsiasi momento, anziché dover determinare il carico critico al microscopio subito dopo i test di graffio.

PARAMETRI DEL TEST SCRATCH

TIPO DI CARICO	Progressivo
CARICO INIZIALE	0,01 mN
CARICO FINALE	5 N / 35 N
TASSO DI CARICO	10 / 70 N/min
LUNGHEZZA DELLO SCRATCH	3 mm
VELOCITÀ DI SCRITTURA, dx/dt	6,0 mm/min
GEOMETRIA DEL PENETRATORE	Cono da 120º
MATERIALE INDENTATORE (punta)	Diamante
RAGGIO DELLA PUNTA DEL PENETRATORE	200 μm

RISULTATI DEI TEST DI USURA

Su ogni campione sono stati eseguiti quattro test di usura pin-on-disk a diversi numeri di giri (100, 150, 300 e 800 cicli) per monitorare l'evoluzione dell'usura. La morfologia superficiale dei campioni è stata misurata con un profilatore senza contatto NANOVEA 3D per quantificare la rugosità superficiale prima di eseguire i test di usura. Tutti i campioni presentavano una rugosità superficiale comparabile di circa 1 μm, come illustrato nella FIGURA 1. La COF è stata registrata in situ durante i test di usura, come mostrato in FIGURA 2. La FIGURA 4 presenta l'evoluzione delle tracce di usura dopo 100, 150, 300 e 800 cicli, mentre la FIGURA 3 riassume il tasso di usura medio dei diversi campioni nelle varie fasi del processo di usura.

Rispetto a un valore di COF di ~0,07 per gli altri tre campioni, il campione A presenta un COF molto più elevato, pari a ~0,15 all'inizio, che aumenta gradualmente e si stabilizza a ~0,3 dopo 300 cicli di usura. Un COF così elevato accelera il processo di usura e crea una quantità sostanziale di detriti di vernice, come indicato in FIGURA 4 - il topcoat del campione A ha iniziato a essere rimosso nei primi 100 giri. Come mostrato in FIGURA 3, il campione A presenta il tasso di usura più elevato, pari a ~5 μm2/N nei primi 300 cicli, che diminuisce leggermente a ~3,5 μm2/N a causa della migliore resistenza all'usura del substrato metallico. Il topcoat del campione C inizia a cedere dopo 150 cicli di usura, come mostrato in FIG. 4, che è anche indicato dall'aumento di COF in FIG. 2.

In confronto, il campione B e il campione D mostrano proprietà tribologiche migliori. Il campione B mantiene un basso COF per tutta la durata del test - il COF aumenta leggermente da~0,05 a ~0,1. Questo effetto lubrificante aumenta sostanzialmente la sua resistenza all'usura: il topcoat fornisce ancora una protezione superiore al primer sottostante dopo 800 cicli di usura. Il tasso di usura medio più basso, pari a soli ~0,77 μm2/N, è stato misurato per il campione B a 800 cicli. Lo strato superiore del campione D inizia a delaminare dopo 375 cicli, come dimostra il brusco aumento del COF in FIG. 2. Il tasso di usura medio del campione D è di circa 0,77 μm2/N. Il tasso di usura medio del campione D è di ~1,1 μm2/N a 800 cicli.

Rispetto alle tradizionali misure di abrasione Taber, il Tribometro NANOVEA fornisce valutazioni dell'usura ben controllate, quantificabili e affidabili, che garantiscono valutazioni riproducibili e controlli di qualità delle vernici commerciali per pavimenti/auto. Inoltre, la capacità di misurare il COF in situ consente agli utenti di correlare le diverse fasi di un processo di usura con l'evoluzione del COF, che è fondamentale per migliorare la comprensione fondamentale del meccanismo di usura e delle caratteristiche tribologiche di vari rivestimenti di vernice.

FIGURA 1: Morfologia 3D e rugosità dei campioni di vernice.

FIGURA 2: COF durante i test pin-on-disk.

FIGURA 3: Evoluzione del tasso di usura di diverse vernici.

FIGURA 4: Evoluzione delle tracce di usura durante i test con i perni su disco.

