PTFEコーティング摩耗試験

トライボメーターとメカニカルテスターの使用

作成者

DUANJIE LI, PhD

測定目的

このアプリケーションでは、NANOVEA トライボメーターを線形往復モードで使用して、焦げ付き防止パンの PTFE コーティングの摩耗プロセスをシミュレートします。

ナノビア T50コンパクト
フリーウエイト・トライボメータ

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さらに、NANOVEA 機械試験機を使用してマイクロスクラッチ接着試験を実行し、PTFE コーティングの接着破壊の臨界荷重を測定しました。

ナノビア PB1000 ラージ・プラットフォーム メカニカルテスター

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結果・考察

トライボメータを使用した直線往復摩耗

その場で記録された COF を図 1 に示します。PTFE の粘着性が低いため、テストサンプルは最初の 130 回転中に約 0.18 の COF を示しました。ただし、コーティングが突き抜けて、その下の基材が露出すると、COF は約 1 まで突然増加しました。直線往復試験の後、NANOVEA を使用して摩耗痕跡プロファイルを測定しました。 非接触光学式粗さ計得られたデータから、対応する摩耗率は約 2.78 × 10-3 mm3/Nm と計算され、摩耗痕跡の深さは 44.94 μm と決定されました。

NANOVEA T50 トライボメーターでの PTFE コーティング摩耗試験のセットアップ。

図1: PTFE コーティング摩耗試験中の COF の変化。

図2: 摩耗痕 PTFE のプロファイル抽出。

PTFE ブレークスルー前

最大COF	0.217
Min COF	0.125
平均COF	0.177

PTFE ブレークスルー後

最大COF	0.217
Min COF	0.125
平均COF	0.177

表1: 摩耗試験中の破過前後の COF。

結果・考察

メカニカルテスターによるマイクロスクラッチ密着性試験

基材への PTFE コーティングの接着力は、200 µm のダイヤモンド スタイラスを使用したスクラッチ テストを使用して測定されます。顕微鏡写真を図 3 と図 4 に示し、COF の変化と浸透深さを図 5 に示します。PTFE コーティングのスクラッチ試験の結果を表 4 にまとめます。ダイヤモンドスタイラスにかかる負荷が増加するにつれて、ダイヤモンドスタイラスは徐々にコーティングに浸透し、 COFの増加につながります。荷重が約 8.5 N に達すると、高圧下でコーティングの突き抜けと基材の露出が発生し、COF が約 0.3 に達しました。表 2 に示す低い St Dev は、NANOVEA 機械試験機を使用して実施した PTFE コーティングのスクラッチ試験の再現性を示しています。

図3: PTFE のフルスクラッチの顕微鏡写真 (10 倍)。

図4: PTFE のフルスクラッチの顕微鏡写真 (10 倍)。

図5: PTFE の臨界破損点の線を示す摩擦グラフ。

スクラッチ	障害点 [N]	摩擦力[N]	COF
1	0.335	0.124	0.285
2	0.337	0.207	0.310
3	0.380	0.229	0.295
平均	8.52	2.47	0.297
聖開発者	0.17	0.16	0.012

表2: スクラッチ テスト中の臨界荷重、摩擦力、COF の概要。

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ポリマーベルト

トライボメータによる摩耗と摩擦

作成者

DUANJIE LI, PhD

測定目的

この研究では、異なる表面テクスチャを持つベルトの摩耗挙動をシミュレーションして比較し、その能力を紹介します。 ナノビア T2000トライボメータは、ベルトの摩耗プロセスを制御・監視しながらシミュレートすることができます。

ナノビア

T2000

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図1 図1は摩耗試験中のベルトのCOFの変化を示します。異なるテクスチャを持つベルトは実質的に異なる摩耗挙動を示しています。興味深いことに、COFが徐々に増加する慣らし運転期間の後、テクスチャーベルトは10Nと100Nの荷重で行った試験の両方で、〜0.5という低いCOFに達しました。これに対し、10Nの荷重で試験したスムースベルトは、COFが安定すると〜1.4という著しく高いCOFを示し、試験の残りの間はこの値を維持します。100Nの荷重で試験した平滑ベルトは、鋼球440によって急速に摩耗し、大きな摩耗痕が形成されました。そのため試験は220回転で停止しました。

図1: 異なる負荷におけるベルトのCOFの進化。

図2は100Nの試験後の3次元摩耗痕画像の比較です。ナノビア3次元非接触プロフィロメータは摩耗痕の詳細な形状を解析するツールを提供し、摩耗メカニズムの基礎的な理解に役立つ情報を提供します。

