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CONTATTACI

Deformazione a scorrimento dei polimeri mediante nanoindentazione

Deformazione a scorrimento dei polimeri mediante nanoindentazione

Per saperne di più

DEFORMAZIONE PER SCORRIMENTO

DEI POLIMERI MEDIANTE NANOINDENTAZIONE

Preparato da

DUANJIE LI, Dottore di ricerca

INTRODUZIONE

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

IMPORTANZA DELLA MISURAZIONE DEL CREEP PER POLIMERI

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

OBIETTIVO DI MISURAZIONE

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

NANOVEA

PB1000

nanoindentatore e tester per graffi Nanovea PB1000
CONDIZIONI DI PROVA

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

CARICO MASSIMO 40 mN
TASSO DI CARICO
80 mN/min
TASSO DI SCARICO 80 mN/min
TEMPO DI CREEP
30 s

TIPO DI INDENTERO

Berkovich

Diamante

*impostazione del test di nanoindentazione

RISULTATI E DISCUSSIONE

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

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

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

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

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

FIGURA 3: Durezza e modulo di Young dei polimeri.

FIGURA 4: Profondità di scorrimento dei polimeri.

CONCLUSIONE

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

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

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Materiale multifase usando la nanoindentazione NANOVEA

Nanoindentazione multifase dei metalli

Studio metallurgico di materiale multifase usando la nanoindentazione

Per saperne di più

STUDIO DELLA METALLURGIA
DI MATERIALE MULTIFASE

UTILIZZANDO LA NANOINDENTAZIONE

Preparato da

DUANJIE LI, Dottore di ricerca & ALESSIO CELESTINO

INTRODUZIONE

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

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

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

OBIETTIVO DI MISURAZIONE

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

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

NANOVEA

PB1000

nanoindentatore e tester per graffi Nanovea PB1000
CONDIZIONI DI PROVA

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

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

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

FIGURA 1: SELEZIONE DELLA POSIZIONE DI NANOINDENTAZIONE SULLA SUPERFICIE DEL CAMPIONE.
RISULTATI: NANOINDENTAZIONI SU DIVERSE FASI

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

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


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

FIGURA 2: CURVE CARICO-SPOSTAMENTO
DELLE NANOINDENTAZIONI

FIGURA 3: DUREZZA E MODULO DI YOUNG DI DIVERSE FASI

CONCLUSIONE

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

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

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

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

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Misurazione dei contorni con il profilometro di NANOVEA

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

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

Riferimento per la misurazione della profondità del battistrada degli pneumatici che mostra diversi modelli di battistrada per pneumatici di automobili

Preparato da

ANDREA HERRMANN

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

INTRODUZIONE

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

IL CAMPIONE

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

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

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

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

OBIETTIVO DI MISURAZIONE

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

NANOVEA ST400 Standard
Profiler ottico 3D

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Profilmometro ottico 3D Nanovea ST400 per l'analisi della profondità del battistrada e della rugosità superficiale degli pneumatici
ANALISI: PNEUMATICI
La vista 3D e la vista in falsi colori dei battistrada dimostrano l'importanza della mappatura dei disegni delle superfici 3D. Ciò fornisce agli ingegneri uno strumento semplice per valutare l'uniformità della profondità del battistrada, il disegno delle scanalature e l'usura da più angolazioni. L'analisi avanzata dei contorni e l'analisi dell'altezza dei gradini sono entrambi strumenti estremamente potenti per misurare con precisione le dimensioni delle forme e del disegno dei campioni.
Profilometria ottica 3D in falsi colori della profondità del battistrada e della geometria delle scanalature degli pneumatici
Visione della superficie con profilometro 3D per la misurazione della profondità del battistrada degli pneumatici

ANALISI AVANZATA DEI CONTORNI

Analisi avanzata del profilo delle scanalature del battistrada degli pneumatici mediante profilometria 3D

ANALISI DELL'ALTEZZA DEL GRADINO

Analisi dell'altezza dei gradini per la misurazione della profondità del battistrada degli pneumatici con profilatore ottico 3D
Profilo dell'altezza dei gradini ottenuto mediante profilometria 3D che mostra la misurazione della profondità del battistrada dello pneumatico
ANALISI: SUPERFICIE IN GOMMA
La superficie in gomma può essere quantificata in vari modi utilizzando strumenti software integrati, come mostrato nelle figure seguenti. Si può osservare che la rugosità superficiale è pari a 2,688 μm e che l'area sviluppata rispetto all'area proiettata è pari a 9,410 mm² rispetto a 8,997 mm². Questi risultati dimostrano come la rugosità della superficie in gomma influisca sulla trazione e sulle prestazioni, consentendo confronti tra diverse formulazioni di gomma o diversi livelli di usura superficiale.
Analisi della rugosità superficiale della gomma con profilometro ottico 3D
ISO 25178 Parametri di altezza della superficie in gomma dei pneumatici
Vista della profilometria ottica 3D della rugosità della superficie in gomma e dell'area sviluppata
Parametri del profilatore della superficie della gomma dei pneumatici

CONCLUSIONE

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

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Misura dell'usura in situ ad alta temperatura

MISURAZIONE DELL'USURA IN SITU AD ALTA TEMPERATURA

UTILIZZANDO IL TRIBOMETRO

MISURA DELL'USURA IN-SITU Tribometro aerospaziale

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

Tribometro LVDT Campione

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.

