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Strumenti dentali: Analisi dimensionale e della rugosità superficiale
INTRODUZIONE
Avere dimensioni precise e rugosità superficiale ottimale sono vitali per la funzionalità delle viti dentali. Molte dimensioni delle viti dentali richiedono un'elevata precisione come raggi, angoli, distanze e altezze dei gradini. Comprendere la ruvidità della superficie locale è inoltre estremamente importante per qualsiasi strumento medico o parte inserita all'interno del corpo umano per ridurre al minimo l'attrito radente.
PROFILOMETRIA SENZA CONTATTO PER LO STUDIO DIMENSIONALE
Nanovea Profilatori 3D senza contatto utilizzano una tecnologia basata sulla luce cromatica per misurare qualsiasi superficie materiale: trasparente, opaca, speculare, diffusiva, lucida o ruvida. A differenza della tecnica con tastatore a contatto, la tecnica senza contatto può misurare all'interno di aree ristrette e non aggiunge errori intrinseci dovuti alla deformazione causata dalla pressione della punta su un materiale plastico più morbido. La tecnologia basata sulla luce cromatica offre inoltre una precisione laterale e di altezza superiore rispetto alla tecnologia di variazione della messa a fuoco. I Nanovea Profiler possono scansionare grandi superfici direttamente senza cuciture e profilare la lunghezza di una parte in pochi secondi. È possibile misurare caratteristiche superficiali della gamma da nano a macro e angoli di superficie elevati grazie alla capacità del profilatore di misurare le superfici senza che alcun algoritmo complesso manipoli i risultati.
OBIETTIVO DI MISURAZIONE
In questa applicazione, il profilatore ottico Nanovea ST400 è stato utilizzato per misurare una vite dentale lungo le caratteristiche piatte e filettate in un'unica misurazione. La rugosità superficiale è stata calcolata dall'area piana e sono state determinate le varie dimensioni delle caratteristiche filettate.
Campione di vite dentale analizzato da NANOVEA Profilatore ottico.
Campione di vite dentale analizzato.
RISULTATI
Superficie 3D
La vista 3D e la vista in falsi colori della vite dentale mostrano un'area piatta con filettatura che inizia su entrambi i lati. Fornisce agli utenti uno strumento semplice per osservare direttamente la morfologia della vite da diverse angolazioni. L'area piatta è stata estratta dalla scansione completa per misurarne la rugosità superficiale.
Analisi della superficie 2D
I profili lineari possono anche essere estratti dalla superficie per mostrare una vista in sezione trasversale della vite. L'analisi del contorno e gli studi sull'altezza del gradino sono stati utilizzati per misurare dimensioni precise in una determinata posizione sulla vite.
CONCLUSIONE
In questa applicazione, abbiamo mostrato la capacità del profilatore senza contatto Nanovea 3D di calcolare con precisione la rugosità superficiale locale e misurare caratteristiche di grandi dimensioni in un'unica scansione.
I dati mostrano una rugosità superficiale locale di 0,9637 μm. Il raggio della vite tra le filettature è risultato essere di 1,729 mm e le filettature avevano un'altezza media di 0,413 mm. L'angolo medio tra i fili è stato determinato pari a 61,3°.
I dati qui riportati rappresentano solo una parte dei calcoli disponibili nel software di analisi.
Preparato da
Duanjie Li, PhD., Jonathan Thomas e Pierre Leroux
Ceramica: Mappatura veloce di nanoindentazione per il rilevamento dei grani
INTRODUZIONE
Nanoindentazione è diventata una tecnica ampiamente applicata per misurare il comportamento meccanico dei materiali su piccola scalai ii. Le curve di spostamento del carico ad alta risoluzione derivanti da una misurazione di nanoindentazione possono fornire una varietà di proprietà fisico-meccaniche, tra cui durezza, modulo di Young, scorrimento, resistenza alla frattura e molte altre.
Importanza dell'indentazione della mappatura rapida
Un ostacolo significativo per l’ulteriore divulgazione della tecnica di nanoindentazione è il consumo di tempo. Una mappatura delle proprietà meccaniche mediante la procedura di nanoindentazione convenzionale può facilmente richiedere ore, il che ostacola l'applicazione della tecnica nei settori della produzione di massa, come quello dei semiconduttori, aerospaziale, MEMS, prodotti di consumo come piastrelle di ceramica e molti altri.
La mappatura rapida può rivelarsi essenziale nel settore della produzione di piastrelle di ceramica. Le mappature dei moduli di Durezza e Young su una singola piastrella di ceramica possono presentare una distribuzione di dati che indica quanto omogenea sia la superficie. In questa mappatura è possibile delineare le regioni più morbide su un riquadro e mostrare le posizioni più soggette a guasti a causa degli impatti fisici che si verificano quotidianamente nella residenza di qualcuno. È possibile effettuare mappature su diversi tipi di piastrelle per studi comparativi e su un lotto di piastrelle simili per misurarne la consistenza nei processi di controllo qualità. La combinazione di configurazioni di misurazione può essere ampia, nonché accurata ed efficiente con il metodo di mappatura rapida.
OBIETTIVO DI MISURAZIONE
In questo studio, la Nanovea Collaudatore meccanico, in modalità FastMap viene utilizzato per mappare le proprietà meccaniche di una piastrella ad alta velocità. Mostriamo la capacità del Nanovea Mechanical Tester di eseguire due veloci mappature di nanoindentazione con elevata precisione e riproducibilità.
Condizioni di prova
Il Nanovea Mechanical Tester è stato utilizzato per eseguire una serie di nanoindentazioni con la modalità FastMap su una piastrella del pavimento utilizzando un penetratore Berkovich. I parametri del test sono riepilogati di seguito per le due matrici di rientro create.
Tabella 1: riepilogo dei parametri del test.
RISULTATI E DISCUSSIONE
Figura 1: vista 2D e 3D della mappatura della durezza a 625 rientranze.
Figura 2: Micrografia della matrice a 625 rientranze che mostra la grana.
Una matrice da 625 rientranti è stata condotta su uno spessore di 0,20 mm2 area con una grande grana visibile presente. Questa grana (Figura 2) aveva una durezza media inferiore alla superficie complessiva della piastrella. Il software Nanovea Mechanical consente all'utente di vedere la mappa di distribuzione della durezza in modalità 2D e 3D, illustrata nella Figura 1. Utilizzando il controllo della posizione ad alta precisione del tavolino campione, il software consente agli utenti di individuare aree come queste in modo approfondito mappatura delle proprietà meccaniche.
Figura 3: vista 2D e 3D della mappatura della durezza a 1600 trattini.
Figura 4: Micrografia della matrice a 1600 rientranze.
Sulla stessa piastrella è stata inoltre creata una matrice da 1600 denti per misurare l'omogeneità della superficie. Anche in questo caso l'utente ha la possibilità di vedere la distribuzione della durezza in modalità 3D o 2D (Figura 3) nonché l'immagine al microscopio della superficie dentellata. Sulla base della distribuzione della durezza presentata, si può concludere che il materiale è poroso a causa della distribuzione uniforme dei punti dati di durezza alta e bassa.
Rispetto alle procedure convenzionali di nanoindentazione, la modalità FastMap in questo studio richiede sostanzialmente meno tempo ed è più economica. Consente una rapida mappatura quantitativa delle proprietà meccaniche, tra cui la durezza e il modulo di Young, e fornisce una soluzione per il rilevamento dei grani e della consistenza dei materiali, che è fondamentale per il controllo di qualità di una varietà di materiali nella produzione di massa.