RISULTATI DEL TEST SCRATCH

La FIGURA 5 mostra il grafico della forza normale, della forza di attrito e della profondità reale in funzione della lunghezza del graffio per il campione A come esempio. È possibile installare un modulo opzionale di emissione acustica per fornire ulteriori informazioni. Con l'aumento lineare del carico normale, la punta dell'indentazione affonda gradualmente nel campione testato, come dimostra l'aumento progressivo della profondità reale. La variazione delle pendenze delle curve della forza di attrito e della profondità reale può essere utilizzata come una delle implicazioni dell'inizio della rottura del rivestimento.

FIGURA 5: Forza normale, forza d'attrito e profondità reale in funzione della lunghezza del graffio per il prova di graffiatura del Campione A con un carico massimo di 5 N.

Le FIGURE 6 e 7 mostrano i graffi completi di tutti e quattro i campioni di vernice testati con un carico massimo di 5 N e 35 N, rispettivamente. Il campione D ha richiesto un carico maggiore di 50 N per delaminare il primer. Le prove di graffiatura a 5 N di carico finale (FIG. 6) valutano il cedimento coesivo/adesivo della vernice superiore, mentre quelle a 35 N (FIG. 7) valutano la delaminazione del primer. Le frecce nelle micrografie indicano il punto in cui il rivestimento superiore o il primer iniziano a essere completamente rimossi dal primer o dal substrato. Il carico in questo punto, il cosiddetto Carico Critico (Lc), viene utilizzato per confrontare le proprietà coesive o adesive della vernice, come riassunto nella Tabella 1.

È evidente che il campione di vernice D ha la migliore adesione interfacciale - mostrando i più alti valori di Lc di 4,04 N alla delaminazione della vernice e di 36,61 N alla delaminazione del primer. Il campione B mostra la seconda migliore resistenza ai graffi. L'analisi dei graffi dimostra che l'ottimizzazione della formula della vernice è fondamentale per il comportamento meccanico, o più specificamente, per la resistenza ai graffi e l'adesione delle vernici acriliche per pavimenti.

Tabella 1: Sintesi dei carichi critici.

FIGURA 6: Micrografie del graffio completo con carico massimo di 5 N.

FIGURA 7: Micrografie del graffio completo con carico massimo di 35 N.

CONCLUSIONE

Rispetto alle tradizionali misure di abrasione Taber, il tester meccanico e il tribometro NANOVEA sono strumenti superiori per la valutazione e il controllo di qualità dei rivestimenti commerciali per pavimenti e per autoveicoli. Il NANOVEA Mechanical Tester in modalità Scratch può rilevare problemi di adesione/coesione in un sistema di rivestimento. Il Tribometro NANOVEA fornisce un'analisi tribologica ben controllata, quantificabile e ripetibile sulla resistenza all'usura e sul coefficiente di attrito delle vernici.

Sulla base delle analisi tribologiche e meccaniche complete sui rivestimenti acrilici per pavimenti a base d'acqua testati in questo studio, dimostriamo che il campione B possiede il COF e il tasso di usura più bassi e la seconda migliore resistenza ai graffi, mentre il campione D mostra la migliore resistenza ai graffi e la seconda migliore resistenza all'usura. Questa valutazione ci permette di valutare e selezionare il miglior candidato in base alle esigenze dei diversi ambienti di applicazione.

I moduli Nano e Micro del tester meccanico NANOVEA includono tutti modalità di indentazione, graffio e usura conformi alle norme ISO e ASTM, fornendo la più ampia gamma di test disponibili per la valutazione delle vernici su un unico modulo. Il tribometro NANOVEA offre 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 meccaniche/tribologiche 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. Sono disponibili profilatori ottici senza contatto NANOVEA opzionali per l'acquisizione di immagini 3D ad alta risoluzione di graffi e tracce di usura, oltre ad altre misure di superficie come la rugosità.

PARLIAMO ORA DELLA VOSTRA APPLICAZIONE

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Usura e attrito dei nastri polimerici con il tribometro

nanovea — Thu, 06 Jan 2022 21:24:20 +0000

CINGHIE IN POLIMERO

USURA E FRITTURA CON UN TRIBOMETRO

Preparato da

DUANJIE LI, PhD

INTRODUZIONE

La trasmissione a cinghia trasmette potenza e traccia il movimento relativo tra due o più alberi rotanti. Essendo una soluzione semplice ed economica con una manutenzione minima, le trasmissioni a cinghia sono ampiamente utilizzate in una varietà di applicazioni, come seghe, segherie, trebbiatrici, soffiatori di silo e trasportatori. Le trasmissioni a cinghia possono proteggere i macchinari dal sovraccarico e smorzare e isolare le vibrazioni.