COF durante i test pin-on-desk a diverse temperature

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

Profondità della traccia di usura della piastra ceramica di silicato di allumina 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.

 
Tasso di usura e profondità della traccia di usura del campione a diverse temperature 1

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.

MISURA DELL'USURA IN SITU

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Analisi della superficie delle scaglie di pesce mediante profilatore ottico 3D

Analisi della superficie delle scaglie di pesce mediante profilatore ottico 3D

Per saperne di più

ANALISI DELLA SUPERFICIE DELLE SCAGLIE DI PESCE

utilizzando il PROFILATORE OTTICO 3D

Profilometro a squame di pesce

Preparato da

Andrea Novitsky

INTRODUZIONE

La morfologia, i modelli e altre caratteristiche di una squama di pesce vengono studiati utilizzando NANOVEA Profilatore ottico 3D senza contatto. La natura delicata di questo campione biologico, insieme alle sue scanalature molto piccole e ad alto angolo, evidenzia anche l'importanza della tecnica senza contatto del profilatore. I solchi sulla squama sono chiamati circuli, e possono essere studiati per stimare l'età del pesce, e anche per distinguere periodi di diverso ritmo di crescita, simili agli anelli di un albero. Si tratta di informazioni molto importanti per la gestione delle popolazioni ittiche selvatiche al fine di prevenire la pesca eccessiva.

Importanza della profilometria 3D senza contatto per gli studi biologici

A differenza di altre tecniche come le sonde a contatto o l'interferometria, il profilatore ottico 3D senza contatto, utilizzando il cromatismo assiale, può misurare quasi tutte le superfici. Le dimensioni dei campioni possono variare notevolmente grazie alla messa in scena aperta e non è necessaria alcuna preparazione del campione. Le caratteristiche da nano a macro gamma sono ottenute durante la misurazione del profilo della superficie senza alcuna influenza da parte della riflettività o dell'assorbimento del campione. Lo strumento offre una capacità avanzata di misurare angoli di superficie elevati senza manipolazione dei risultati da parte del software. È possibile misurare facilmente qualsiasi materiale, sia esso trasparente, opaco, speculare, diffusivo, lucido o ruvido. La tecnica offre una capacità ideale, ampia e facile da usare per massimizzare gli studi sulle superfici, insieme ai vantaggi delle capacità combinate 2D e 3D.

OBIETTIVO DI MISURAZIONE

In questa applicazione, presentiamo NANOVEA ST400, un profilatore 3D senza contatto con un sensore ad alta velocità, che fornisce un'analisi completa della superficie di una scala.

Lo strumento è stato utilizzato per scansionare l'intero campione, insieme a una scansione a più alta risoluzione dell'area centrale. Per il confronto è stata misurata anche la rugosità della superficie esterna e interna della scala.

NANOVEA

ST400

Caratterizzazione superficiale 3D e 2D della scala esterna

La vista 3D e la vista a falsi colori della scala esterna mostrano una struttura complessa simile a un'impronta digitale o agli anelli di un albero. Ciò fornisce agli utenti uno strumento immediato per osservare direttamente la caratterizzazione della superficie della squama da diverse angolazioni. Vengono mostrate diverse altre misure della scala esterna e il confronto tra il lato esterno e quello interno della scala.

Profilometro 3D con scansione a scala di pesce
Profilometro 3D a scala di pesce
Profilatore ottico 3D ad altezza di passo per la scansione a scala di pesce

CONFRONTO DELLA RUGOSITÀ SUPERFICIALE

Profilometro a scala di pesce Scansione 3D

CONCLUSIONE

In questa applicazione, abbiamo mostrato come il profilatore ottico senza contatto NANOVEA 3D possa caratterizzare una squama di pesce in vari modi. 

Le superfici esterne e interne della squama possono essere facilmente distinte dalla sola rugosità superficiale, con valori di rugosità rispettivamente di 15,92μm e 1,56μm. Inoltre, è possibile ottenere informazioni precise e accurate su una squama di pesce analizzando i solchi, o circoli, sulla superficie esterna della squama. Sono state misurate le distanze delle bande di circoli dal centro focale e l'altezza dei circoli è risultata essere in media di circa 58μm. 