表1: 摩耗痕の解析結果

図2:  2本のベルトの3Dビュー
100Nでの試験後。

図3:  光学顕微鏡による摩耗痕の観察

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ピストン摩耗試験NANOVEA トライボメーターの使用

作成者

フランク・リウ（FRANK LIU

ピストン摩耗試験とは？

ピストン摩耗試験は、管理された実験室条件下で、ピストンスカートとシリンダーライナー間の摩擦、潤滑、材料の耐久性を評価します。試験には トライボメータ, エンジニアは、実際の往復運動を再現し、摩擦係数、摩耗率、3次元表面形状を正確に測定することができます。これらの結果から、エンジンピストンに使用されるコーティング、潤滑剤、合金のトライボロジー挙動に関する重要な知見が得られ、性能、燃費、長期信頼性の最適化に役立ちます。.

 パワーシリンダーシステムとピストンスカート-潤滑剤-シリンダーライナーの界面の概略図。

NANOVEA T2000トライボメータに搭載された液状モジュール

この研究には、ドロップバイドロップモジュールが非常に重要です。ピストンは非常に速い速度で動くため（3000rpm以上）、サンプルを浸して潤滑油の薄い膜を作ることは困難です。この問題を解決するために、滴下式モジュールはピストンスカートの表面に一定量の潤滑油を安定して塗布することができます。

また、新しい潤滑油を使用することで、外れた摩耗粉が潤滑油の特性に影響を与える心配もありません。

トライボメーターのシミュレーション
ピストンライナーの摩耗

本報告では、ピストンスカート-潤滑油-シリンダーライナーの界面について研究する。界面は，直線往復運動を行うことで再現される。 摩耗試験 滴下式潤滑モジュール付き。.

潤滑剤を室温と加温状態で塗布し、コールドスタートと最適な運転条件を比較する予定です。COFと摩耗率を観察し、実際の用途における界面の挙動をより深く理解します。

ナノビア T2000
高荷重トライボメータ

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見積依頼

この実験では、A5052をカウンター材として使用した。エンジンブロックは通常A356のような鋳造アルミニウムで作られているが、A5052はこの模擬試験のためにA356に近い機械的特性を有している[1]。.

試験条件下では、90℃の場合と比較して、室温ではピストンスカートに著しい摩耗が観察された。サンプルに見られる深い傷は、静止材料とピストンスカートとの接触が試験中頻繁に発生していることを示唆している。室温では粘度が高いため、オイルが界面の隙間を完全に埋めることができず、金属と金属が接触している可能性がある。高温では、オイルは薄くなり、ピンとピストンの間を流れることができる。その結果、高温では摩耗が著しく少なくなる。図5は、摩耗痕の片側がもう片側よりも著しく摩耗が少ないことを示している。これは、オイル出力の位置による可能性が高い。潤滑油の膜厚が片側でもう片側より厚く、不均一な摩耗を引き起こした。.

[1] “5052アルミニウム対356.0アルミニウム”MakeItFrom.com, makeitfrom.com/compare/5052-O-Aluminum/A356.0-SG70B-A13560-Cast-Aluminum

直線往復運動のトライボロジー試験のCOFは、ハイパスとローパスに分けることができます。ハイパスとは、試料が正方向に動くこと、ローパスとは、試料が逆方向に動くことを指す。RTオイルの平均COFは、両方向とも0.1未満であることが確認された。パス間の平均COFは、0.072と0.080であった。90℃オイルの平均COFは、パス間で異なることが確認された。平均 COF 値は 0.167 と 0.09 が観測された。このCOFの差は、オイルがピンの片側しか適切に濡らすことができなかったことをさらに証明するものである。ピンとピストンスカートの間に厚い膜が形成され、流体力学的な潤滑が発生した場合、高いCOFが得られた。一方、混合潤滑が発生している場合は、COFが低くなることが確認された。動圧潤滑と混合潤滑の詳細については、アプリケーションノートをご覧ください。 ストリベックカーブ.

表1: ピストンの潤滑式摩耗試験結果。

図1: 常温油膜摩耗試験におけるCOFグラフ A生プロファイル Bハイパス Cローパス

図2: 90℃摩耗油テストのCOFグラフ A raw profile B high pass C low pass.