IMPORTANZA DELLA VALUTAZIONE DELL'USURA PER LE TRASMISSIONI A CINGHIA

Attrito e usura sono inevitabili per le cinghie di una macchina a cinghia. Un attrito sufficiente garantisce una trasmissione efficace della potenza senza slittamenti, ma un attrito eccessivo può usurare rapidamente la cinghia. Durante il funzionamento della trasmissione a cinghia si verificano diversi tipi di usura, come la fatica, l'abrasione e l'attrito. Per prolungare la durata della cinghia e ridurre i costi e i tempi di riparazione e sostituzione, è auspicabile una valutazione affidabile delle prestazioni di usura delle cinghie per migliorarne la durata, l'efficienza produttiva e le prestazioni applicative. La misurazione accurata del coefficiente di attrito e del tasso di usura della cinghia facilita la ricerca e lo sviluppo e il controllo di qualità della produzione di cinghie.

OBIETTIVO DI MISURAZIONE

In questo studio abbiamo simulato e confrontato il comportamento all'usura di cinghie con diverse texture superficiali per mostrare la capacità del NANOVEA Il tribometro T2000 simula il processo di usura del nastro in modo controllato e monitorato.

NANOVEA

T2000

PROCEDURE DI TEST

Il coefficiente di attrito, COF, e la resistenza all'usura di due cinghie con diversa rugosità e struttura della superficie sono stati valutati con il metodo del NANOVEA Carico elevato Tribometro utilizzando il modulo di usura reciprocante lineare. Come contromateriale è stata utilizzata una sfera in acciaio 440 (diametro 10 mm). La rugosità superficiale e le tracce di usura sono state esaminate utilizzando un integrato Profilometro 3D senza contatto. Il tasso di usura, Kè stato valutato con la formula K=Vl(Fxs), dove V è il volume consumato, F è il carico normale e s è la distanza di scorrimento.

Si noti che in questo studio è stata utilizzata come esempio una sfera liscia in acciaio 440, ma è possibile applicare qualsiasi materiale solido con forme e finiture superficiali diverse utilizzando dispositivi personalizzati per simulare la situazione applicativa reale.

RISULTATI E DISCUSSIONE

Il nastro testurizzato e il nastro liscio presentano una rugosità superficiale Ra di 33,5 e 8,7 um, rispettivamente, secondo i profili superficiali analizzati presi con un NANOVEA Profilatore ottico 3D senza contatto. Il COF e il tasso di usura delle due cinghie testate sono stati misurati rispettivamente a 10 N e 100 N, per confrontare il comportamento di usura delle cinghie a carichi diversi.

FIGURA 1 mostra l'evoluzione del COF delle cinghie durante i test di usura. Le cinghie con texture diverse mostrano comportamenti di usura sostanzialmente diversi. È interessante notare che dopo il periodo di rodaggio, durante il quale il COF aumenta progressivamente, il nastro testurizzato raggiunge un COF inferiore, pari a ~0,5, in entrambe le prove condotte con carichi di 10 N e 100 N. In confronto, il nastro liscio testato con un carico di 10 N mostra un COF significativamente più alto, pari a ~1,4, quando il COF si stabilizza e si mantiene al di sopra di questo valore per il resto della prova. La cinghia liscia testata con un carico di 100 N è stata rapidamente consumata dalla sfera in acciaio 440 e ha formato un'ampia traccia di usura. La prova è stata quindi interrotta a 220 giri.

FIGURA 1: Evoluzione della COF dei nastri a diversi carichi.

La FIGURA 2 confronta le immagini 3D delle tracce di usura dopo i test a 100 N. Il profilometro 3D senza contatto NANOVEA offre uno strumento per analizzare la morfologia dettagliata delle tracce di usura, fornendo maggiori informazioni sulla comprensione fondamentale del meccanismo di usura.

TABELLA 1: Risultato dell'analisi delle tracce di usura.

FIGURA 2: Vista 3D dei due nastri
dopo le prove a 100 N.