I dati qui riportati rappresentano solo una parte dei calcoli disponibili nel software di analisi.

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Analisi meccanica dinamica (DMA) Sweep di frequenza su polimero

SWEEP DI FREQUENZA DMA

SUL POLIMERO UTILIZZANDO LA NANOINDENTAZIONE

Preparato da

Duanjie Li, PhD

INTRODUZIONE

IMPORTANZA DELL'ANALISI MECCANICA DINAMICA TEST DI FREQUENZA

La frequenza variabile dello stress porta spesso a variazioni nel modulo complesso, che è una proprietà meccanica critica dei polimeri. Ad esempio, i pneumatici sono soggetti a elevate deformazioni cicliche quando i veicoli circolano su strada. La frequenza della pressione e della deformazione cambia man mano che l'auto accelera a velocità più elevate. Un tale cambiamento può comportare una variazione delle proprietà viscoelastiche del pneumatico, che sono fattori importanti per le prestazioni dell'auto. È necessario un test affidabile e ripetibile del comportamento viscoelastico dei polimeri a diverse frequenze. Il modulo Nano della NANOVEA Collaudatore meccanico genera un carico sinusoidale mediante un attuatore piezoelettrico ad alta precisione e misura direttamente l'evoluzione della forza e dello spostamento utilizzando cella di carico e condensatore ultrasensibili. La combinazione di facilità di configurazione ed elevata precisione lo rende uno strumento ideale per la scansione della frequenza dell'analisi meccanica dinamica.

I materiali viscoelastici presentano caratteristiche sia viscose che elastiche quando subiscono una deformazione. Le lunghe catene molecolari nei materiali polimerici contribuiscono alle loro proprietà viscoelastiche uniche, ovvero una combinazione delle caratteristiche dei solidi elastici e dei fluidi newtoniani. Le sollecitazioni, la temperatura, la frequenza e altri fattori giocano un ruolo importante nelle proprietà viscoelastiche. L'analisi meccanica dinamica, nota anche come DMA, studia il comportamento viscoelastico e il modulo complesso del materiale applicando una sollecitazione sinusoidale e misurando la variazione della deformazione.

OBIETTIVO DI MISURAZIONE

In questa applicazione, studiamo le proprietà viscoelastiche di un campione di pneumatico lucidato a diverse frequenze DMA utilizzando il tester meccanico più potente, NANOVEA PB1000, in Nanoindentazione modalità.

NANOVEA

PB1000

nanoindentatore e tester per graffi Nanovea PB1000

CONDIZIONI DI PROVA

FREQUENZE (Hz):

0.1, 1.5, 10, 20

TEMPO DI SCORRIMENTO A CIASCUNA FREQUENZA.

50 sec

TENSIONE DI OSCILLAZIONE

0.1 V

TENSIONE DI CARICO

1 V

tipo di penetratore

Sferico

Diamante | 100 μm

RISULTATI E DISCUSSIONE

Lo sweep di frequenza dell'analisi meccanica dinamica al carico massimo consente di misurare in modo rapido e semplice le caratteristiche viscoelastiche del campione a diverse frequenze di carico in un unico test. Lo spostamento di fase e le ampiezze delle onde di carico e di spostamento a diverse frequenze possono essere utilizzati per calcolare una serie di proprietà viscoelastiche fondamentali del materiale, tra cui Modulo di stoccaggio, Modulo di perdita e Abbronzatura (δ) come riassunto nei grafici seguenti. 

Le frequenze di 1, 5, 10 e 20 Hz in questo studio corrispondono a velocità di circa 7, 33, 67 e 134 km all'ora. All'aumentare della frequenza di prova da 0,1 a 20 Hz, si può osservare che sia il modulo di accumulo che il modulo di perdita aumentano progressivamente. Tan (δ) diminuisce da ~0,27 a 0,18 con l'aumento della frequenza da 0,1 a 1 Hz, per poi aumentare gradualmente fino a ~0,55 quando si raggiunge la frequenza di 20 Hz. Lo sweep di frequenza del DMA consente di misurare l'andamento del modulo di accumulo, del modulo di perdita e del Tan (δ), che forniscono informazioni sul movimento dei monomeri e sulla reticolazione, nonché sulla transizione vetrosa dei polimeri. Aumentando la temperatura con una piastra riscaldante durante lo sweep di frequenza, è possibile ottenere un quadro più completo della natura del movimento molecolare in diverse condizioni di test.