CONCLUSIONE
In questo studio, abbiamo dimostrato la capacità del Nanovea Mechanical Tester nell'eseguire una mappatura della nanoindentazione rapida e precisa utilizzando la modalità FastMap. Le mappe delle proprietà meccaniche sulla piastrella in ceramica utilizzano il controllo della posizione (con precisione di 0,2 µm) degli stadi e la sensibilità del modulo di forza per rilevare i grani superficiali e misurare l'omogeneità di una superficie ad alta velocità.
I parametri di test utilizzati in questo studio sono stati determinati in base alle dimensioni della matrice e del materiale campione. È possibile scegliere una varietà di parametri di test per ottimizzare il tempo totale del ciclo di rientranza a 3 secondi per rientranza (o 30 secondi per ogni 10 rientranze).
I moduli Nano e Micro del Nanovea Mechanical Tester includono tutti modalità di test di indentazione, graffiatura e usura conformi ISO e ASTM, fornendo la gamma di test più ampia e intuitiva disponibile in un unico sistema. L'impareggiabile gamma di Nanovea è una soluzione ideale per determinare l'intera gamma di proprietà meccaniche di rivestimenti, pellicole e substrati sottili o spessi, morbidi o duri, tra cui durezza, modulo di Young, tenacità alla frattura, adesione, resistenza all'usura e molti altri.
Inoltre, sono disponibili un profilatore 3D senza contatto opzionale e un modulo AFM per l'imaging 3D ad alta risoluzione di rientranze, graffi e tracce di usura oltre ad altre misurazioni superficiali come la rugosità.
Autore: Duanjie Li, PhD Rivisto da Pierre Leroux e Jocelyn Esparza
Migliorare le procedure di estrazione con la microindicazione
RICERCA SULLA MICROINDENTAZIONE E CONTROLLO DI QUALITÀ
La meccanica delle rocce è lo studio del comportamento meccanico delle masse rocciose e trova applicazione nei settori dell'estrazione mineraria, della perforazione, della produzione di giacimenti e delle costruzioni civili. La strumentazione avanzata, che consente di misurare con precisione le proprietà meccaniche, permette di migliorare i pezzi e le procedure in questi settori. Il successo delle procedure di controllo della qualità è garantito dalla comprensione della meccanica delle rocce a livello microscopico.
Microindentazione è uno strumento fondamentale utilizzato per gli studi relativi alla meccanica delle rocce. Queste tecniche fanno progredire le tecniche di scavo, fornendo un'ulteriore comprensione delle proprietà della massa rocciosa. La microindentazione viene utilizzata per migliorare le teste di perforazione e quindi le procedure di estrazione. La microindentazione è stata utilizzata per studiare la formazione di gesso e polvere dai minerali. Gli studi di microindentazione possono includere durezza, modulo di Young, creep, stress-strain, tenacità alla frattura e compressione con un unico strumento.
OBIETTIVO DI MISURAZIONE
In questa applicazione la Nanovea tester meccanico misura la durezza Vickers (Hv), il modulo di Young e la resistenza alla frattura di un campione di roccia minerale. La roccia è costituita da biotite, feldspato e quarzo che formano il composito standard del granito. Ciascuno viene testato separatamente.
RISULTATI E DISCUSSIONE
Questa sezione comprende una tabella riassuntiva che confronta i principali risultati numerici per i diversi campioni, seguita dall'elenco completo dei risultati, che include ogni indentazione eseguita, accompagnata dalle micrografie dell'indentazione, quando disponibili. Questi risultati completi presentano i valori misurati di durezza e modulo di Young e la profondità di penetrazione (Δd) con le loro medie e deviazioni standard. Si deve considerare che una grande variazione nei risultati può verificarsi nel caso in cui la rugosità della superficie sia nella stessa gamma di dimensioni dell'indentazione.
Tabella riassuntiva dei principali risultati numerici per la durezza e la tenacità alla frattura
CONCLUSIONE
Il tester meccanico Nanovea ha dimostrato riproducibilità e precisione dei risultati di indentazione sulla superficie dura delle rocce minerali. La durezza e il modulo di Young di ciascun materiale che compone il granito sono stati misurati direttamente dalle curve di profondità rispetto al carico. La superficie ruvida ha comportato l'esecuzione di prove con carichi più elevati che potrebbero aver causato microfessurazioni. Le microfessurazioni spiegherebbero alcune delle variazioni osservate nelle misurazioni. Le fessure non erano percepibili attraverso l'osservazione al microscopio standard a causa della superficie ruvida del campione. Pertanto, non è possibile calcolare i numeri tradizionali di tenacità alla frattura, che richiedono la misurazione della lunghezza delle cricche. Invece, abbiamo usato il sistema per rilevare l'inizio delle cricche attraverso le dislocazioni nelle curve di profondità rispetto al carico, aumentando i carichi.
I carichi soglia di frattura sono stati riportati ai carichi in cui si sono verificati i cedimenti. A differenza dei test tradizionali di tenacità alla frattura, che misurano semplicemente la lunghezza della cricca, si ottiene un carico al quale inizia la soglia di frattura. Inoltre, l'ambiente controllato e strettamente monitorato consente di misurare la durezza come valore quantitativo per confrontare una varietà di campioni.
PARLIAMO ORA DELLA VOSTRA APPLICAZIONE
Ispezione della rugosità in linea
Rilevamento istantaneo degli errori con i profilatori in linea
Surface roughness and texture is vital to the end-use of a product. Fast, quanti able, and reliable inline inspection of the product surface ensures detecting the defective products immediately so as to determine the work
conditions of the production line. It not only improves productivity and e ciency, but also reduces defect rates,
re-work, and waste.
IMPORTANZA DEL PROFILATORE SENZA CONTATTO PER L'ISPEZIONE DELLA RUGOSITÀ IN LINEA
I difetti superficiali derivano dalla lavorazione dei materiali e dalla fabbricazione del prodotto. L'ispezione della qualità della superficie in linea garantisce il controllo di qualità più rigoroso dei prodotti finali. La Nanovea Profilometri 3D senza contatto utilizzano la tecnologia confocale cromatica con una capacità unica di determinare la ruvidità di un campione senza contatto. È possibile installare più sensori profilatori per monitorare contemporaneamente la rugosità e la struttura di diverse aree del prodotto. La soglia di rugosità calcolata in tempo reale dal software di analisi funge da strumento pass/fail veloce e affidabile.
OBIETTIVO DI MISURAZIONE
In questo studio, il sistema di trasporto per l'ispezione della rugosità Nanovea, dotato di un sensore puntiforme, viene utilizzato per ispezionare la rugosità superficiale dei campioni di acrilico e carta vetrata. Si dimostra la capacità del profilometro senza contatto Nanovea di fornire un'ispezione della rugosità in linea rapida e affidabile in una linea di produzione in tempo reale.
RISULTATI E DISCUSSIONE
Il sistema di profilatura a nastro può funzionare in due modalità: modalità Trigger e modalità continua. Come illustrato nella Figura 2, la rugosità superficiale dei campioni viene misurata quando passano sotto le teste del profilatore ottico in modalità Trigger. La modalità continua, invece, consente di misurare ininterrottamente la rugosità superficiale di un campione continuo, come lamiere e tessuti. È possibile installare più sensori del profilatore ottico per monitorare e registrare la rugosità di diverse aree del campione.