図3: RTモーターオイルの摩耗試験による摩耗痕の光学画像。

図4: RTモーターオイルの摩耗試験による摩耗痕の穴埋め解析の巻。

図5: RTモーターオイルの摩耗試験による摩耗痕のプロフィロメトリースキャン。

図6: 90℃モーターオイル摩耗試験による摩耗痕の光学像

図7: 90℃モーターオイル摩耗試験による摩耗痕の穴埋め解析のボリューム。

図8: 90℃のモーターオイル摩耗試験による摩耗痕のプロフィロメトリースキャン。

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フレッティング摩耗評価

著者

Duanjie Li, PhD

によって改訂されました。

Jocelyn Esparza

はじめに

フレッティングとは、"負荷がかかり、振動や何らかの力によって微小な相対運動をする2つの材料の接触部に発生する特殊な摩耗現象 "である。機械が稼働しているとき、ボルトやピンで固定されている接合部、動くことを意図していない部品間、振動するカップリングやベアリングなどでは、必然的に振動が発生する。このような相対的な摺動運動の振幅は、マイクロメートルからミリメートルのオーダーであることが多い。このような低振幅の運動の繰り返しは、表面における深刻な局所的機械摩耗や物質移動を引き起こし、生産効率や機械性能の低下、あるいは機械の破損につながる可能性がある。

定量性の重要性
フレッティング摩耗評価

フレッチング摩耗には、二体摩耗、凝着、フレッチング疲労摩耗など、接触面で発生するいくつかの複雑な摩耗メカニズムが関与することがよくあります。フレッチング摩耗のメカニズムを理解し、フレッチング摩耗保護に最適な材料を選択するには、信頼性の高い定量的なフレッチング摩耗評価が必要です。フレッチング摩耗挙動は、変位振幅、垂直荷重、腐食、温度、湿度、潤滑などの作業環境に大きく影響されます。多用途な トライボメータ さまざまな現実的な作業条件をシミュレートできるこのツールは、フレッチング摩耗の評価に最適です。

Steven R. Lampman, ASMハンドブック:第19巻：疲労と破壊
http://www.machinerylubrication.com/Read/693/fretting-wear

測定目的

本研究では，ステンレス鋼SS304のフレッティング摩耗挙動を異なる振動速度と温度で評価し，その能力を明らかにした。 ナノベア T50 トライボメータは、金属のフレッティング摩耗プロセスを適切に制御・監視してシミュレートすることができます。

ナノビア

T50

試験条件

ステンレス鋼SS304サンプルの耐フレッティング摩耗性を、以下の方法で評価した。 ナノビア 直線往復運動式摩耗モジュールを使用したトライボメータ。対向材としてWC（直径6mm）ボールを使用しました。を使用して摩耗痕を調べた。 ナノビア 3D非接触プロファイラー。 

フレッティングテストは、室温（RT）、200 °Cで行い，SS304試料の耐フレッティング摩耗性に及ぼす高温の影響を検討した。試料ステージに設置した加熱板により、フレッティング試験中の試料を200℃に加熱した。 °C.摩耗率のことです。 Kの式で評価した。 K=V/(F×s)で、ここで V は摩耗量です。 F は法線荷重であり s は滑走距離である。

なお、今回の研究では、カウンター材としてWCボールを例として使用した。形状や表面仕上げの異なるあらゆる固体材料を、カスタムフィクスチャを使用して実際の適用状況をシミュレートすることができます。

テストパラメーター

摩耗計測の

結果・考察

によって算出された摩耗痕の体積損失を、3D摩耗痕プロファイルによって直接かつ正確に把握することができます。 ナノビア 山地解析ソフト。 

低速100rpm、室温での往復摩耗試験では、0.014mmという小さな摩耗痕を示した³.一方、1000rpmの高速回転で行ったフレッティング摩耗試験では、0.12mmというかなり大きな摩耗痕が形成されています。³.このような加速摩耗は，フレッティング摩耗試験で発生する高熱と激しい振動が金属片の酸化を促進し，激しい3体摩耗をもたらすことに起因すると考えられる。200℃の高温環境下でのフレッティング摩耗試験で，金属破片の酸化が促進され，3体摩耗が激しくなった。 °Cは0.27mmと大きめの摩耗痕を形成する³.

1000rpmでのフレッティング摩耗試験で、摩耗量は1.5×10^-4 ミリメートル³/Nmとなり，100rpmでの往復摩耗試験と比較して約9倍となった。また，高温でのフレッチング摩耗試験では，摩耗速度がさらに加速され，3.4×10^-4 ミリメートル³/Nmとなりました。異なる速度と温度で測定された耐摩耗性にこのような大きな差があることは、現実的なアプリケーションのためのフレッティング摩耗の適切なシミュレーションの重要性を示しています。

トライボシステムにわずかな試験条件の変更を加えると、摩耗挙動が大きく変化することがあります。の汎用性 ナノビア トライボメータは、高温、潤滑、腐食など、さまざまな条件下での摩耗を測定することができます。また、モーターによる正確な速度・位置制御により、0.001～5000rpmの範囲で摩耗試験を行うことができ、研究・試験室において、さまざまなトライボロジー条件下でのフレッティング摩耗を調査するための理想的なツールとなっています。