EVOLUZIONE DEL CARICO E DELLA PROFONDITÀ

DELL'INTERO SWEEP DI FREQUENZA DMA

CARICO E PROFONDITÀ vs. TEMPO A DIVERSE FREQUENZE

MODULO DI ACCUMULO

A DIVERSE FREQUENZE

MODULO DI PERDITA

A DIVERSE FREQUENZE

TAN (δ)

A DIVERSE FREQUENZE

CONCLUSIONE

In questo studio, abbiamo dimostrato la capacità del tester meccanico NANOVEA di eseguire il test di analisi meccanica dinamica (frequency sweep) su un campione di pneumatico. Questo test misura le proprietà viscoelastiche del pneumatico a diverse frequenze di sollecitazione. Il pneumatico mostra un aumento del modulo di accumulo e di perdita all'aumentare della frequenza di carico da 0,1 a 20 Hz. Il test fornisce informazioni utili sul comportamento viscoelastico del pneumatico a diverse velocità, essenziali per migliorare le prestazioni dei pneumatici e ottenere una guida più fluida e sicura. Il test DMA frequency sweep può essere eseguito a varie temperature per simulare l'ambiente di lavoro realistico del pneumatico in condizioni climatiche diverse.

Nel modulo Nano del tester meccanico NANOVEA, l'applicazione del carico con il piezo veloce è indipendente dalla misurazione del carico effettuata da un estensimetro separato ad alta sensibilità. Ciò offre un netto vantaggio durante l'analisi meccanica dinamica, poiché la fase tra profondità e carico viene misurata direttamente dai dati raccolti dal sensore. Il calcolo della fase è diretto e non richiede una modellazione matematica che aggiunge imprecisione alla perdita risultante e al modulo di accumulo. Questo non è il caso di un sistema a bobina.

In conclusione, la DMA misura il modulo di perdita e di accumulo, il modulo complesso e il Tan (δ) in funzione della profondità di contatto, del tempo e della frequenza. Lo stadio di riscaldamento opzionale consente di determinare la temperatura di transizione di fase dei materiali durante il DMA. I tester meccanici NANOVEA offrono moduli Nano e Micro multifunzione ineguagliabili su un'unica piattaforma. Entrambi i moduli Nano e Micro includono le modalità scratch tester, hardness tester e wear tester, offrendo la più ampia e semplice gamma di test disponibili su un singolo modulo.

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Topografia della lente di Fresnel

TOPOGRAFIA DELLE LENTI DI FRESNELUTILIZZO 3D PROFILOMETRO OTTICO SENZA CONTATTO

Preparato da

Duanjie Li e Benjamin Mell

INTRODUZIONE

Una lente è un dispositivo ottico a simmetria assiale che trasmette e rifrange la luce. Una lente semplice è costituita da un singolo componente ottico che converge o diverge la luce. Anche se le superfici sferiche non sono la forma ideale per la realizzazione di una lente, sono spesso utilizzate come la forma più semplice che il vetro può assumere per essere molato e lucidato.

Una lente di Fresnel è costituita da una serie di anelli concentrici, che sono parti sottili di una semplice lente con una larghezza di pochi millesimi di pollice. Le lenti di Fresnel hanno un'ampia apertura e una lunghezza focale ridotta, con un design compatto che riduce il peso e il volume del materiale richiesto, rispetto alle lenti convenzionali con le stesse proprietà ottiche. Grazie alla geometria sottile della lente di Fresnel, una quantità molto ridotta di luce viene persa per assorbimento.

IMPORTANZA DELLA PROFILOMETRIA 3D SENZA CONTATTO PER L'ISPEZIONE DELLE LENTI FRESNEL

Le lenti Fresnel sono ampiamente utilizzate nell'industria automobilistica, nei fari, nell'energia solare e nei sistemi di atterraggio ottici per le portaerei. Stampare o stampare le lenti in plastica trasparente può rendere la loro produzione economicamente vantaggiosa. La qualità del servizio delle lenti di Fresnel dipende principalmente dalla precisione e dalla qualità della superficie del loro anello concentrico. A differenza della tecnica del tastatore, NANOVEA Profilatori ottici eseguire misurazioni superficiali 3D senza toccare la superficie, evitando il rischio di realizzare nuovi graffi. La tecnica della luce cromatica è ideale per la scansione precisa di forme complesse, come lenti di diverse geometrie.

SCHEMA DELLA LENTE DI FRESNEL

Le lenti Fresnel in plastica trasparente possono essere prodotte per stampaggio o per tranciatura. Un controllo qualità accurato ed efficiente è fondamentale per individuare stampi o timbri di produzione difettosi. Misurando l'altezza e il passo degli anelli concentrici, è possibile individuare le variazioni di produzione confrontando i valori misurati con quelli delle specifiche fornite dal produttore della lente.