Durante la misurazione della rugosità in tempo reale, le finestre del software visualizzano gli avvisi di superamento e di insuccesso, come mostrato nelle Figure 4 e 5. Quando il valore della rugosità rientra nelle soglie stabilite, la rugosità misurata è evidenziata in verde. Quando il valore della rugosità rientra nelle soglie stabilite, la rugosità misurata è evidenziata in verde. Tuttavia, l'evidenziazione diventa rossa quando la rugosità della superficie misurata è al di fuori dell'intervallo dei valori di soglia impostati. Ciò fornisce all'utente uno strumento per determinare la qualità della finitura superficiale di un prodotto.
Nelle sezioni seguenti, vengono utilizzati due tipi di campioni, ad esempio acrilico e carta vetrata, per dimostrare le modalità Trigger e Continuous del sistema di ispezione.
Modalità Trigger: Ispezione della superficie del campione acrilico
Una serie di campioni acrilici sono allineati sul nastro trasportatore e si muovono sotto la testa del profilatore ottico, come illustrato nella Figura 1. La vista in falsi colori della Figura 6 mostra la variazione dell'altezza della superficie. Alcuni dei campioni acrilici finiti a specchio sono stati levigati per creare una struttura superficiale ruvida, come mostrato nella Figura 6b.
Mentre i campioni acrilici si muovono a velocità costante sotto la testa del profilatore ottico, viene misurato il profilo della superficie, come illustrato nelle Figure 7 e 8. Il valore di rugosità del profilo misurato viene calcolato contemporaneamente e confrontato con i valori di soglia. L'allarme rosso viene lanciato quando il valore di rugosità supera la soglia impostata, consentendo agli utenti di individuare immediatamente il prodotto difettoso sulla linea di produzione.
Modalità continua: Ispezione della superficie del campione di carta vetrata
Mappa dell'altezza della superficie, mappa della distribuzione della rugosità e mappa della soglia di passaggio/errore della rugosità della superficie del campione di carta vetrata, come mostrato nella Figura 9. Il campione di carta vetrata presenta un paio di picchi più alti nella parte utilizzata, come mostrato nella mappa dell'altezza della superficie. I diversi colori nella palette della Figura 9C rappresentano il valore di rugosità della superficie locale. La mappa della rugosità mostra una rugosità omogenea nell'area intatta del campione di carta vetrata, mentre l'area usata è evidenziata in colore blu scuro, a indicare il valore ridotto della rugosità in questa regione. È possibile impostare una soglia di rugosità Pass/Fail per individuare tali regioni, come mostrato nella Figura 9D.
Mentre la carta vetrata passa continuamente sotto il sensore del profilatore in linea, il valore di rugosità locale in tempo reale viene calcolato e registrato, come illustrato nella Figura 10. Gli avvisi di superamento/errore vengono visualizzati sullo schermo del software in base ai valori soglia di rugosità impostati, fungendo da strumento rapido e affidabile per il controllo della qualità. La qualità della superficie del prodotto nella linea di produzione viene ispezionata in loco per scoprire in tempo le aree difettose.
CONCLUSIONE
In questa applicazione, abbiamo dimostrato che il profilometro per nastri trasportatori Nanovea, dotato di un sensore ottico di profilazione senza contatto, funziona come strumento affidabile di controllo della qualità in linea in modo efficace ed efficiente.
Il sistema di ispezione può essere installato nella linea di produzione per monitorare la qualità superficiale dei prodotti in loco. La soglia di rugosità funziona come criterio affidabile per determinare la qualità della superficie dei prodotti, consentendo agli utenti di notare in tempo i prodotti difettosi. Sono previste due modalità di ispezione, la modalità Trigger e la modalità continua, per soddisfare le esigenze di ispezione su diversi tipi di prodotti.
I dati qui riportati rappresentano solo una parte dei calcoli disponibili nel software di analisi. I profilometri Nanovea misurano virtualmente qualsiasi superficie in campi come quello dei semiconduttori, della microelettronica, del solare, delle fibre, dell'ottica, dell'automotive, dell'aerospaziale, della metallurgia, della lavorazione, dei rivestimenti, del farmaceutico, del biomedicale, dell'ambientale e molti altri.
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Test di usura del blocco sull'anello
IMPORTANZA DELLA VALUTAZIONE DELL'USURA DEL BLOCCO SULL'ANELLO
L'usura da scorrimento è la progressiva perdita di materiale che deriva dallo scorrimento di due materiali l'uno contro l'altro nell'area di contatto sotto carico. Si verifica inevitabilmente in un'ampia varietà di settori in cui sono in funzione macchine e motori, tra cui quello automobilistico, aerospaziale, petrolifero e del gas e molti altri. Tale movimento di scorrimento provoca una grave usura meccanica e un trasferimento di materiale sulla superficie, che può portare a una riduzione dell'efficienza produttiva, delle prestazioni della macchina o addirittura a un suo danneggiamento.
L'usura per scorrimento spesso coinvolge complessi meccanismi di usura che si verificano sulla superficie di contatto, come l'usura per adesione, l'abrasione a due corpi, l'abrasione a tre corpi e l'usura per fatica. Il comportamento all'usura dei materiali è influenzato in modo significativo dall'ambiente di lavoro, come carico normale, velocità, corrosione e lubrificazione. Un versatile tribometro in grado di simulare le diverse condizioni di lavoro realistiche sarà ideale per la valutazione dell'usura.
Il test Block-on-Ring (ASTM G77) è una tecnica ampiamente utilizzata che valuta il comportamento di usura da scorrimento dei materiali in diverse condizioni simulate, consente una classificazione affidabile delle coppie di materiali per specifiche applicazioni tribologiche.
Il test Block-on-Ring (ASTM G77) è una tecnica ampiamente utilizzata che valuta il comportamento di usura da scorrimento dei materiali in diverse condizioni simulate, consente una classificazione affidabile delle coppie di materiali per specifiche applicazioni tribologiche.
OBIETTIVO DI MISURAZIONE
In questa applicazione, il tester meccanico Nanovea misura l'YS e l'UTS di campioni di acciaio inossidabile SS304 e di lega di alluminio Al6061. I campioni sono stati scelti per i loro valori YS e UTS comunemente riconosciuti, che dimostrano l'affidabilità dei metodi di indentazione di Nanovea.
Il comportamento di usura da scorrimento di un blocco H-30 su un anello S-10 è stato valutato dal tribometro di Nanovea utilizzando il modulo Block-on-Ring. Il blocco H-30 è realizzato in acciaio per utensili 01 con durezza 30HRC, mentre l'anello S-10 è in acciaio tipo 4620 con durezza superficiale da 58 a 63 HRC e diametro dell'anello di ~34,98 mm. I test Block-on-Ring sono stati eseguiti in ambienti asciutti e lubrificati per studiare l'effetto sul comportamento all'usura. I test di lubrificazione sono stati eseguiti con olio minerale pesante USP. La traccia di usura è stata esaminata utilizzando Nanovea Profilometro 3D senza contatto. I parametri del test sono riepilogati nella Tabella 1. Il tasso di usura (K), è stato valutato utilizzando la formula K=V/(F×s), dove V è il volume usurato, F è il carico normale, s è la distanza di scorrimento.