Il profilo tridimensionale della pista di usura consente di determinare direttamente e con precisione il volume della pista di usura calcolato dal software di analisi avanzata, come mostrato nella TABELLA 1. In un test di usura di 220 giri, il nastro liscio presenta una traccia di usura molto più ampia e profonda, con un volume di 75,7 mm3 , rispetto a un volume di usura di 14,0 mm3 per il nastro testurizzato dopo un test di usura di 600 giri. L'attrito significativamente più elevato del nastro liscio contro la sfera d'acciaio porta a un tasso di usura 15 volte superiore rispetto al nastro testurizzato.

Una differenza così drastica di COF tra il nastro testurizzato e il nastro liscio è probabilmente legata alla dimensione dell'area di contatto tra il nastro e la sfera d'acciaio, che porta anche a prestazioni di usura diverse. La FIGURA 3 mostra le tracce di usura dei due nastri al microscopio ottico. L'esame delle tracce di usura è in accordo con l'osservazione dell'evoluzione della COF: La cinghia testurizzata, che mantiene un basso COF di ~0,5, non mostra alcun segno di usura dopo il test di usura con un carico di 10 N. La cinghia liscia mostra una piccola traccia di usura a 10 N. I test di usura eseguiti a 100 N creano tracce di usura sostanzialmente più grandi sia sulla cinghia testurizzata che su quella liscia, e il tasso di usura sarà calcolato utilizzando profili 3D come verrà discusso nel paragrafo successivo.

FIGURA 3: Tracce di usura al microscopio ottico.

CONCLUSIONE

In questo studio abbiamo dimostrato la capacità del tribometro NANOVEA T2000 di valutare il coefficiente di attrito e il tasso di usura delle cinghie in modo ben controllato e quantitativo. La struttura della superficie gioca un ruolo fondamentale nella resistenza all'attrito e all'usura delle cinghie durante il loro funzionamento. Il nastro testurizzato presenta un coefficiente di attrito stabile di ~0,5 e possiede una lunga durata, che si traduce in una riduzione dei tempi e dei costi di riparazione o sostituzione degli utensili. In confronto, l'attrito eccessivo del nastro liscio contro la sfera d'acciaio consuma rapidamente il nastro. Inoltre, il carico sul nastro è un fattore fondamentale per la sua durata. Il sovraccarico crea un attrito molto elevato, che porta a un'usura accelerata del nastro.

Il tribometro NANOVEA T2000 offre 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. NANOVEA è la soluzione ideale per determinare l'intera gamma di proprietà tribologiche di rivestimenti, film e substrati sottili o spessi, morbidi o duri.

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Prestazioni di abrasione della carta vetrata con un tribometro

nanovea — Mon, 01 Nov 2021 20:39:55 +0000

PRESTAZIONI DI ABRASIONE DELLA CARTA VETRATA

UTILIZZANDO UN TRIBOMETRO

Preparato da

DUANJIE LI, PhD

INTRODUZIONE

La carta vetrata è costituita da particelle abrasive incollate su una faccia della carta o del tessuto. Per le particelle possono essere utilizzati diversi materiali abrasivi, come il granato, il carburo di silicio, l'ossido di alluminio e il diamante. La carta vetrata è ampiamente applicata in diversi settori industriali per creare finiture superficiali specifiche su legno, metallo e cartongesso. Spesso lavora in condizioni di contatto ad alta pressione, applicata a mano o con utensili elettrici.

IMPORTANZA DELLA VALUTAZIONE DELLE PRESTAZIONI DI ABRASIONE DELLA CARTA VETRATA

L'efficacia della carta vetrata è spesso determinata dalle sue prestazioni di abrasione in diverse condizioni. La grana, cioè la dimensione delle particelle abrasive incorporate nella carta vetrata, determina la velocità di usura e la dimensione dei graffi del materiale da levigare. Le carte abrasive con un numero di grana più alto hanno particelle più piccole, il che comporta velocità di levigatura inferiori e finiture superficiali più fini. Carte abrasive con lo stesso numero di grana, ma fatte di materiali diversi, possono avere comportamenti diversi in condizioni di asciutto o bagnato. Per garantire che la carta abrasiva prodotta abbia il comportamento abrasivo desiderato, sono necessarie valutazioni tribologiche affidabili. Queste valutazioni consentono agli utenti di confrontare quantitativamente il comportamento all'usura di diversi tipi di carta vetrata in modo controllato e monitorato, al fine di selezionare il candidato migliore per l'applicazione desiderata.