La misurazione precisa del profilo della lente assicura che gli stampi o i timbri siano lavorati correttamente per adattarsi alle specifiche del produttore. Inoltre, lo stampo potrebbe usurarsi progressivamente nel tempo, perdendo la sua forma iniziale. Una deviazione consistente dalle specifiche del produttore della lente è un'indicazione positiva della necessità di sostituire lo stampo.

OBIETTIVO DI MISURAZIONE

In questa applicazione presentiamo NANOVEA ST400, un profilatore 3D senza contatto con sensore ad alta velocità, che fornisce un'analisi completa del profilo 3D di un componente ottico dalla forma complessa. Per dimostrare le straordinarie capacità della nostra tecnologia Chromatic Light, l'analisi del contorno viene eseguita su una lente di Fresnel.

NANOVEA ST400 Area ampia
Profiler ottico 3D

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Profiler di superficie senza contatto NANOVEA 3D

La lente Fresnel acrilica da 2,3" x 2,3" utilizzata per questo studio è composta da 

una serie di anelli concentrici e un complesso profilo a sezione trasversale seghettata. 

Ha una lunghezza focale di 1,5" e un diametro effettivo di 2,0", 

125 scanalature per pollice e un indice di rifrazione di 1,49.

La scansione NANOVEA ST400 della lente di Fresnel mostra un notevole aumento dell'altezza degli anelli concentrici, spostandosi dal centro verso l'esterno.

2D COLORE FALSO

Rappresentazione dell'altezza

VISTA 3D

PROFILO ESTRATTO

PICCO E VALLE

Analisi dimensionale del profilo

CONCLUSIONE

In questa applicazione abbiamo dimostrato che il profilatore ottico senza contatto NANOVEA ST400 misura con precisione la topografia superficiale delle lenti Fresnel. 

Le dimensioni dell'altezza e del passo possono essere determinate con precisione dal complesso profilo dentellato utilizzando il software di analisi NANOVEA. Gli utenti possono controllare efficacemente la qualità degli stampi o dei timbri di produzione confrontando le dimensioni dell'altezza e del passo dell'anello delle lenti prodotte con le specifiche dell'anello ideale.

I dati qui riportati rappresentano solo una parte dei calcoli disponibili nel software di analisi. 

I profilatori ottici NANOVEA misurano virtualmente qualsiasi superficie in settori quali i semiconduttori, la microelettronica, il solare, le fibre ottiche, l'automotive, l'aerospaziale, la metallurgia, la lavorazione, i rivestimenti, il farmaceutico, il biomedicale, l'ambientale e molti altri.

 

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CQ delle parti lavorate

Ispezione delle parti lavorate

PARTI MACCHINE

ispezione dal modello CAD utilizzando la profilometria 3D

Autore:

Duanjie Li, PhD

Revisionato da

Jocelyn Esparza

Ispezione di parti lavorate con un profilometro

INTRODUZIONE

La domanda di lavorazioni meccaniche di precisione in grado di creare geometrie complesse è in aumento in tutti i settori industriali. Dai settori aerospaziale, medico e automobilistico, agli ingranaggi tecnologici, ai macchinari e agli strumenti musicali, la continua innovazione ed evoluzione spinge le aspettative e gli standard di precisione a nuovi livelli. Di conseguenza, si assiste all'aumento della domanda di tecniche e strumenti di ispezione rigorosi per garantire la massima qualità dei prodotti.

Importanza della profilometria 3D senza contatto per l'ispezione dei pezzi

Il confronto delle proprietà dei pezzi lavorati con i loro modelli CAD è essenziale per verificare le tolleranze e l'aderenza agli standard di produzione. Anche l'ispezione durante il periodo di servizio è cruciale, poiché l'usura dei pezzi potrebbe richiederne la sostituzione. L'identificazione tempestiva di eventuali deviazioni dalle specifiche richieste aiuterà a evitare costose riparazioni, interruzioni della produzione e una reputazione compromessa.

A differenza della tecnica del tastatore, la NANOVEA Profilatori ottici eseguire scansioni di superfici 3D senza contatto, consentendo misurazioni rapide, precise e non distruttive di forme complesse con la massima precisione.

OBIETTIVO DI MISURAZIONE

In questa applicazione presentiamo NANOVEA HS2000, un profilatore 3D senza contatto con un sensore ad alta velocità, che esegue un'ispezione superficiale completa di dimensioni, raggio e rugosità. 

Il tutto in meno di 40 secondi.

NANOVEA

HS2000

MODELLO CAD

Una misura precisa delle dimensioni e della rugosità superficiale del pezzo lavorato è fondamentale per assicurarsi che sia conforme alle specifiche, alle tolleranze e alle finiture superficiali desiderate. Di seguito vengono presentati il modello 3D e il disegno tecnico del pezzo da ispezionare. 