RISULTATI E DISCUSSIONE
La Figura 2 confronta il coefficiente di attrito (COF) dei test Block-on-Ring in ambienti asciutti e lubrificati. Il blocco ha un attrito significativamente maggiore in un ambiente asciutto rispetto a un ambiente lubrificato. COF
fluttua durante il periodo di rodaggio nei primi 50 giri e raggiunge un COF costante di ~0,8 per il resto del test di usura a 200 giri. In confronto, il test Block-on-Ring eseguito nella lubrificazione con olio minerale pesante USP mostra un COF costantemente basso di 0,09 durante il test di usura di 500.000 giri. Il lubrificante riduce significativamente il COF tra le superfici di ~90 volte.
Le figure 3 e 4 mostrano le immagini ottiche e i profili 2D in sezione trasversale delle tracce di usura sui blocchi dopo i test di usura a secco e lubrificati. I volumi delle tracce di usura e i tassi di usura sono riportati nella Tabella 2. Il blocco d'acciaio dopo la prova di usura a secco a una velocità di rotazione inferiore di 72 giri/min per 200 giri mostra un grande volume di cicatrici da usura di 9,45 mm˙. In confronto, la prova di usura eseguita a una velocità superiore di 197 giri/min per 500.000 giri con il lubrificante a base di olio minerale crea un volume della pista di usura sostanzialmente inferiore, pari a 0,03 mm˙.
Le immagini in ÿgura 3 mostrano che durante i test a secco si verifica una grave usura rispetto a quella lieve del test di usura lubrificato. L'elevato calore e le intense vibrazioni generate durante la prova di usura a secco favoriscono l'ossidazione dei detriti metallici, provocando una grave abrasione a tre corpi. Nella prova con lubrificazione, l'olio minerale riduce l'attrito e raffredda la superficie di contatto, oltre a trasportare i detriti abrasivi creati durante l'usura. Ciò porta a una significativa riduzione del tasso di usura di un fattore pari a ~8×10ˆ. Una differenza così sostanziale nella resistenza all'usura in ambienti diversi dimostra l'importanza di una corretta simulazione dell'usura da scorrimento in condizioni di servizio realistiche.
Il comportamento all'usura può cambiare drasticamente quando si introducono piccole variazioni nelle condizioni di prova. La versatilità del tribometro Nanovea consente di misurare l'usura in condizioni di alta temperatura, lubrificazione e tribocorrosione. L'accurato controllo della velocità e della posizione da parte del motore avanzato consente di eseguire test di usura a velocità comprese tra 0,001 e 5000 giri/minuto, rendendolo uno strumento ideale per i laboratori di ricerca/test per studiare l'usura in condizioni tribologiche diverse.
Le condizioni superficiali dei campioni sono state esaminate con il proÿlometro ottico senza contatto di Nanovea. La Figura 5 mostra la morfologia superficiale degli anelli dopo i test di usura. La forma del cilindro è stata rimossa per presentare meglio la morfologia superficiale e la rugosità creata dal processo di usura per scorrimento. Durante la prova di usura a secco di 200 giri si è verificato un significativo irruvidimento della superficie a causa del processo di abrasione a tre corpi. Il blocco e l'anello dopo la prova di usura a secco presentano una rugosità Ra di 14,1 e 18,1 µm, rispettivamente, rispetto a 5,7 e 9,1 µm per la prova di usura lubrificata a lungo termine di 500.000 giri a una velocità superiore. Questo test dimostra l'importanza di una corretta lubrificazione del contatto pistone-cilindro. Una forte usura danneggia rapidamente la superficie di contatto senza lubrificazione e porta a un deterioramento irreversibile della qualità del servizio e persino alla rottura del motore.
CONCLUSIONE
In questo studio mostriamo come il tribometro di Nanovea viene utilizzato per valutare il comportamento di usura da scorrimento di una coppia acciaio-metallo utilizzando il modulo Block-on-Ring secondo lo standard ASTM G77. Il lubrificante gioca un ruolo critico nelle proprietà di usura della coppia di materiali. L'olio minerale riduce il tasso di usura del blocco H-30 di un fattore di ~8×10ˆ e il COF di ~90 volte. La versatilità del Tribometro di Nanovea lo rende uno strumento ideale per misurare il comportamento dell'usura in varie condizioni di lubrificazione, alta temperatura e tribocorrosione.
Il tribometro di Nanovea offre test di usura e attrito precisi e ripetibili utilizzando modalità rotativa e lineare conformi a ISO e ASTM, con moduli opzionali di usura ad alta temperatura, lubrificazione e tribocorrosione disponibili in un unico sistema preintegrato. L'impareggiabile gamma di Nanovea è una soluzione ideale per determinare l'intera gamma di proprietà tribologiche di rivestimenti, pellicole e substrati sottili o spessi, morbidi o duri.
PARLIAMO ORA DELLA VOSTRA APPLICAZIONE
Analisi dei materiali compositi con la profilometria 3D
Importanza della profilometria senza contatto per i materiali compositi
È fondamentale ridurre al minimo i difetti in modo che i materiali compositi siano il più resistenti possibile nelle applicazioni di rinforzo. Essendo un materiale anisotropo, è fondamentale che la direzione dell'armatura sia coerente per mantenere la prevedibilità delle prestazioni. I materiali compositi hanno uno dei più alti rapporti tra resistenza e peso, che in alcuni casi li rende più resistenti dell'acciaio. È importante limitare la superficie esposta nei compositi per ridurre al minimo la vulnerabilità chimica e gli effetti di espansione termica. L'ispezione superficiale con profilometria è fondamentale per il controllo di qualità della produzione dei compositi, per garantire prestazioni elevate per un lungo periodo di servizio.
Quella di Nanovea Profilometro 3D senza contatto è diverso da altre tecniche di misurazione della superficie come i tastatori o l'interferometria. I nostri profilometri utilizzano il cromatismo assiale per misurare quasi tutte le superfici e la stadiazione aperta consente campioni di qualsiasi dimensione senza necessità di preparazione. Le misurazioni nano-macro vengono ottenute durante la misurazione del profilo superficiale con zero influenza da parte della riflettività o dell'assorbimento del campione. I nostri profilometri misurano facilmente qualsiasi materiale: trasparente, opaco, speculare, diffusivo, lucido e ruvido con la capacità avanzata di misurare angoli superficiali elevati senza manipolazione del software. La tecnica del profilometro senza contatto fornisce la capacità ideale e facile da usare per massimizzare gli studi sulla superficie del materiale composito; insieme ai vantaggi della funzionalità combinata 2D e 3D.
Obiettivo di misurazione
Il profilometro Nanovea HS2000L utilizzato in questa applicazione ha misurato la superficie di due trame di compositi in fibra di carbonio. La rugosità superficiale, la lunghezza della trama, l'isotropia, l'analisi frattale e altri parametri di superficie sono stati utilizzati per caratterizzare i compositi. L'area misurata è stata selezionata in modo casuale e si presume che sia sufficientemente grande da poter confrontare i valori delle proprietà utilizzando il potente software di analisi delle superfici di Nanovea.
Risultati e discussione
Analisi della superficie
I parametri di altezza determinano la ruvidità delle parti in composito con un basso rapporto fibra/matrice. I nostri risultati confrontano diversi tipi di trama e tessuto per determinare la finitura superficiale dopo la lavorazione. La finitura superficiale diventa fondamentale nelle applicazioni in cui può essere coinvolta l'aerodinamica.