OBIETTIVO DI MISURAZIONE

In questo studio, mostriamo la capacità del tribometro pneumatico per carichi elevati NANOVEA T2000 di valutare quantitativamente le prestazioni di abrasione di vari campioni di carta vetrata in condizioni asciutte e bagnate.

NANOVEA T2000 Carico elevato
Tribometro pneumatico

PROCEDURE DI TEST

Il coefficiente di attrito (COF) e le prestazioni di abrasione di due tipi di carta vetrata sono stati valutati dal tribometro NANOVEA T100. Come contromateriale è stata utilizzata una sfera in acciaio inossidabile 440. Le cicatrici da usura della palla sono state esaminate dopo ogni prova di usura utilizzando NANOVEA Profilatore ottico 3D senza contatto per garantire misurazioni precise della perdita di volume.

Si noti che per creare uno studio comparativo è stata scelta una sfera in acciaio inox 440 come materiale di contrasto, ma è possibile sostituire qualsiasi materiale solido per simulare una diversa condizione di applicazione.

RISULTATI DEI TEST E DISCUSSIONE

La FIGURA 1 mostra un confronto del COF della carta vetrata 1 e 2 in condizioni ambientali asciutte e bagnate. La carta vetrata 1, in condizioni di asciutto, mostra un COF di 0,4 all'inizio del test, che diminuisce progressivamente e si stabilizza a 0,3. In condizioni di bagnato, questo campione mostra un COF medio inferiore, pari a 0,27. Al contrario, i risultati del COF del campione 2 mostrano un COF a secco di 0,27 e un COF a umido di ~ 0,37.

Si noti che l'oscillazione dei dati per tutti i grafici COF è stata causata dalle vibrazioni generate dal movimento di scorrimento della sfera contro le superfici ruvide della carta vetrata.

FIGURA 1: Evoluzione della COF durante le prove di usura.

La FIGURA 2 riassume i risultati dell'analisi delle cicatrici da usura. Le cicatrici da usura sono state misurate con un microscopio ottico e un profilatore ottico senza contatto NANOVEA 3D. Le FIGURE 3 e 4 confrontano le cicatrici da usura delle sfere SS440 usurate dopo i test di usura su carta vetrata 1 e 2 (in condizioni di bagnato e asciutto). Come mostrato nella FIGURA 4, il profilatore ottico NANOVEA cattura con precisione la topografia superficiale delle quattro sfere e le rispettive tracce di usura, che sono state poi elaborate con il software di analisi avanzata NANOVEA Mountains per calcolare la perdita di volume e il tasso di usura. Dall'immagine al microscopio e dal profilo della sfera si può osservare che la sfera utilizzata per il test della carta vetrata 1 (a secco) presenta una cicatrice di usura più grande e appiattita rispetto alle altre, con una perdita di volume pari a 0,313. mm³. Al contrario, la perdita di volume per la carta vetrata 1 (bagnata) è stata pari a 0,131 mm³. Per la carta vetrata 2 (asciutta) la perdita di volume è stata di 0,163. mm³ e per la carta vetrata 2 (bagnata) la perdita di volume è aumentata a 0,237 mm³.

Inoltre, è interessante osservare che il COF ha svolto un ruolo importante nelle prestazioni di abrasione delle carte abrasive. La carta vetrata 1 ha mostrato un COF più elevato in condizioni asciutte, portando a un tasso di abrasione più elevato per la sfera SS440 utilizzata nel test. In confronto, la maggiore COF della carta vetrata 2 in condizioni di bagnato ha portato a un tasso di abrasione più elevato. Le tracce di usura delle carte abrasive dopo le misurazioni sono mostrate in FIGURA 5.