様々な条件下でのフレッティング摩耗痕

光学顕微鏡下

3Dウェアトラックプロファイル

基礎的な理解を深めることができる
フレッティング摩耗機構の

まとめ

この研究では、その能力を披露した。 ナノビア ステンレス鋼SS304試料のフレッティング摩耗挙動を良好に制御し、定量的に評価するためのトライボメータ。 

試験速度と温度は、材料の耐フレッティング摩耗性に重要な役割を果たします。フレッティング中の高熱と激しい振動により、SS304サンプルの摩耗は9倍近くまで大幅に加速されました。200℃の高温 °Cでさらに磨耗率が3.4×10^-4 ミリメートル³/Nmです。 

の多用途性 ナノビア トライボメータは、高温、潤滑、腐食など様々な条件下でのフレッティング摩耗の測定に最適なツールです。

ナノビア トライボメータは、ISOやASTMに準拠した回転・直動モードによる精密で再現性の高い摩耗・摩擦試験と、オプションで高温摩耗、潤滑、トライボコロージョンを1つのシステムに統合して提供することが可能です。当社の比類なき製品群は、薄手・厚手、軟質・硬質のコーティング、フィルム、基材など、あらゆる種類のトライボロジー特性を測定するための理想的なソリューションです。

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はじめに

ボールベアリングはボールを使用して回転摩擦を軽減し、ラジアル荷重とアキシアル荷重を支えます。ベアリング レースの間でボールが転動することにより、2 つの平らな表面が互いに滑り合う場合に比べて、はるかに低い摩擦係数 (COF) が生成されます。ボールベアリングは、多くの場合、高い接触応力レベル、摩耗、高温などの極端な環境条件にさらされます。したがって、高負荷や極端な環境条件下でのボールの耐摩耗性は、ボール ベアリングの寿命を延ばし、修理や交換のコストと時間を削減するために重要です。
ボールベアリングは、可動部品を伴うほぼすべての用途に使用されています。これらは航空宇宙や自動車などの輸送産業やハンドスピナーやスケートボードなどの玩具産業でよく使用されています。

高負荷時のボールベアリングの摩耗評価

ボール ベアリングは、幅広い材料リストから作成できます。一般的に使用される材料は、ステンレス鋼やクロム鋼などの金属、または炭化タングステン (WC) や窒化ケイ素 (Si3n4) などのセラミックまで多岐にわたります。製造されたボール ベアリングが、特定の用途の条件に最適な必要な耐摩耗性を確実に備えていることを確認するには、高荷重下での信頼できるトライボロジー評価が必要です。トライボロジー試験は、制御および監視された方法でさまざまなボール ベアリングの摩耗挙動を定量化および対比し、対象用途に最適な候補を選択するのに役立ちます。

測定目的

この研究では、Nanovea を紹介します。 トライボメータ 高荷重下でのさまざまなボールベアリングの耐摩耗性を比較するための理想的なツールです。

図 1: 軸受試験のセットアップ。

試験手順

異なる材質のボールベアリングの摩擦係数、COF、耐摩耗性をNanoveaトライボメーターで評価しました。カウンター材としてＰ１００グリットのサンドペーパーを使用した。ボールベアリングの摩耗痕を検査しました。 ナノベーア 摩耗テスト終了後の 3D 非接触プロファイラー。テストパラメータを表 1 にまとめます。摩耗率、 Kの式で評価した。 K=V/(F×s)で、ここで V は摩耗量です。 F は法線荷重であり s 滑る距離です。ボール摩耗傷は次の方法で評価されました。 ナノベーア 3D 非接触プロファイラーにより、正確な摩耗量測定を実現します。
自動化された電動ラジアル位置決め機能により、トライボメータはテスト中に摩耗トラックの半径を減少させることができます。このテスト モードはスパイラル テストと呼ばれ、ボール ベアリングが常にサンドペーパーの新しい表面上で滑ることを確認します (図 2)。ボールの耐摩耗性テストの再現性が大幅に向上します。内部速度制御用の高度な 20 ビット エンコーダと外部位置制御用の 16 ビット エンコーダは、正確なリアルタイムの速度と位置情報を提供し、回転速度を継続的に調整して接触部での一定の線形スライド速度を実現します。
この研究では、さまざまなボール素材間の摩耗挙動を簡略化するために P100 グリットのサンドペーパーが使用されており、他の素材の表面で置き換えることができることに注意してください。液体や潤滑剤などの実際の用途条件下で、さまざまな材料カップリングの性能をシミュレートするために、任意の固体材料を置き換えることができます。