Isotropia
L'isotropia mostra la direzionalità della trama per determinare i valori di proprietà attesi. Il nostro studio mostra come il composito bidirezionale sia ~60% isotropo, come previsto. Nel frattempo, il composito unidirezionale è isotropo per ~13% a causa della forte direzione del percorso della singola fibra.
Analisi della trama
La dimensione dell'armatura determina la consistenza dell'impacchettamento e la larghezza delle fibre utilizzate nel composito. Il nostro studio mostra come sia facile misurare le dimensioni della trama con una precisione al micron per garantire la qualità dei pezzi.
Analisi della struttura
L'analisi della texture della lunghezza d'onda dominante suggerisce che la dimensione dei filamenti per entrambi i compositi è di 4,27 micron di spessore. L'analisi della dimensione frattale della superficie della fibra determina la levigatezza per individuare la facilità con cui le fibre si depositano in una matrice. La dimensione frattale della fibra unidirezionale è superiore a quella della fibra bidirezionale, il che può influire sulla lavorazione dei compositi.
Conclusione
In questa applicazione, abbiamo dimostrato che il profilometro senza contatto Nanovea HS2000L caratterizza con precisione la superficie fibrosa dei materiali compositi. Abbiamo distinto le differenze tra i tipi di trama della fibra di carbonio con parametri di altezza, isotropia, analisi della struttura e misurazioni della distanza, oltre a molto altro.
Le misure di superficie del nostro profilometro attenuano con precisione e rapidità i danni ai compositi, riducendo i difetti nelle parti e massimizzando la capacità dei materiali compositi. La velocità del profilometro 3D di Nanovea varia da <1 mm/s a 500 mm/s per essere adatta alle applicazioni di ricerca e alle esigenze di ispezione ad alta velocità. Il profilometro Nanovea è la soluzione
per qualsiasi esigenza di misurazione di materiali compositi.
PARLIAMO ORA DELLA VOSTRA APPLICAZIONE
Valutazione della durezza dei tessuti biologici con la nanoindentazione
Importanza della nanoindentazione dei tessuti biologici
I test meccanici tradizionali (durezza, adesione, compressione, perforazione, resistenza allo snervamento, ecc.) richiedono maggiore precisione e affidabilità negli attuali ambienti di controllo qualità con un'ampia gamma di materiali avanzati, dai tessuti ai materiali fragili. La strumentazione meccanica tradizionale non è in grado di fornire il controllo sensibile del carico e la risoluzione necessari per i materiali avanzati. Le sfide associate ai biomateriali richiedono lo sviluppo di test meccanici in grado di controllare accuratamente il carico su materiali estremamente morbidi. Questi materiali richiedono carichi di prova molto bassi, inferiori al mN, con un ampio intervallo di profondità per garantire una misurazione corretta delle proprietà. Inoltre, molti tipi di test meccanici diversi possono essere eseguiti su un singolo sistema, consentendo una maggiore funzionalità. Ciò consente di effettuare una serie di importanti misurazioni sui biomateriali, tra cui la durezza, il modulo elastico, il modulo di perdita e di accumulo e il creep, oltre alla resistenza ai graffi e ai punti di rottura dello snervamento.
Obiettivo di misurazione
In questa applicazione il tester meccanico di Nanovea in modalità di nanoindentazione viene utilizzato per studiare la durezza e il modulo elastico di 3 aree separate di un sostituto biomateriale su regioni di grasso, carne chiara e carne scura del prosciutto.
La nanoindentazione si basa sugli standard di indentazione strumentale ASTM E2546 e ISO 14577. Utilizza metodi consolidati in cui una punta di penetrazione di geometria nota viene conficcata in un punto specifico del materiale di prova con un carico normale controllato e crescente. Quando si raggiunge una profondità massima prestabilita, il carico normale viene ridotto fino al completo rilassamento. Il carico viene applicato da un attuatore piezoelettrico e misurato in un ciclo controllato con una cella di carico ad alta sensibilità. Durante gli esperimenti, la posizione del penetratore rispetto alla superficie del campione viene monitorata con un sensore capacitivo ad alta precisione. Le curve di carico e spostamento risultanti forniscono dati specifici sulla natura meccanica del materiale testato. Modelli consolidati calcolano i valori quantitativi di durezza e modulo con i dati misurati. La nanoindentazione è adatta a misurazioni a basso carico e profondità di penetrazione su scala nanometrica.
Risultati e discussione
Le tabelle seguenti presentano i valori misurati di durezza e modulo di Young con medie e deviazioni standard. Un'elevata rugosità superficiale può causare grandi variazioni nei risultati a causa delle dimensioni ridotte dell'indentazione.
L'area del grasso presentava una durezza pari a circa la metà di quella delle aree della carne. Il trattamento della carne ha fatto sì che la zona scura della carne fosse più dura di quella chiara. Il modulo elastico e la durezza sono in relazione diretta con la masticabilità al tatto delle aree del grasso e della carne. L'area del grasso e della carne chiara ha continuato a scorrere in misura maggiore rispetto alla carne scura dopo 60 secondi.
Risultati dettagliati - Grasso
Risultati dettagliati - Carne leggera
Risultati dettagliati - Carne scura
Conclusione
In questa applicazione, Nanovea tester meccanico in modalità nanoindentazione hanno determinato in modo affidabile le proprietà meccaniche delle aree di grasso e carne, superando l'elevata ruvidità della superficie del campione. Ciò ha dimostrato l'ampia e ineguagliata capacità del tester meccanico di Nanovea. Il sistema fornisce contemporaneamente misurazioni precise delle proprietà meccaniche su materiali estremamente duri e tessuti biologici molli.
La cella di carico in controllo ad anello chiuso con la tavola piezoelettrica assicura una misurazione precisa di materiali in gel duri o morbidi da 1 a 5kPa. Utilizzando lo stesso sistema, è possibile testare i biomateriali a carichi più elevati, fino a 400N. Per le prove di fatica è possibile utilizzare un carico a più cicli e ottenere informazioni sulla resistenza allo snervamento in ogni zona utilizzando una punta di diamante cilindrica piatta. Inoltre, con l'analisi meccanica dinamica (DMA), le proprietà viscoelastiche, la perdita e il modulo di accumulo possono essere valutati con elevata precisione grazie al controllo del carico ad anello chiuso. Sullo stesso sistema sono disponibili anche prove a varie temperature e sotto liquidi.
Il tester meccanico di Nanovea continua a essere lo strumento superiore per le applicazioni biologiche e di polimeri/gel morbidi.
PARLIAMO ORA DELLA VOSTRA APPLICAZIONE
Valutazione dell'usura e del graffio di fili di rame trattati superficialmente
Importanza della valutazione dell'usura e dei graffi dei fili di rame
Il rame ha una lunga storia di utilizzo nel cablaggio elettrico fin dall'invenzione dell'elettromagnete e del telegrafo. I fili di rame sono utilizzati in un'ampia gamma di apparecchiature elettroniche, come pannelli, contatori, computer, macchine commerciali ed elettrodomestici, grazie alla loro resistenza alla corrosione, alla saldabilità e alle prestazioni a temperature elevate, fino a 150°C. Circa la metà di tutto il rame estratto viene utilizzato per la produzione di conduttori di fili e cavi elettrici.