Entrambi i Sandpapers 1 e 2 affermano di funzionare sia in ambienti asciutti che bagnati. Tuttavia, hanno mostrato prestazioni di abrasione significativamente diverse in condizioni asciutte e bagnate. NANOVEA tribometri fornire funzionalità di valutazione dell'usura quantificabili e affidabili ben controllate che garantiscono valutazioni dell'usura riproducibili. Inoltre, la capacità di misurazione del COF in situ consente agli utenti di correlare le diverse fasi di un processo di usura con l'evoluzione del COF, il che è fondamentale per migliorare la comprensione fondamentale del meccanismo di usura e delle caratteristiche tribologiche della carta vetrata.

FIGURA 2: Volume della cicatrice da usura delle sfere e COF medio in diverse condizioni.

FIGURA 3: Cicatrici di usura delle sfere dopo i test.

FIGURA 4: Morfologia 3D delle cicatrici da usura sulle sfere.

FIGURA 5: Tracce di usura sulle carte abrasive in diverse condizioni.

CONCLUSIONE

In questo studio sono state valutate le prestazioni di abrasione di due tipi di carta vetrata dello stesso numero di grana in condizioni di asciutto e bagnato. Le condizioni di servizio della carta vetrata giocano un ruolo fondamentale nell'efficacia delle prestazioni di lavoro. La carta vetrata 1 ha avuto un comportamento di abrasione significativamente migliore in condizioni di asciutto, mentre la carta vetrata 2 si è comportata meglio in condizioni di bagnato. L'attrito durante il processo di levigatura è un fattore importante da considerare per valutare le prestazioni di abrasione. Il profilatore ottico NANOVEA misura con precisione la morfologia 3D di qualsiasi superficie, come le cicatrici da usura su una sfera, garantendo una valutazione affidabile delle prestazioni di abrasione della carta vetrata in questo studio. Il Tribometro NANOVEA misura il coefficiente di attrito in situ durante un test di usura, fornendo una visione delle diverse fasi di un processo di usura. Offre inoltre test ripetibili di usura e attrito utilizzando modalità rotative e lineari conformi alle norme ISO e ASTM, con moduli opzionali per l'usura ad alta temperatura e la lubrificazione disponibili in un unico sistema pre-integrato. Questa gamma impareggiabile consente agli utenti di simulare diversi ambienti di lavoro gravosi per i cuscinetti a sfera, tra cui sollecitazioni elevate, usura e temperature elevate, ecc. Fornisce inoltre uno strumento ideale per valutare quantitativamente il comportamento tribologico dei materiali resistenti all'usura in presenza di carichi elevati.

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Test di usura del pistone

nanovea — Tue, 21 Sep 2021 20:41:22 +0000

TEST DI USURA DEI PISTONIUTILIZZANDO IL TRIBOMETRO NANOVEA

Preparato da

FRANK LIU

Che cos'è il test di usura dei pistoni?

I test di usura dei pistoni valutano l'attrito, la lubrificazione e la durata dei materiali tra le camicie dei pistoni e le canne dei cilindri in condizioni controllate di laboratorio. Utilizzando un tribometro, Gli ingegneri possono replicare il movimento alternativo reale e misurare con precisione il coefficiente di attrito, il tasso di usura e la topografia superficiale 3D. Questi risultati forniscono indicazioni fondamentali sul comportamento tribologico di rivestimenti, lubrificanti e leghe utilizzati nei pistoni dei motori, contribuendo a ottimizzare le prestazioni, l'efficienza dei consumi e l'affidabilità a lungo termine.

Schema del sistema dei cilindri di potenza e delle interfacce gonna del pistone-lubrificante-camicia del cilindro.

💡 Volete quantificare il tasso di usura e l'attrito dei vostri campioni? Richiedete un test tribologico personalizzato per la vostra applicazione.

Perché le prove di usura dei pistoni sono importanti nello sviluppo dei motori

L'olio motore è un lubrificante ben progettato per la sua applicazione. Oltre all'olio di base, per migliorarne le prestazioni vengono aggiunti additivi come detergenti, disperdenti, miglioratori di viscosità (VI), agenti antiusura/antiattrito e inibitori della corrosione. Questi additivi influenzano il comportamento dell'olio in diverse condizioni operative. Il comportamento dell'olio influisce sulle interfacce P-L-C e determina se si verifica un'usura significativa da contatto metallo-metallo o se si verifica una lubrificazione idrodinamica (usura minima).