VISTA A FALSI COLORI

La vista in falsi colori del modello CAD e la superficie della parte lavorata scansionata sono confrontate in FIGURA 3. La variazione di altezza sulla superficie del campione può essere osservata dal cambiamento di colore.

Dalla scansione superficiale 3D vengono estratti tre profili 2D, come indicato in FIGURA 2, per verificare ulteriormente la tolleranza dimensionale del pezzo lavorato.

CONFRONTO TRA PROFILI E RISULTATI

I profili da 1 a 3 sono mostrati nelle FIGURE da 3 a 5. Il controllo quantitativo delle tolleranze viene effettuato confrontando il profilo misurato con il modello CAD per rispettare i rigorosi standard di produzione. I profili 1 e 2 misurano il raggio di diverse aree del pezzo lavorato curvo. La variazione di altezza del profilo 2 è di 30 µm su una lunghezza di 156 mm, il che soddisfa il requisito di tolleranza di ±125 µm. 

Impostando un valore limite di tolleranza, il software di analisi può determinare automaticamente il superamento o il fallimento del pezzo lavorato.

Ispezione di parti di macchine con un profilometro

La rugosità e l'uniformità della superficie del pezzo lavorato svolgono un ruolo importante nel garantirne la qualità e la funzionalità. La FIGURA 6 mostra l'area della superficie estratta dalla scansione madre del pezzo lavorato, utilizzata per quantificare la finitura superficiale. La rugosità superficiale media (Sa) è stata calcolata pari a 2,31 µm.

CONCLUSIONE

In questo studio abbiamo mostrato come il profilatore senza contatto NANOVEA HS2000, dotato di un sensore ad alta velocità, esegua un'ispezione superficiale completa di dimensioni e rugosità. 

Le scansioni ad alta risoluzione consentono agli utenti di misurare la morfologia dettagliata e le caratteristiche superficiali dei pezzi lavorati e di confrontarli quantitativamente con i loro modelli CAD. Lo strumento è inoltre in grado di rilevare qualsiasi difetto, compresi graffi e cricche. 

L'analisi avanzata dei contorni è uno strumento impareggiabile non solo per determinare se i pezzi lavorati soddisfano le specifiche stabilite, ma anche per valutare i meccanismi di guasto dei componenti usurati.

I dati qui riportati rappresentano solo una parte dei calcoli possibili con il software di analisi avanzata di cui è dotato ogni profilatore ottico NANOVEA.

 

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Fretting Test di usura Tribologia

Valutazione dell'usura da sfregamento

VALUTAZIONE DELL'USURA DA FRETTING

Valutazione dell'usura da fretting nell'aviazione

Autore:

Duanjie Li, PhD

Revisionato da

Jocelyn Esparza

Valutazione dell'usura da fretting nell'industria mineraria e metallurgica

INTRODUZIONE

Il fretting è "uno speciale processo di usura che si verifica nell'area di contatto tra due materiali sotto carico e soggetti a un minimo movimento relativo a causa di vibrazioni o di altre forze". Quando le macchine sono in funzione, le vibrazioni si verificano inevitabilmente nelle giunzioni imbullonate o fissate, tra componenti che non sono destinati a muoversi e in accoppiamenti e cuscinetti oscillanti. L'ampiezza di questi movimenti di scorrimento relativo è spesso dell'ordine dei micrometri o dei millimetri. Questo movimento ripetitivo a bassa ampiezza causa una grave usura meccanica localizzata e il trasferimento di materiale sulla superficie, che può portare a una riduzione dell'efficienza produttiva, delle prestazioni della macchina o addirittura al suo danneggiamento.

Importanza del metodo quantitativo
Valutazione dell'usura da sfregamento

L'usura da sfregamento spesso coinvolge diversi meccanismi di usura complessi che hanno luogo sulla superficie di contatto, tra cui l'abrasione a due corpi, l'adesione e/o l'usura da fatica da sfregamento. Per comprendere il meccanismo dell'usura da sfregamento e selezionare il materiale migliore per la protezione dall'usura da sfregamento, è necessaria una valutazione affidabile e quantitativa dell'usura da sfregamento. Il comportamento all'usura da sfregamento è influenzato in modo significativo dall'ambiente di lavoro, come l'ampiezza dello spostamento, il carico normale, la corrosione, la temperatura, l'umidità e la lubrificazione. Un versatile tribometro in grado di simulare le diverse condizioni di lavoro realistiche sarà ideale per la valutazione dell'usura da sfregamento.