図 2: サンドペーパー上のボール ベアリングのスパイラル パスの図。

表 1: 摩耗測定のテストパラメータ。

結果・考察

摩耗率はボール ベアリングの耐用年数を決定する重要な要素ですが、ベアリングの性能と効率を向上させるには COF が低いことが望ましいです。図 3 は、テスト中のさまざまなボール ベアリングの COF の変化をサンドペーパーと比較したものです。 SS440 および Al2O3 ボール ベアリングの COF が ~0.32 および ~0.28 であるのに対し、Cr 鋼ボールは摩耗テスト中に COF が ~0.4 増加しました。一方、WC ボールは摩耗テスト全体を通じて約 0.2 の一定の COF を示します。各テストを通じて観察可能な COF の変動が見られますが、これは粗いサンドペーパーの表面に対するボール ベアリングの滑り運動によって引き起こされる振動に起因すると考えられます。

図 3: 摩耗テスト中の COF の変化。

図 4 と図 5 は、それぞれ光学顕微鏡と Nanovea 非接触光学プロファイラーで測定された後のボール ベアリングの摩耗痕を比較しています。表 2 は摩耗痕跡分析の結果をまとめています。 Nanovea 3D プロファイラーはボール ベアリングの摩耗量を正確に測定し、さまざまなボール ベアリングの摩耗率を計算して比較することができます。摩耗試験後、Cr 鋼および SS440 ボールは、セラミック ボール、つまり Al2O3 および WC と比較して、はるかに大きな平らな摩耗傷を示すことが観察できます。 Cr 鋼ボールと SS440 ボールの摩耗率は、それぞれ 3.7×10-3 および 3.2×10-3 m3/N m です。比較すると、Al2O3 ボールは耐摩耗性が向上し、摩耗率は 7.2×10-4 m3/N・m です。 WC ボールは、浅い摩耗トラック領域に小さな傷をほとんど示さず、その結果、摩耗率が 3.3×10-6 mm3/N・m と大幅に減少しました。

図4: 試験後のボールベアリングの摩耗痕。

図 5: ボール ベアリングの摩耗痕の 3D 形態。

表 2: ボールベアリングの摩耗痕分析。

図 6 は、4 つのボール ベアリングによってサンドペーパー上に生じた摩耗跡の顕微鏡画像を示しています。 WC ボールが最も激しい摩耗軌跡を生成し (その経路にあるほとんどすべての砂粒子が除去された)、最高の耐摩耗性を備えていることは明らかです。比較すると、Cr スチールと SS440 のボールでは、サンドペーパーの摩耗跡に大量の金属の破片が残りました。
これらの観察は、スパイラル テストの利点の重要性をさらに示しています。これにより、ボール ベアリングが常にサンドペーパーの新しい表面上で滑ることが保証され、耐摩耗性テストの再現性が大幅に向上します。

図 6: サンドペーパー上のさまざまなボール ベアリングに対する摩耗跡。

まとめ

高圧下でのボール ベアリングの耐摩耗性は、そのサービス性能に重要な役割を果たします。セラミックボールベアリングは、高応力条件下での耐摩耗性が大幅に向上し、ベアリングの修理や交換にかかる時間とコストを削減します。この研究では、WC ボール ベアリングはスチール ベアリングと比較して大幅に高い耐摩耗性を示し、激しい摩耗が発生するベアリング用途の理想的な候補となっています。
Nanovea トライボメーターは、最大 2000 N の負荷に対応する高トルク機能と、0.01 ～ 15,000 rpm の回転速度に対応する正確に制御されたモーターを備えて設計されています。 ISO および ASTM に準拠した回転モードおよび直線モードを使用した反復可能な摩耗および摩擦試験を提供し、オプションの高温摩耗および潤滑モジュールを 1 つの事前統合システムで利用できます。この比類のない範囲により、ユーザーは高応力、摩耗、高温などのボール ベアリングのさまざまな過酷な作業環境をシミュレートできます。また、高荷重下での優れた耐摩耗性材料のトライボロジー挙動を定量的に評価するための理想的なツールとしても機能します。
Nanovea 3D 非接触プロファイラーは、正確な摩耗量測定を提供し、摩耗跡の詳細な形態を分析するツールとして機能し、摩耗メカニズムの基本的な理解にさらなる洞察を提供します。

作成者
Duanjie Li 博士、ジョナサン・トーマス、ピエール・ルルー

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銅線の摩耗・傷評価の重要性

銅は、電磁石や電信機の発明以来、電気配線に使用されてきた長い歴史があります。銅線は、耐食性、はんだ付け性、150℃までの高温での特性から、パネル、メーター、コンピューター、事務機、家電製品など、幅広い電子機器に使用されています。採掘される銅の約半分は、電線・ケーブルの導体製造に使用されています。