È difficile comprendere le interfacce P-L-C senza isolare l'area dalle variabili esterne. È più pratico simulare l'evento con condizioni rappresentative della sua applicazione reale. Il NANOVEA Il Tribometro è l'ideale per questo scopo. Dotato di sensori di forza multipli, di un sensore di profondità, di un modulo di lubrificazione goccia a goccia e di uno stadio lineare alternativo, il tribometro NANOVEA T2000 è in grado di simulare da vicino gli eventi che si verificano all'interno di un blocco motore e di ottenere dati preziosi per comprendere meglio le interfacce P-L-C.

Modulo liquido sul tribometro NANOVEA T2000

Il modulo goccia a goccia è fondamentale per questo studio. Poiché i pistoni possono muoversi a una velocità molto elevata (superiore a 3.000 giri/min), è difficile creare un sottile film di lubrificante immergendo il campione. Per ovviare a questo problema, il modulo goccia a goccia è in grado di applicare in modo costante una quantità di lubrificante sulla superficie della gonna del pistone.

L'applicazione di un lubrificante fresco elimina anche il rischio che i contaminanti dell'usura possano influenzare le proprietà del lubrificante.

Come simulano i tribometri
Usura reale della camicia del pistone

In questa relazione verranno studiate le interfacce gonna del pistone-lubrificante-camicia del cilindro. Le interfacce saranno riprodotte conducendo una prova di reciprocità lineare. test di usura con modulo di lubrificazione goccia a goccia.

Il lubrificante sarà applicato a temperatura ambiente e in condizioni di riscaldamento per confrontare le condizioni di avviamento a freddo e di funzionamento ottimale. Il COF e il tasso di usura saranno osservati per capire meglio come si comportano le interfacce nelle applicazioni reali.

NANOVEA T2000
Tribometro ad alto carico

Parametri e impostazione del test di usura del pistone

CARICO ............................ 100 N

DURATA DEL TEST ............................ 30 minuti

VELOCITÀ ............................ 2000 giri al minuto

AMPLITUDINE ............................ 10 mm

DISTANZA TOTALE ............................ 1200 m

RIVESTIMENTO DELLA GONNA ............................ Moly-grafite

MATERIALE PERNO ............................ Lega di alluminio 5052

DIAMETRO DEL PIN ............................ 10 mm

LUBRIFICANTE ............................ Olio motore (10W-30)

APPROSSIMATIVA. PORTATA ............................ 60 mL/min

TEMPERATURA ............................ Temperatura ambiente e 90°C

Rilevanza nel mondo reale di
Test di usura del pistone

I test di usura dei pistoni basati sui tribometri forniscono informazioni fondamentali su come le scelte dei materiali e le strategie di lubrificazione influiscono sull'affidabilità reale del motore. Invece di affidarsi a costosi test a motore completo, i laboratori possono valutare rivestimenti, oli e superfici in lega in condizioni realistiche di carico meccanico e temperatura. Il sistema NANOVEA Profilometria 3D e i moduli di tribologia consentono una mappatura precisa della profondità di usura e della stabilità dell'attrito, aiutando i team di ricerca e sviluppo a ottimizzare le prestazioni e a ridurre i cicli di sviluppo.

Risultati e analisi dei test di usura dei pistoni

In questo esperimento è stato utilizzato l'A5052 come materiale di contrasto. Mentre i blocchi motore sono solitamente realizzati in alluminio fuso come l'A356, l'A5052 ha proprietà meccaniche simili all'A356 per questa prova simulativa [1].

Nelle condizioni di prova, è stata osservata un'usura significativa sulla gonna del pistone a temperatura ambiente rispetto a quella a 90°C. I graffi profondi osservati sui campioni suggeriscono che il contatto tra il materiale statico e la gonna del pistone avviene frequentemente durante il test. L'elevata viscosità a temperatura ambiente potrebbe impedire all'olio di riempire completamente gli spazi vuoti alle interfacce e di creare un contatto metallo-metallo. A temperature più elevate, l'olio si assottiglia e riesce a scorrere tra lo spinotto e il pistone. Di conseguenza, a temperature più elevate si osserva un'usura significativamente minore. La FIGURA 5 mostra che un lato della cicatrice da usura si è consumato molto meno dell'altro. Ciò è probabilmente dovuto alla posizione dell'uscita dell'olio. Lo spessore del film di lubrificante era maggiore su un lato rispetto all'altro, causando un'usura non uniforme.