Steven R. Lampman, Manuale ASM: Volume 19: Fatica e frattura
http://www.machinerylubrication.com/Read/693/fretting-wear

OBIETTIVO DI MISURAZIONE

In questo studio abbiamo valutato il comportamento dell'usura da fretting di un campione di acciaio inossidabile SS304 a diverse velocità di oscillazione e temperature per mostrare la capacità di NANOVEA T50 Il tribometro simula il processo di usura da fretting del metallo in modo controllato e monitorato.

NANOVEA

T50

CONDIZIONI DI PROVA

La resistenza all'usura da fretting di un campione di acciaio inossidabile SS304 è stata valutata da NANOVEA Tribometro con modulo di usura lineare a rotazione. Come materiale di contrasto è stata utilizzata una sfera di WC (diametro 6 mm). La traccia di usura è stata esaminata utilizzando un NANOVEA Profilatore 3D senza contatto. 

La prova di fretting è stata eseguita a temperatura ambiente (RT) e a 200 °C per studiare l'effetto dell'alta temperatura sulla resistenza all'usura da fretting del campione SS304. Una piastra riscaldante sullo stadio del campione ha riscaldato il campione durante la prova di fretting a 200 °C. Il tasso di usura, Kè stato valutato con la formula K=V/(F×s), dove V è il volume consumato, F è il carico normale e s è la distanza di scorrimento.

Si noti che in questo studio è stata utilizzata come esempio una sfera di WC come materiale di contrasto. È possibile applicare qualsiasi materiale solido con forme e finiture superficiali diverse utilizzando un dispositivo personalizzato per simulare la situazione applicativa reale.

PARAMETRI DEL TEST

delle misure di usura

RISULTATI E DISCUSSIONE

Il profilo 3D della pista d'usura consente di determinare direttamente e con precisione la perdita di volume della pista d'usura calcolata con il metodo del NANOVEA Software di analisi delle montagne. 

Il test di usura reciproca a bassa velocità di 100 giri/min e a temperatura ambiente mostra una piccola traccia di usura di 0,014 mm.³. In confronto, il test di usura da fretting eseguito ad una velocità elevata di 1000 giri/min crea una traccia di usura sostanzialmente più grande, con un volume di 0,12 mm.³Questo processo di usura accelerata può essere attribuito all'elevato calore e alle intense vibrazioni generate durante la prova di usura per fretting, che favoriscono l'ossidazione dei detriti metallici e provocano una forte abrasione a tre corpi. Il test di usura per fretting ad una temperatura elevata di 200 °C forma una traccia di usura più grande di 0,27 mm³.

Il test di usura da fretting a 1000 giri/min ha un tasso di usura di 1,5×10-4 mm³/Nm, che è quasi nove volte superiore a quello della prova di usura alternata a 100 giri/min. Il test di usura per fretting a una temperatura elevata accelera ulteriormente il tasso di usura a 3,4×10-4 mm³/Nm. Una differenza così significativa nella resistenza all'usura misurata a velocità e temperature diverse dimostra l'importanza di una corretta simulazione dell'usura da fretting per applicazioni realistiche.

Il comportamento all'usura può cambiare drasticamente quando si introducono nel tribosistema piccole variazioni nelle condizioni di prova. La versatilità del NANOVEA Il tribometro consente di misurare l'usura in diverse condizioni, tra cui alta temperatura, lubrificazione, corrosione e altre. L'accurato controllo della velocità e della posizione da parte del motore avanzato consente agli utenti di eseguire il test di usura a velocità comprese tra 0,001 e 5000 giri/minuto, rendendolo uno strumento ideale per i laboratori di ricerca/test per studiare l'usura da fretting in diverse condizioni tribologiche.

Tracce di usura da sfregamento in varie condizioni

al microscopio ottico

Tracce di usura da fretting in varie condizioni al microscopio ottico

PROFILI 3D DEI TRACCIATI D'USURA

fornire maggiori informazioni sulla comprensione dei fondamenti
del meccanismo di usura da fretting

Profili di usura 3d - fretting

RIEPILOGO DEI RISULTATI DELLE TRACCE DI USURA

misurata con diversi parametri di prova

CONCLUSIONE

In questo studio, abbiamo dimostrato la capacità della NANOVEA Tribometro per valutare il comportamento dell'usura da fretting di un campione di acciaio inossidabile SS304 in modo ben controllato e quantitativo. 

La velocità e la temperatura del test giocano un ruolo fondamentale nella resistenza all'usura da fretting dei materiali. L'elevato calore e le intense vibrazioni durante il fretting hanno determinato un'usura sostanzialmente accelerata del campione SS304 di quasi nove volte. La temperatura elevata di 200 °C ha ulteriormente aumentato il tasso di usura a 3,4×10-4 mm3/Nm. 