銅線の表面品質は、アプリケーションの性能と寿命にとって非常に重要です。ワイヤの微細な欠陥は、過度の摩耗、亀裂の発生と伝播、導電性の低下、不十分なはんだ付け性などにつながる可能性があります。銅線の適切な表面処理は伸線時に発生する表面欠陥を取り除き、耐腐食性、耐傷性、耐摩耗性を向上させます。銅線を使った多くの航空宇宙用途では、予期せぬ機器の故障を防ぐため、その挙動を制御する必要がありま す。銅線表面の耐摩耗性や耐傷性を正しく評価するためには、定量的で信頼性の高い測定が必要です。

 

 

 

測定目的

このアプリケーションでは、異なる銅線の表面処理を制御した摩耗プロセスをシミュレートしています。 スクラッチテスト 処理された表面層に破損を引き起こすのに必要な荷重を測定します。この研究では Nanovea を紹介します トライボメータ と メカニカルテスター 電線の評価・品質管理に最適なツールです。

 

 

試験方法と手順

銅線 (ワイヤ A およびワイヤ B) の 2 つの異なる表面処理の摩擦係数 (COF) と耐摩耗性は、線形往復摩耗モジュールを使用する Nanovea トライボメータによって評価されました。 Al₂O₃ ボール (直径 6 mm) が、この用途で使用される相手材です。 Nanovea の摩耗痕跡を調査しました。 3D非接触表面形状計。テストパラメータを表 1 にまとめます。

本研究では、カウンター材料として滑らかなAl₂O₃球を例として使用した。形状や表面仕上げが異なる任意の固体材料は、実際の適用状況をシミュレートするために、カスタムフィクスチャを使用して適用することができます。

 

 

ロックウェルCダイヤモンドスタイラス（半径100μm）を装備したナノベアーの機械式試験機で、マイクロスクラッチモードを使ってコーティングワイヤの順荷重スクラッチ試験を実施しました。スクラッチ試験のパラメータとチップの形状を表2に示す。

 

 

 

 

結果および考察

銅線の磨耗。

図 2 は，摩耗試験中の銅線の COF の変化を示している。A線は摩耗試験中、COFが〜0.4と安定しているのに対し、B線は最初の100回転でCOFが〜0.35となり、徐々に〜0.4まで増加した。

 

図3は、試験後の銅線の摩耗痕を比較したものです。ナノベアの3D非接触プロフィロメータは、摩耗痕の詳細な形態について優れた分析を提供しました。摩耗のメカニズムを根本的に理解することで、摩耗痕の体積を直接かつ正確に把握することができます。ワイヤーBの表面は、600回転の摩耗試験後に摩耗痕が顕著に損傷しています。プロフィロメーターの3D表示では、ワイヤーBの表面処理層が完全に除去され、摩耗プロセスが大幅に加速されたことが分かります。このため、ワイヤーBの銅基板が露出している部分には、平坦な摩耗痕が残っています。この結果、ワイヤBを使用する電気機器の寿命が著しく短くなる可能性があります。一方、ワイヤーAは比較的摩耗が少なく、浅い摩耗痕が残っています。また，ワイヤAの表面処理層は，ワイヤBの表面処理層のように同じ条件下で剥離することはなかった。

銅線表面の傷つきにくさ。

図4は、試験後のワイヤのスクラッチ痕を示したものである。ワイヤーAの保護層は非常に優れた耐傷性を示し、〜12.6Nの荷重で剥離した。これに対し、ワイヤBの保護層は荷重～1.0Nで剥離した。このようにワイヤの耐傷性に大きな差があることから、ワイヤAは耐摩耗性が大幅に向上していることがわかる。図5に示すように、スクラッチ試験中の法線力、COF、深さの変化から、試験中の皮膜破壊についてより深く理解することができる。

結論

この対照研究では、表面処理された銅線の耐摩耗性を定量的に評価するナノベア社のトライボメータと、銅線の耐傷性を確実に評価するナノベア社のメカニカルテスターを紹介しました。ワイヤの表面処理は、その寿命期間中のトライボメカニカル特性に重要な役割を果たします。ワイヤーAの適切な表面処理により、耐摩耗性と耐傷性が大幅に向上し、過酷な環境下での電線の性能と寿命に重要な役割を果たしました。

ナノベアのトライボメータは、ISOおよびASTMに準拠した回転モードとリニアモードによる精密で再現性の高い摩耗・摩擦試験と、オプションの高温摩耗、潤滑、トライボ腐食モジュールを1つの統合済みシステムで利用することができます。ナノベアの比類なき製品群は、薄型・厚型、軟質・硬質コーティング、フィルム、基材のあらゆるトライボロジー特性を測定するための理想的なソリューションです。