La qualità della superficie dei fili di rame è fondamentale per le prestazioni e la durata delle applicazioni. I micro difetti nei fili possono portare a un'usura eccessiva, all'innesco e alla propagazione di cricche, a una diminuzione della conduttività e a un'inadeguata saldabilità. Un adeguato trattamento superficiale dei fili di rame rimuove i difetti superficiali generati durante la trafilatura, migliorando la resistenza alla corrosione, ai graffi e all'usura. Molte applicazioni aerospaziali con fili di rame richiedono un comportamento controllato per evitare guasti imprevisti alle apparecchiature. Per valutare correttamente la resistenza all'usura e ai graffi della superficie del filo di rame sono necessarie misure quantificabili e affidabili.
Obiettivo di misurazione
In questa applicazione simuliamo un processo di usura controllata di diversi trattamenti superficiali del filo di rame. Test di graffiatura misura il carico necessario a causare la rottura dello strato superficiale trattato. Questo studio mette in mostra la Nanovea Tribometro e Collaudatore meccanico come strumenti ideali per la valutazione e il controllo qualità dei cavi elettrici.
Procedura di test e procedure
Il coefficiente di attrito (COF) e la resistenza all'usura di due diversi trattamenti superficiali sui fili di rame (filo A e filo B) sono stati valutati dal tribometro Nanovea utilizzando un modulo di usura alternativo lineare. Una sfera Al₂O₃ (6 mm di diametro) è il contromateriale utilizzato in questa applicazione. La traccia di usura è stata esaminata utilizzando Nanovea Profilometro 3D senza contatto. I parametri del test sono riepilogati nella Tabella 1.
In questo studio è stata utilizzata come esempio una sfera liscia di Al₂O₃ come materiale di contrasto. È possibile applicare qualsiasi materiale solido con forma e finitura superficiale diverse, utilizzando un dispositivo personalizzato per simulare la situazione di applicazione reale.
Il tester meccanico di Nanovea, dotato di uno stilo in diamante Rockwell C (raggio di 100 μm), ha eseguito prove di graffiatura a carico progressivo sui fili rivestiti utilizzando la modalità micrograffio. I parametri del test di graffiatura e la geometria della punta sono riportati nella Tabella 2.
Risultati e discussione
Usura del filo di rame:
La Figura 2 mostra l'evoluzione della COF dei fili di rame durante i test di usura. Il filo A mostra un COF stabile di ~0,4 per tutta la durata del test di usura, mentre il filo B presenta un COF di ~0,35 nei primi 100 giri e aumenta progressivamente fino a ~0,4.
La Figura 3 confronta le tracce di usura dei fili di rame dopo i test. Il profilometro 3D senza contatto di Nanovea ha offerto un'analisi superiore della morfologia dettagliata delle tracce di usura. Consente una determinazione diretta e accurata del volume delle tracce di usura, fornendo una comprensione fondamentale del meccanismo di usura. La superficie del filo B presenta danni significativi alle tracce di usura dopo un test di usura a 600 giri. La vista 3D del profilometro mostra che lo strato trattato in superficie del filo B è stato completamente rimosso, accelerando in modo sostanziale il processo di usura. Ciò ha lasciato una traccia di usura appiattita sul filo B dove è esposto il substrato di rame. Ciò può comportare una riduzione significativa della durata di vita delle apparecchiature elettriche in cui viene utilizzato il filo B. In confronto, il filo A presenta un'usura relativamente lieve, evidenziata da una traccia di usura poco profonda sulla superficie. Lo strato trattato in superficie sul filo A non si è rimosso come quello sul filo B nelle stesse condizioni.
Resistenza ai graffi della superficie del filo di rame:
La Figura 4 mostra le tracce di graffi sui fili dopo il test. Lo strato protettivo del filo A mostra un'ottima resistenza ai graffi. Si delamina a un carico di ~12,6 N. In confronto, lo strato protettivo del filo B si è rotto a un carico di ~1,0 N. Una differenza così significativa nella resistenza ai graffi di questi fili contribuisce alle loro prestazioni all'usura, dove il filo A possiede una resistenza all'usura sostanzialmente superiore. L'evoluzione della forza normale, della COF e della profondità durante i test di graffiatura mostrati nella Fig. 5 fornisce ulteriori informazioni sul cedimento del rivestimento durante i test.
Conclusione
In questo studio controllato abbiamo presentato il tribometro Nanovea che effettua una valutazione quantitativa della resistenza all'usura dei fili di rame trattati superficialmente e il tester meccanico Nanovea che fornisce una valutazione affidabile della resistenza ai graffi dei fili di rame. Il trattamento superficiale del filo gioca un ruolo fondamentale nelle proprietà tribomeccaniche durante la sua vita. Un trattamento superficiale adeguato del filo A ha migliorato significativamente la resistenza all'usura e ai graffi, fondamentale per le prestazioni e la durata dei fili elettrici in ambienti difficili.
Il tribometro di Nanovea offre test di usura e attrito precisi e ripetibili utilizzando modalità rotative e lineari conformi agli standard ISO e ASTM, con moduli opzionali per l'usura ad alta temperatura, la lubrificazione e la tribocorrosione disponibili in un unico sistema pre-integrato. La gamma impareggiabile di Nanovea è la soluzione ideale per determinare l'intera gamma di proprietà tribologiche di rivestimenti, film e substrati sottili o spessi, morbidi o duri.
Avete un'applicazione simile?
Resistenza allo snervamento e alla trazione di acciaio e alluminio
Importanza della misurazione del carico di snervamento e del carico di rottura con l'indentazione
Tradizionalmente, il carico di snervamento e il carico di rottura sono stati testati utilizzando una macchina per prove di trazione di grandi dimensioni, che richiede una forza enorme per staccare i campioni di prova. È costoso e dispendioso in termini di tempo lavorare adeguatamente molti tagliandi di prova per un materiale in cui ogni campione può essere testato solo una volta. Piccoli difetti nel campione creano una notevole variazione nei risultati delle prove. Le diverse configurazioni e allineamenti dei tester di trazione presenti sul mercato spesso comportano variazioni sostanziali nella meccanica e nei risultati delle prove.
L'innovativo metodo di indentazione di Nanovea fornisce direttamente valori di resistenza allo snervamento e di resistenza alla trazione finale paragonabili ai valori misurati dai test di trazione convenzionali. Questa misurazione apre un nuovo campo di possibilità di test per tutti i settori industriali. Il semplice setup sperimentale riduce significativamente i tempi e i costi di preparazione dei campioni rispetto alla complessa forma delle cedole richiesta per le prove di trazione. Grazie alle dimensioni ridotte dell'indentazione, è possibile eseguire più misure su un singolo campione. Questo sistema evita l'influenza dei difetti che si riscontrano nelle cedole per prove di trazione create durante la lavorazione del campione. Le misure di YS e UTS su piccoli campioni in aree localizzate consentono la mappatura e l'individuazione di difetti locali in tubazioni o strutture auto.
Obiettivo di misurazione
In questa applicazione, il sistema Nanovea Collaudatore meccanico misura il carico di snervamento e il carico di rottura a trazione di campioni di acciaio inossidabile SS304 e lega metallica di alluminio Al6061. I campioni sono stati scelti per i valori di resistenza allo snervamento e di resistenza alla trazione comunemente riconosciuti, che dimostrano l'affidabilità dei metodi di indentazione di Nanovea.