[1] “Alluminio 5052 vs alluminio 356.0”. MakeItFrom.com, makeitfrom.com/compare/5052-O-Aluminum/A356.0-SG70B-A13560-Cast-Aluminum

Il COF dei test tribologici lineari alternativi può essere suddiviso in un passaggio alto e un passaggio basso. Il passaggio alto si riferisce al campione che si muove in avanti, o in senso positivo, mentre il passaggio basso si riferisce al campione che si muove in senso inverso, o in senso negativo. La COF media per l'olio RT è stata osservata inferiore a 0,1 in entrambe le direzioni. I COF medi tra le passate sono stati di 0,072 e 0,080. Il COF medio dell'olio a 90°C è risultato diverso tra le passate. Sono stati osservati valori medi di COF pari a 0,167 e 0,09. La differenza di COF dimostra ulteriormente che l'olio è riuscito a bagnare correttamente solo un lato del perno. Si è ottenuto un COF elevato quando si è formato un film spesso tra lo spinotto e la gonna del pistone, a causa della lubrificazione idrodinamica. Si osserva un COF più basso nell'altra direzione quando si verifica una lubrificazione mista. Per ulteriori informazioni sulla lubrificazione idrodinamica e sulla lubrificazione mista, visitate la nostra nota applicativa su Curve di Stribeck.

Tabella 1: Risultati del test di usura lubrificata sui pistoni.

FIGURA 1: Grafici COF per il test di usura dell'olio a temperatura ambiente A profilo grezzo B passaggio alto C passaggio basso.

FIGURA 2: Grafici COF per il test dell'olio di usura a 90°C A profilo grezzo B passaggio alto C passaggio basso.

FIGURA 3: Immagine ottica della cicatrice da usura del test di usura dell'olio motore RT.

FIGURA 4: Volume di un foro per l'analisi della cicatrice da usura del test di usura dell'olio motore RT.

FIGURA 5: Scansione profilometrica della cicatrice da usura del test di usura dell'olio motore RT.

FIGURA 6: Immagine ottica di una cicatrice da usura da un test di usura dell'olio motore a 90°C

FIGURA 7: Volume di un foro per l'analisi della cicatrice da usura del test di usura dell'olio motore a 90°C.

FIGURA 8: Scansione profilometrica della cicatrice da usura del test di usura dell'olio motore a 90°C.

Conclusione: Valutazione dell'usura del motore con i tribometri NANOVEA

Sono stati condotti test di usura lineare alternata lubrificata su un pistone per simulare gli eventi che si verificano in un motore operativo reale. L'interfaccia pistone-lubrificante-camera del cilindro è fondamentale per il funzionamento di un motore. Lo spessore del lubrificante all'interfaccia è responsabile della perdita di energia dovuta all'attrito o all'usura tra la gonna del pistone e la canna del cilindro. Per ottimizzare il motore, lo spessore del film deve essere il più sottile possibile, senza che il mantello del pistone e la canna del cilindro si tocchino. La sfida, tuttavia, consiste nel capire come le variazioni di temperatura, velocità e forza influiranno sulle interfacce P-L-C.

Grazie all'ampia gamma di carichi (fino a 2000 N) e velocità (fino a 15000 giri/min), il tribometro NANOVEA T2000 è in grado di simulare le diverse condizioni possibili in un motore. Possibili studi futuri su questo argomento includono il comportamento delle interfacce P-L-C in condizioni di carico costante, carico oscillante, temperatura del lubrificante, velocità e metodo di applicazione del lubrificante. Questi parametri possono essere facilmente regolati con il tribometro NANOVEA T2000 per fornire una comprensione completa dei meccanismi delle interfacce gonna del pistone-lubrificante-camicia del cilindro.

ℹ️ Siete interessati a testare le pastiglie dei freni? Per saperne di più sul nostro sito dedicato tester per l'attrito dei freni per pastiglie, rivestimenti e ricerca e sviluppo nel settore automobilistico.

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

nanovea — Thu, 13 May 2021 19:40:10 +0000

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

Per saperne di più

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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Misura dell'usura in situ ad alta temperatura

Andrew Shore — Tue, 29 Dec 2020 22:20:45 +0000

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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