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DLCの湿度下での摩耗評価の重要性

ダイヤモンド ライク カーボン (DLC) コーティングは、強化された摩擦特性、つまり優れた耐摩耗性と非常に低い摩擦係数 (COF) を備えています。 DLC コーティングは、さまざまな材料上に蒸着されるとダイヤモンドの特性を与えます。有利な摩擦機械特性により、DLC コーティングは航空宇宙部品、かみそりの刃、金属切削工具、ベアリング、オートバイのエンジン、医療用インプラントなどのさまざまな産業用途に適しています。

DLC コーティングは、高真空および乾燥条件下で鋼球に対して非常に低い COF (0.1 未満) を示します。¹².しかし、DLCコーティングは環境条件の変化、特に相対湿度（RH）に敏感である。³.湿度や酸素濃度が高い環境では、COFが大幅に増加する可能性があります。⁴。制御された湿度での信頼性の高い摩耗評価により、トライボロジー用途における DLC コーティングの現実的な環境条件がシミュレートされます。ユーザーは適切な比較を行い、対象用途に最適なDLCコーティングを選択します。
さまざまな湿度にさらされたDLCの摩耗挙動の変化。

測定目的

この研究では Nanovea を紹介します トライボメータ 湿度コントローラーを備えたこのツールは、さまざまな相対湿度における DLC コーティングの摩耗挙動を調査するのに最適なツールです。

 

 

試験方法

DLC コーティングの耐摩擦性と耐摩耗性は、Nanovea Tribometer によって評価されました。テストパラメータを表 1 にまとめます。トライボチャンバーに取り付けられた湿度コントローラは、±1% の精度で相対湿度 (RH) を正確に制御しました。試験後、DLC コーティングの摩耗痕跡と SiN ボールの摩耗痕を光学顕微鏡を使用して検査しました。

注: 潤滑剤や高温などの環境条件下で、さまざまな材料のカップリングの性能をシミュレートするために、任意の固体ボール材料を適用できます。

結果および考察

DLCコーティングは、低摩擦で耐摩耗性に優れているため、トライボロジー用途に最適です。DLCコーティングの摩擦は、図2に示すような湿度依存性の挙動を示しています。比較的乾燥した条件下（10% RH）では、DLCコーティングは摩耗試験中、約0.05という非常に低いCOFを示しました。RHが30%まで上昇すると、DLCコーティングは、試験中、〜0.1の一定のCOFを示しました。COFの初期段階は、RHが50%以上に上昇した最初の2000回転で観察されます。DLCコーティングは、RHが50、70、90%のときにそれぞれ〜0.20、〜0.26、〜0.33という最大COFを示す。慣らし運転後、DLCコーティングのCOFは、RH50、70、90%でそれぞれ〜0.11、0.13、0.20と一定に保たれる。

 

図3はSiNボールの摩耗痕、図4は摩耗試験後のDLCコーティングの摩耗痕を比較したものである。湿度の低い環境にさらされたDLCコーティングの方が、摩耗痕の直径が小さくなっていることがわかる。接触面において繰り返し摺動することで，SiN ボール表面に転写 DLC 層が蓄積される。この段階で，DLC 被膜は自身の転写膜と摺動し，効率的な潤滑剤として相対運動を促進し，せん断変形によるさらなる質量減少を抑制していることがわかる。低RH環境（10%や30%など）では，SiNボールの摩耗痕に転写膜が観察され，ボールの摩耗過程が減速される．この摩耗過程は、図4に示すようにDLCコーティングの摩耗痕の形態に反映される。これは，接触界面に安定したDLC膜が形成され，摩擦と摩耗速度が大幅に低減されたためである。

 

結論

湿度は、DLC コーティングの摩擦学的性能に重要な役割を果たします。 DLC コーティングは、摺動相手 (この研究では SiN ボール) に転写された安定した黒鉛層の形成により、乾燥状態で大幅に強化された耐摩耗性と優れた低摩擦を備えています。 DLC コーティングは、それ自身の転写層に対して滑ります。この転写層は効率的な潤滑剤として機能し、相対運動を促進し、せん断変形によって引き起こされるさらなる質量損失を抑制します。相対湿度が上昇すると、SiN ボール上に膜が観察されなくなり、SiN ボールと DLC コーティングの摩耗率が増加します。

Nanovea トライボメーターは、ISO および ASTM 準拠の回転モードおよび直線モードを使用した反復可能な摩耗および摩擦試験を提供し、1 つの事前統合システムで利用可能なオプションの湿度モジュールを備えています。これにより、ユーザーはさまざまな湿度での作業環境をシミュレートでき、さまざまな作業条件下での材料のトライボロジー挙動を定量的に評価するための理想的なツールをユーザーに提供できます。

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

2 三好和彦, B. Pohlchuck, K.W. Street, J.S. Zabinski, J.H. Sanders, A.A. Voevodin, R.L.C. Wu, Wear 225-229 (1999) 65.