Procedura di test e procedure
Le prove di resistenza allo snervamento e di resistenza alla trazione finale sono state eseguite con il tester meccanico Nanovea nel Microindentazione modalità. Per questa applicazione è stata utilizzata una punta di diamante cilindrica piatta di 200 μm di diametro. Le leghe SS304 e Al6061 sono state selezionate per la loro vasta applicazione industriale e per i valori di resistenza allo snervamento e resistenza alla trazione finale comunemente riconosciuti, al fine di dimostrare il grande potenziale e l'affidabilità del metodo di indentazione. I campioni sono stati lucidati meccanicamente a specchio prima delle prove per evitare che la rugosità della superficie o i difetti influenzassero i risultati. Le condizioni di prova sono elencate nella Tabella 1. Sono state eseguite più di dieci prove su ciascun campione per garantire la ripetibilità dei valori di prova.
Risultati e discussione
Le curve di carico-spostamento dei campioni di lega SS304 e Al6061 sono mostrate nella Figura 3 con le impronte del penetratore piatto sui campioni di prova. L'analisi della curva di carico a forma di "S", utilizzando speciali algoritmi sviluppati da Nanovea, calcola il carico di snervamento e il carico di rottura. I valori sono calcolati automaticamente dal software, come riassunto nella Tabella 1. I valori di Yield Strength e Ultimate Tensile Strength ottenuti con prove di trazione convenzionali sono elencati per confronto.
Conclusione
In questo studio, abbiamo mostrato la capacità del Nanovea Mechanical Tester nel valutare la resistenza allo snervamento e la resistenza alla trazione finale di campioni di fogli di acciaio inossidabile e leghe di alluminio. La semplice configurazione sperimentale riduce significativamente i tempi e i costi per la preparazione dei campioni necessari per le prove di trazione. La dimensione ridotta della rientranza consente di eseguire misurazioni multiple su un singolo campione. Questo metodo consente misurazioni YS/UTS su piccoli campioni e aree localizzate, fornendo una soluzione per la mappatura YS/UTS e il rilevamento locale dei difetti di tubazioni o strutture automobilistiche.
I moduli Nano, Micro o Macro del Nanovea Mechanical Tester includono tutti modalità di test di indentazione, graffiatura e usura conformi ISO e ASTM, fornendo la gamma di test più ampia e intuitiva disponibile in un unico sistema. L'impareggiabile gamma di Nanovea è una soluzione ideale per determinare l'intera gamma di proprietà meccaniche di rivestimenti, pellicole e substrati sottili o spessi, morbidi o duri, tra cui durezza, modulo di Young, tenacità alla frattura, adesione, resistenza all'usura e molti altri. Inoltre, sono disponibili un profilatore 3D senza contatto opzionale e un modulo AFM per l'imaging 3D ad alta risoluzione di rientranze, graffi e tracce di usura oltre ad altre misurazioni superficiali come la rugosità.
Avete un'applicazione simile?
Tribologia del carico dinamico
Tribologia del carico dinamico
Introduzione
L'usura si verifica praticamente in ogni settore industriale e comporta costi pari a ~0,75% del PIL1. La ricerca tribologica è fondamentale per migliorare l'efficienza produttiva, le prestazioni delle applicazioni e la conservazione di materiali, energia e ambiente. Le vibrazioni e le oscillazioni si verificano inevitabilmente in un'ampia gamma di applicazioni tribologiche. Un'eccessiva vibrazione esterna accelera il processo di usura e riduce le prestazioni di servizio, portando a guasti catastrofici delle parti meccaniche.
I tribometri convenzionali a carico morto applicano carichi normali mediante pesi di massa. Questa tecnica di carico non solo limita le opzioni di carico a un carico costante, ma crea anche intense vibrazioni incontrollate a carichi e velocità elevati che portano a valutazioni limitate e incoerenti del comportamento all'usura. Una valutazione affidabile dell'effetto dell'oscillazione controllata sul comportamento all'usura dei materiali è auspicabile per la R&S e il controllo qualità in diverse applicazioni industriali.
L'innovativo carico elevato di Nanovea tribometro ha una capacità di carico massima di 2000 N con un sistema di controllo dinamico del carico. L'avanzato sistema di caricamento pneumatico dell'aria compressa consente agli utenti di valutare il comportamento tribologico di un materiale sotto carichi normali elevati con il vantaggio di smorzare le vibrazioni indesiderate create durante il processo di usura. Pertanto, il carico viene misurato direttamente senza la necessità di molle tampone utilizzate nei modelli più vecchi. Un modulo di carico oscillante con elettromagnete parallelo applica un'oscillazione ben controllata dell'ampiezza desiderata fino a 20 N e della frequenza fino a 150 Hz.
L'attrito viene misurato con elevata precisione direttamente dalla forza laterale applicata al supporto superiore. Lo spostamento viene monitorato in situ, fornendo informazioni sull'evoluzione del comportamento all'usura dei campioni di prova. Il test di usura con carico a oscillazione controllata può essere eseguito anche in ambienti di corrosione, alta temperatura, umidità e lubrificazione per simulare le reali condizioni di lavoro per le applicazioni tribologiche. Un integrato ad alta velocità profilometro senza contatto misura automaticamente la morfologia della traccia di usura e il volume di usura in pochi secondi.
Obiettivo di misurazione
In questo studio, mostriamo la capacità del tribometro a carico dinamico Nanovea T2000 di studiare il comportamento tribologico di diversi campioni di rivestimento e di metallo in condizioni di carico oscillante controllato.
Procedura di prova
Il comportamento tribologico, ad esempio il coefficiente di attrito, COF, e la resistenza all'usura di un rivestimento resistente all'usura di 300 µm di spessore è stato valutato e confrontato dal tribometro Nanovea T2000 con un tribometro convenzionale a carico morto, utilizzando una configurazione perno su disco conforme alla norma ASTM G992.
Campioni separati rivestiti di Cu e TiN contro una sfera di Al₂0₃ da 6 mm sotto oscillazione controllata sono stati valutati mediante la modalità tribologica a carico dinamico del tribometro Nanovea T2000.
I parametri del test sono riassunti nella Tabella 1.
Il profilometro 3D integrato, dotato di un sensore di linea, esegue automaticamente la scansione della pista di usura dopo i test, fornendo la misura più accurata del volume di usura in pochi secondi.
Risultati e discussione
Sistema di carico pneumatico vs. sistema a carico morto
Il comportamento tribologico di un rivestimento resistente all'usura utilizzando il tribometro Nanovea T2000 viene confrontato con un tribometro convenzionale a carico morto (DL). L'evoluzione del COF del rivestimento è illustrata nella Fig. 2. Si osserva che il rivestimento presenta un valore COF comparabile di ~0,6 durante il test di usura. Tuttavia, i 20 profili delle sezioni trasversali in diversi punti della pista di usura nella Fig. 3 indicano che il rivestimento ha subito un'usura molto più grave con il sistema a carico morto.
Le vibrazioni intense sono state generate dal processo di usura del sistema a carico morto a carico e velocità elevati. L'enorme pressione concentrata sulla superficie di contatto, combinata con un'elevata velocità di scorrimento, crea vibrazioni sostanziali del peso e della struttura che portano a un'usura accelerata. Il tribometro a carico morto convenzionale applica il carico utilizzando pesi di massa. Questo metodo è affidabile ai carichi di contatto più bassi e in condizioni di usura lievi; tuttavia, in condizioni di usura aggressiva a carichi e velocità più elevati, le vibrazioni significative fanno rimbalzare ripetutamente i pesi, dando luogo a una traccia di usura irregolare che causa una valutazione tribologica inaffidabile. Il tasso di usura calcolato è di 8,0±2,4 x 10-4 mm3/N m, con un tasso di usura elevato e un'ampia deviazione standard.
