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トライボメータによる紙やすりの磨耗性能

紙やすりの磨耗性能

トライボメータによる

サンドペーパー摩耗試験

作成者

DUANJIE LI, PhD

はじめに

紙や布の片面に砥粒を接着したものの粒子にはガーネット、炭化ケイ素、酸化アルミニウム、ダイヤモンドなど、さまざまな研磨材が使用されます。サンドペーパーは、木材、金属、乾式壁などの特定の表面仕上げを行うためにさまざまな産業分野で広く応用されています。手や電動工具によって加えられる高圧の接触下で作業することが多くなります。

サンドペーパー摩耗性能の評価の重要性

サンドペーパーの効果は多くの場合、さまざまな条件下での摩耗性能によって決定されます。粒度、すなわちサンドペーパーに埋め込まれた研磨粒子の大きさが、研磨する材料の摩耗速度と傷の大きさを決定します。粒度の高いサンドペーパーは粒子が小さいため、研磨速度が遅くなり、表面の仕上がりも細かくなります。また、同じ粒度の紙でも材質が異なると、乾式と湿式で挙動が異なることがあります。製造されたサンドペーパーが意図された研磨挙動を持つことを確認するためには、信頼性の高いトライボロジー評価が必要である。このような評価により、異なる種類のサンドペーパーの摩耗挙動を制御・監視された状態で定量的に比較し、用途に応じた最適な候補を選択することができます。

測定目的

本研究では、NANOVEA T2000高負荷空気式トライボメーターが、各種サンドペーパー試料の乾式および湿式条件下における摩耗性能を定量的に評価する能力を実証する。.

ナノビア T2000 高負荷
空気圧式トライボメーター

試験方法

2 種類のサンドペーパーの摩擦係数 (COF) と摩耗性能を NANOVEA T100 トライボメーターで評価しました。相手材には 440 ステンレス鋼球を使用しました。 NANOVEA を使用して各摩耗テスト後にボールの摩耗傷跡を検査しました。 3D非接触オプティカルプロファイラー 正確な体積損失測定を保証します。

なお今回は440ステンレスボールを比較対象としていますが、他の固体材料で代用することで異なる適用条件を模擬することができます。

サンドペーパー摩耗試験パラメータ
サンドペーパーのトライボロジー試験

テスト結果および考察

図 1 は、サンドペーパー 1 と 2 の乾燥および湿潤環境下での COF の比較である。サンドペーパー1は、乾燥状態において、試験開始時に0.4のCOFを示し、その後徐々に減少して0.3に安定した。湿潤環境下では、このサンプルの平均COFは0.27と低い値を示している。一方,試料 2 の COF の結果は,ドライ COF が 0.27,ウェット COF が ~0.37 であった。 

なおすべてのCOFプロットのデータで振動が発生しているのは、ボールが粗いサンドペーパー表面を滑ることで発生する振動によるものです。

サンドペーパー摩耗係数

図1: 摩耗試験中のCOFの進化。

図2は、摩耗痕の解析結果をまとめたものです。摩耗痕は,光学顕微鏡とナノビア3D非接触光学式プロファイラを使用して測定しました。図3および図4は、サンドペーパー1および2(湿式および乾式)での摩耗試験後のSS440ボールの摩耗痕を比較したものです。図 4 に示すようにナノビア・オプティカルプロファイラは、4 つのボールの表面形状とそれぞれの摩耗痕を正確に捉え、それをナノビアマウンテン高度解析ソフトウェアで処理し体積損失と摩耗率を計算しました。ボールの顕微鏡画像とプロファイル画像から、サンドペーパー1(ドライ)テストに使用したボールは、体積損失が0.313で、他のボールに比べて大きな平坦な摩耗痕を示したことが観察されています。 ミリメートル3.一方、サンドペーパー1(ウェット)の体積損失は、0.131でした。 ミリメートル3.サンドペーパー2(乾燥)の体積損失は0.163でした。 ミリメートル3 サンドペーパー2(wet)では、体積損失が0.237に増加しました。 ミリメートル3.

