Umidità e gas Note applicative sulla tribologia - NANOVEA: Profilometri avanzati, tribometri, nanoindentatori e tester per il controllo dei materiali

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.

Avete un'applicazione simile?

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Effetto dell'umidità sulla tribologia del rivestimento DLC

nanovea — Tue, 11 Feb 2020 14:38:38 +0000

Importanza della valutazione dell'usura su DLC in condizioni di umidità

I rivestimenti in carbonio simile al diamante (DLC) possiedono proprietà tribologiche migliorate, ovvero un'eccellente resistenza all'usura e un coefficiente di attrito (COF) molto basso. I rivestimenti DLC conferiscono caratteristiche del diamante quando depositati su materiali diversi. Le favorevoli proprietà tribomeccaniche rendono preferibili i rivestimenti DLC in varie applicazioni industriali, come parti aerospaziali, lame di rasoio, utensili per il taglio dei metalli, cuscinetti, motori motociclistici e impianti medici.

I rivestimenti DLC presentano un COF molto basso (inferiore a 0,1) rispetto alle sfere d'acciaio in condizioni di vuoto spinto e asciutte¹². Tuttavia, i rivestimenti DLC sono sensibili alle variazioni delle condizioni ambientali, in particolare all'umidità relativa (RH).³. Ambienti con elevata umidità e concentrazione di ossigeno possono portare a un aumento significativo della COF.⁴. La valutazione affidabile dell'usura in umidità controllata simula condizioni ambientali realistiche dei rivestimenti DLC per applicazioni tribologiche. Gli utenti selezionano i migliori rivestimenti DLC per le applicazioni target con un confronto adeguato
dei comportamenti di usura del DLC esposto a diversi livelli di umidità.

Obiettivo di misurazione

Questo studio mette in mostra la Nanovea Tribometro dotato di un regolatore di umidità è lo strumento ideale per studiare il comportamento all'usura dei rivestimenti DLC a vari livelli di umidità relativa.

Procedura di prova

La resistenza all'attrito e all'usura dei rivestimenti DLC è stata valutata dal tribometro Nanovea. I parametri del test sono riepilogati nella Tabella 1. Un controller di umidità collegato alla tribocamera controllava con precisione l'umidità relativa (RH) con una precisione di ±1%. Dopo i test, le tracce di usura sui rivestimenti DLC e le cicatrici di usura sulle sfere SiN sono state esaminate utilizzando un microscopio ottico.

Nota: è possibile applicare qualsiasi materiale solido per le sfere per simulare le prestazioni di accoppiamenti di materiali diversi in condizioni ambientali come lubrificante o temperatura elevata.

Risultati e discussione

I rivestimenti DLC sono ottimi per le applicazioni tribologiche grazie al loro basso attrito e alla superiore resistenza all'usura. L'attrito del rivestimento DLC presenta un comportamento dipendente dall'umidità, come illustrato nella Figura 2. Il rivestimento DLC mostra un COF molto basso, pari a ~0,05, per tutta la durata del test di usura in condizioni relativamente secche (10% RH). Il rivestimento DLC mostra un COF costante di ~0,1 durante il test quando l'UR aumenta a 30%. La fase iniziale di rodaggio del COF si osserva nei primi 2000 giri quando l'UR sale oltre 50%. Il rivestimento DLC mostra un COF massimo di ~0,20, ~0,26 e ~0,33 con UR di 50, 70 e 90%, rispettivamente. Dopo il periodo di rodaggio, il COF del rivestimento DLC rimane costante a ~0,11, 0,13 e 0,20 con UR di 50, 70 e 90%, rispettivamente.

La Figura 3 confronta le cicatrici di usura delle sfere SiN e la Figura 4 confronta le tracce di usura del rivestimento DLC dopo i test di usura. Il diametro della cicatrice da usura era più piccolo quando il rivestimento DLC era esposto a un ambiente con bassa umidità. Lo strato di DLC si accumula sulla superficie della sfera SiN durante il processo di scorrimento ripetitivo sulla superficie di contatto. In questa fase, il rivestimento DLC scivola contro il proprio strato di trasferimento che agisce come un efficiente lubrificante per facilitare il movimento relativo e limitare l'ulteriore perdita di massa causata dalla deformazione da taglio. Si osserva un film di trasferimento nella cicatrice di usura della sfera SiN in ambienti a bassa UR (ad es. 10% e 30%), con conseguente processo di usura decelerato sulla sfera. Questo processo di usura si riflette sulla morfologia della pista di usura del rivestimento DLC, come mostrato nella Figura 4. Il rivestimento DLC presenta una pista di usura più piccola. Il rivestimento DLC presenta una traccia di usura più piccola in ambienti asciutti, grazie alla formazione di un film di trasferimento DLC stabile all'interfaccia di contatto che riduce significativamente l'attrito e il tasso di usura.

Conclusione

L'umidità gioca un ruolo vitale nelle prestazioni tribologiche dei rivestimenti DLC. Il rivestimento DLC possiede una resistenza all'usura significativamente migliorata e un basso attrito superiore in condizioni asciutte grazie alla formazione di uno strato grafitico stabile trasferito sulla controparte scorrevole (una sfera SiN in questo studio). Il rivestimento DLC scorre contro il proprio strato di trasferimento, che agisce come un lubrificante efficiente per facilitare il movimento relativo e limitare l'ulteriore perdita di massa causata dalla deformazione di taglio. Non si osserva una pellicola sulla sfera SiN con l'aumento dell'umidità relativa, portando ad un aumento del tasso di usura sulla sfera SiN e sul rivestimento DLC.

Il tribometro Nanovea offre test ripetibili di usura e attrito utilizzando modalità rotativa e lineare conformi a ISO e ASTM, con moduli di umidità opzionali disponibili in un unico sistema preintegrato. Consente agli utenti di simulare l'ambiente di lavoro con diversa umidità, fornendo agli utenti uno strumento ideale per valutare quantitativamente i comportamenti tribologici dei materiali in diverse condizioni di lavoro.

Per saperne di più sul Tribometro Nanovea e sul servizio di laboratorio

1 C. Donnet, Surf. Coat. Technol. 100-101 (1998) 180.

2 K. Miyoshi, B. Pohlchuck, K.W. Street, J.S. Zabinski, J.H. Sanders, A.A. Voevodin, R.L.C. Wu, Wear 225-229 (1999) 65.

3 R. Gilmore, R. Hauert, Surf. Coat. Technol. 133-134 (2000) 437.

4 R. Memming, H.J. Tolle, P.E. Wierenga, Thin Solid Coatings 143 (1986) 31

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