La versatilità del NANOVEA Il tribometro è uno strumento ideale per misurare l'usura da sfregamento in varie condizioni, tra cui alta temperatura, lubrificazione, corrosione e altre.

NANOVEA I tribometri 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 nostra gamma impareggiabile 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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Ispezione della rugosità superficiale delle compresse farmaceutiche

Compresse farmaceutiche

Ispezione della rugosità con i profilometri 3D

Autore:

Jocelyn Esparza

Introduzione

Le compresse farmaceutiche sono il dosaggio medicinale più diffuso oggi. Ogni compressa è costituita da una combinazione di sostanze attive (le sostanze chimiche che producono l'effetto farmacologico) e di sostanze inattive (disintegrante, legante, lubrificante, diluente - di solito sotto forma di polvere). Le sostanze attive e inattive vengono poi compresse o modellate in un solido. In seguito, a seconda delle specifiche del produttore, le compresse sono rivestite o non rivestite.

Per essere efficaci, i rivestimenti delle compresse devono seguire i contorni sottili dei loghi o dei caratteri in rilievo sulle compresse, devono essere sufficientemente stabili e robusti da sopravvivere alla manipolazione della compressa e non devono far sì che le compresse si attacchino l'una all'altra durante il processo di rivestimento. Le compresse attuali hanno in genere un rivestimento a base di polisaccaridi e polimeri che includono sostanze come pigmenti e plastificanti. I due tipi più comuni di rivestimenti da tavola sono i rivestimenti in pellicola e i rivestimenti in zucchero. Rispetto ai rivestimenti di zucchero, i rivestimenti in pellicola sono meno ingombranti, più durevoli e richiedono meno tempo per la preparazione e l'applicazione. Tuttavia, i rivestimenti in pellicola hanno maggiori difficoltà a nascondere l'aspetto delle compresse.

I rivestimenti delle compresse sono essenziali per proteggere dall'umidità, mascherare il sapore degli ingredienti e rendere le compresse più facili da deglutire. Ma soprattutto, il rivestimento della compressa controlla la posizione e la velocità di rilascio del farmaco.

OBIETTIVO DI MISURAZIONE

In questa applicazione, si utilizza il metodo Profilatore ottico NANOVEA e il software Mountains avanzato per misurare e quantificare la topografia di varie pillole pressate di marca (1 rivestita e 2 non rivestite) per confrontare la loro rugosità superficiale.

Si presume che Advil (rivestito) abbia la rugosità superficiale più bassa grazie al rivestimento protettivo di cui è dotato.

NANOVEA

HS2000

Condizioni di prova

Tre lotti di compresse pressate di marche farmaceutiche sono stati scansionati con Nanovea HS2000.
utilizzando il sensore di linea ad alta velocità per misurare vari parametri di rugosità superficiale secondo la norma ISO 25178.

Area di scansione

2 x 2 mm

Risoluzione della scansione laterale

5 x 5 μm

Tempo di scansione

4 secondi

Campioni

Risultati e discussione

Dopo la scansione delle compresse, è stato condotto uno studio della rugosità superficiale con il software avanzato di analisi Mountains per calcolare la media della superficie, il quadrato medio e l'altezza massima di ogni compressa.

I valori calcolati supportano l'ipotesi che Advil abbia una rugosità superficiale inferiore a causa del rivestimento protettivo che racchiude i suoi ingredienti. Tylenol presenta la rugosità superficiale più elevata di tutte e tre le compresse misurate.

È stata prodotta una mappa di altezza 2D e 3D della topografia della superficie di ciascuna tavoletta, che mostra le distribuzioni di altezza misurate. Una delle cinque tavolette è stata selezionata per rappresentare le mappe di altezza di ciascun marchio. Queste mappe di altezza sono un ottimo strumento per individuare visivamente le caratteristiche della superficie, come buche o picchi.

Conclusione

In questo studio abbiamo analizzato e confrontato la rugosità superficiale di tre pillole farmaceutiche pressate di marca: Advil, Tylenol ed Excedrin. Advil ha dimostrato di avere la rugosità superficiale media più bassa. Ciò può essere attribuito alla presenza del rivestimento arancione che ricopre il farmaco. Al contrario, sia Excedrin che Tylenol sono privi di rivestimento, ma la loro rugosità superficiale è comunque diversa. Tylenol ha dimostrato di avere la rugosità superficiale media più alta tra tutte le compresse studiate.

Utilizzando il NANOVEA HS2000 con sensore di linea ad alta velocità, siamo stati in grado di misurare 5 compresse in meno di 1 minuto. Questo può rivelarsi utile per il controllo di qualità di centinaia di pillole in una produzione odierna.

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