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

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

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ファブリックの形態と機能は、その品質と耐久性によって決まります。生地は日々使用されることにより、毛羽立ち、毛玉、変色などの磨耗や劣化が生じます。衣料品に使用される生地の品質が悪いと、消費者の不満やブランド毀損につながることが多い。

繊維の機械的特性を定量化しようとすると、多くの課題が生じます。糸の構造、さらには生産された工場によって、試験結果の再現性が低くなることがあります。そのため、異なる試験所での試験結果を比較することは困難です。繊維の摩耗性能の測定は、繊維生産チェーンのメーカー、流通業者、小売業者にとって非常に重要です。十分に管理され、再現性のある耐摩耗性測定は、布地の信頼できる品質管理を保証するために極めて重要です。

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直線往復摩耗試験と回転 (ピンオンディスク) 摩耗試験は、材料の滑り摩耗挙動を測定するために広く使用されている ASTM 準拠のセットアップです。摩耗試験方法の摩耗率の値は、材料の組み合わせの相対的な順位を予測するためによく使用されるため、さまざまな試験設定を使用して測定された摩耗率の再現性を確認することが非常に重要です。これにより、ユーザーは文献で報告されている摩耗率の値を注意深く検討することができます。これは材料の摩擦学的特性を理解する上で重要です。

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ブレークパッドの性能を評価することの重要性

ブレーキパッドは、複数の材料からなる複合材料であり、多くの安全要求を満足させることが必要です。理想的なブレーキパッドは、高い摩擦係数（COF）、低い摩耗率、最小限の騒音、そして様々な環境下で信頼性を維持することです。ブレーキパッドの品質がその要求を満たすことができるようにするために、トライボロジー試験は重要な仕様を特定するために使用することができます。


ブレーキパッドの信頼性の重要性は非常に高く、乗員の安全性を無視することは許されません。そのため、運転状態を再現し、故障の可能性がある箇所を特定することが重要です。
ナノベアを使うと トライボメータ、ピン、ボール、またはフラットと、常に移動する相手材との間に一定の荷重がかかります。 2 つの材料間の摩擦は硬いロードセルで収集されるため、さまざまな荷重と速度での材料特性の収集が可能になり、高温、腐食性、または液体環境でのテストが可能になります。

測定目的

本研究では，室温から700℃まで連続的に温度上昇する環境下で，ブレーキパッドの摩擦係数を調査した。環境温度は、ブレーキパッドの顕著な破損が観察されるまでその場で上昇させた。摺動界面付近の温度を測定するために、ピンの裏側に熱電対を取り付けた。

試験方法と手順

結果および考察

この研究では、主にブレーキパッドが破損し始める温度に焦点を当てています。ピンの材質がブレーキローターと異なるため、得られたCOFは現実の値を表していない。また、収集した温度データはピンの温度であり、摺動界面温度ではないことに注意が必要である。

 

試験開始時（室温）、SS440CピンとブレーキパッドのCOFは約0.2の安定した値を示した。温度が上昇するにつれ、COFは着実に増加し、350℃付近で0.26の値でピークに達した。390℃を超えると、COFは急速に減少し始める。COFは450℃で0.2まで回復し始めたが、その直後に0.05まで減少し始めた。


ブレーキパッドが常に破損する温度は、500℃以上であることが確認された。この温度を過ぎると、COFはもはや出発時のCOFである0.2を維持することができなくなった。

結論

このブレーキパッドは、500℃を超える温度で一貫して破損を示しました。0.2だったCOFは0.26までゆっくりと上昇し、試験終了時（580℃）には0.05まで低下しています。0.05と0.2の差は4倍。つまり、同じ制動力を得るためには、580℃では常温の4倍もの法線力が必要なのです


この研究には含まれていませんが、ナノベーストライボメータは、ブレーキパッドのもう一つの重要な特性である摩耗速度を観察するための試験も行うことが可能です。当社の3D非接触型プロフィロメータを利用することで、摩耗痕の体積を取得し、サンプルの摩耗速度を算出することができます。ナノベーストライボメータは、さまざまな試験条件や環境下で摩耗試験を行うことができ、使用条件を最もよく再現することができます。

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