Il tribometro Nanovea T2000 è progettato con un sistema di carico a controllo dinamico per smorzare le oscillazioni. Il sistema applica il carico normale con aria compressa, riducendo al minimo le vibrazioni indesiderate che si creano durante il processo di usura. Inoltre, il controllo attivo del carico ad anello chiuso garantisce l'applicazione di un carico costante per tutta la durata del test di usura e lo stilo segue la variazione di profondità della traccia di usura. Come mostrato nella Fig. 3a, è stato misurato un profilo della traccia d'usura significativamente più coerente, che ha portato a un basso tasso di usura di 3,4±0,5 x 10-4 mm3/Nm.
L'analisi della traccia di usura mostrata nella Fig. 4 conferma che il test di usura eseguito con il sistema di caricamento pneumatico ad aria compressa del tribometro Nanovea T2000 crea una traccia di usura più uniforme e coerente rispetto al tribometro convenzionale a carico morto. Inoltre, il tribometro Nanovea T2000 misura lo spostamento dello stilo durante il processo di usura, fornendo ulteriori informazioni sull'andamento del comportamento dell'usura in situ.
Oscillazione controllata sull'usura del campione di Cu
Il modulo elettromagnetico a carico oscillante parallelo del tribometro Nanovea T2000 consente di studiare l'effetto delle oscillazioni di ampiezza e frequenza controllate sul comportamento all'usura dei materiali. La COF dei campioni di Cu è stata registrata in situ, come mostrato nella Fig. 6. Il campione di Cu mostra una COF costante. Il campione di Cu presenta una COF costante di ~0,3 durante la prima misurazione a 330 giri, a indicare la formazione di un contatto stabile all'interfaccia e di una pista di usura relativamente liscia. Con il proseguire della prova di usura, la variazione del COF indica un cambiamento nel meccanismo di usura. In confronto, le prove di usura sotto un'oscillazione di 5 N controllata in ampiezza a 50 N mostrano un comportamento diverso: il COF aumenta rapidamente all'inizio del processo di usura e mostra una variazione significativa per tutta la durata della prova. Questo comportamento del COF indica che l'oscillazione imposta nel carico normale gioca un ruolo nello stato di scorrimento instabile del contatto.
La Fig. 7 confronta la morfologia della traccia di usura misurata dal profilometro ottico integrato senza contatto. Si può osservare che il campione di Cu sottoposto a un'ampiezza di oscillazione controllata di 5 N presenta una traccia di usura molto più grande, con un volume di 1,35 x 109 µm3, rispetto a 5,03 x 108 µm3 in assenza di oscillazioni imposte. L'oscillazione controllata accelera significativamente il tasso di usura di un fattore pari a ~2,7, dimostrando l'effetto critico dell'oscillazione sul comportamento dell'usura.
Oscillazione controllata sull'usura del rivestimento TiN
La COF e le tracce di usura del campione con rivestimento in TiN sono mostrate nella Fig. 8. Il rivestimento TiN presenta comportamenti di usura significativamente diversi in condizioni di oscillazione, come indicato dall'evoluzione della COF durante le prove. Il rivestimento TiN mostra un COF costante di ~0,3 dopo il periodo di rodaggio all'inizio della prova di usura, a causa del contatto stabile di scorrimento all'interfaccia tra il rivestimento TiN e la sfera di Al₂O₃. Tuttavia, quando il rivestimento TiN inizia a cedere, la sfera di Al₂O₃ penetra attraverso il rivestimento e scivola contro il substrato di acciaio fresco sottostante. Contemporaneamente, nella pista di usura si genera una quantità significativa di detriti di rivestimento TiN duro, trasformando l'usura da scorrimento stabile a due corpi in usura da abrasione a tre corpi. Questo cambiamento delle caratteristiche di coppia del materiale porta a maggiori variazioni nell'evoluzione del COF. L'oscillazione imposta di 5 N e 10 N accelera il cedimento del rivestimento TiN da ~400 giri a meno di 100 giri. Le tracce di usura più grandi sui campioni di rivestimento TiN dopo le prove di usura con oscillazione controllata sono in accordo con tale variazione della COF.
Conclusione
L'avanzato sistema di carico pneumatico del Tribometro Nanovea T2000 possiede un vantaggio intrinseco come smorzatore di vibrazioni naturalmente rapido rispetto ai tradizionali sistemi a carico morto. Questo vantaggio tecnologico dei sistemi pneumatici è vero rispetto ai sistemi a carico controllato che utilizzano una combinazione di servomotori e molle per applicare il carico. Questa tecnologia garantisce una valutazione dell'usura affidabile e meglio controllata a carichi elevati, come dimostrato in questo studio. Inoltre, il sistema di carico attivo ad anello chiuso può modificare il carico normale a un valore desiderato durante i test di usura per simulare le applicazioni reali viste nei sistemi frenanti.
Invece di subire l'influenza di condizioni di vibrazione incontrollate durante i test, abbiamo dimostrato che il tribometro Nanovea T2000 a carico dinamico consente agli utenti di valutare quantitativamente i comportamenti tribologici dei materiali in diverse condizioni di oscillazione controllata. Le vibrazioni giocano un ruolo significativo nel comportamento all'usura dei campioni di rivestimento metallico e ceramico.
Il modulo di carico oscillante ad elettromagneti paralleli fornisce oscillazioni controllate con precisione ad ampiezze e frequenze prestabilite, consentendo agli utenti di simulare il processo di usura in condizioni reali, quando le vibrazioni ambientali sono spesso un fattore importante. In presenza di oscillazioni imposte durante l'usura, sia i campioni di Cu che quelli di rivestimento TiN mostrano un tasso di usura sostanzialmente aumentato. L'evoluzione del coefficiente di attrito e lo spostamento dello stilo misurato in situ sono indicatori importanti per le prestazioni del materiale durante le applicazioni tribologiche. Il profilometro 3D senza contatto integrato offre uno strumento per misurare con precisione il volume di usura e analizzare la morfologia dettagliata delle tracce di usura in pochi secondi, fornendo maggiori informazioni sulla comprensione fondamentale del meccanismo di usura.
Il T2000 è dotato di un motore autotarato, di alta qualità e ad alta coppia, con una velocità interna a 20 bit e un encoder di posizione esterno a 16 bit. Ciò consente al tribometro di fornire una gamma ineguagliata di velocità di rotazione, da 0,01 a 5000 giri/min, che possono variare a scatti graduali o in modo continuo. A differenza dei sistemi che utilizzano un sensore di coppia posizionato in basso, il tribometro Nanovea utilizza una cella di carico ad alta precisione posizionata in alto per misurare accuratamente e separatamente le forze di attrito.
I tribometri Nanovea offrono test di usura e attrito precisi e ripetibili utilizzando modalità rotative e lineari conformi alle norme ISO e ASTM (compresi i test con 4 sfere, rondelle di spinta e blocchi su anelli), 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 T2000 è la soluzione ideale per determinare l'intera gamma di proprietà tribologiche di rivestimenti, film e substrati sottili o spessi, morbidi o duri.