さらに,COFがサンドペーパーの摩耗性能に重要な役割を担っていることも興味深い。サンドペーパー1は、乾燥状態で高いCOFを示し、テストに使用したSS440ボールに対して高い摩耗率をもたらしました。一方、サンドペーパー2は湿潤時のCOFが高く、より高い摩耗量となりました。測定後のサンドペーパーの摩耗痕を図5に示します。

サンドペーパー 1 と 2 は両方とも、乾燥環境でも湿潤環境でも機能すると主張しています。ただし、乾燥状態と湿潤状態では大幅に異なる摩耗性能を示しました。ナノベア トライボメータ 再現性のある摩耗評価を保証する、適切に制御された定量化可能で信頼性の高い摩耗評価機能を提供します。さらに、その場での COF 測定機能により、ユーザーは摩耗プロセスのさまざまな段階を COF の進化と関連付けることができます。これは、サンドペーパーの摩耗メカニズムとトライボロジー特性の基本的な理解を向上させるのに重要です。

サンドペーパー摩耗トライボロジー試験

図2: 異なる条件下でのボールの摩耗痕体積と平均COF

サンドペーパー摩耗試験 - 乾燥
サンドペーパー摩耗試験 - 乾燥
サンドペーパー摩耗試験 - 湿式
サンドペーパー摩耗試験 - 湿式

図3: テスト後のボールの装着痕。

研磨紙による摩耗 - プロファイル測定
サンドペーパー研磨 - 表面形状
サンドペーパー摩耗試験 - 3D表面形状
サンドペーパー摩耗試験 - 3D表面スキャン

図4: ボールの摩耗痕の3Dモルフォロジー。

サンドペーパー摩耗試験結果
サンドペーパー摩耗試験結果
サンドペーパー摩耗トライボロジー試験結果
サンドペーパー摩耗試験結果

図5: 異なる条件下でのサンドペーパーの摩耗痕。

まとめ

本研究では,同じ粒数の2種類のサンドペーパーについて,乾式および湿式条件下での摩耗性能を評価した。サンドペーパーの使用条件は,作業性能の効果に重要な役割を果たす。サンドペーパー1は乾燥状態での摩耗挙動が著しく優れており,サンドペーパー2は湿潤状態での摩耗挙動が優れていた。サンドペーパー作業時の摩擦は、研磨性能を評価する上で重要な要素である。NANOVEA Optical Profilerは、ボールの摩耗痕など、あらゆる表面の3次元形状を正確に測定することができ、本研究で使用したサンドペーパーの摩耗性能を確実に評価することができます。ナノベーストライボメータは、摩耗試験中にその場で摩擦係数を測定し、摩耗プロセスのさまざまな段階に関する知見を提供します。また、ISOとASTMに準拠した回転モードとリニアモードによる再現性の高い摩耗・摩擦試験が可能で、オプションで高温摩耗と潤滑のモジュールを1つの統合されたシステムで利用することもできます。この比類なき製品群により、高応力、摩耗、高温など、ボールベアリングのさまざまな過酷な使用環境をシミュレートすることができます。また、高荷重下での優れた耐摩耗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でもあります。

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3Dプロフィロメトリーによる革の表面仕上げ加工

加工革

3Dプロフィロメトリーによる表面仕上げ

作成者

CRAIG LEISING

はじめに

皮革のなめし工程が完了すると、皮革の表面は様々な外観と手触りのための仕上げ工程を経ることができます。これらの機械的加工には、ストレッチ、バフィング、サンディング、エンボス加工、コーティングなどが含まれます。レザーの最終用途によっては、より精密で、制御された、再現性のある加工が必要とされる場合もあります。

プロフィロメトリー検査の重要性 研究開発・品質管理のために

目視検査方法はばらつきが大きく信頼性に欠けるため、マイクロスケールやナノスケールの特徴を正確に定量化できるツールは、皮革仕上げ工程を改善することができる。革の表面仕上げを定量的に理解することで、最適な仕上げ結果を得るためのデータ駆動型表面処理選択の改善につながります。NANOVEA 3D非接触 プロフィロメーター NANOVEAプロフィロメーターは、クロマティックコンフォーカル技術を利用し、皮革の表面を測定します。NANOVEAプロフィロメーターは、プローブの接触、表面のばらつき、角度、吸収、反射率によって、他の技術では信頼性の高いデータを提供できない場合でも、成功します。

測定目的

このアプリケーションでは、ナノビアST400を使用して異なるが密接に加工された2つの革サンプルの表面仕上げを測定し比較しています。表面プロファイルからいくつかの表面パラメータが自動的に計算されます。

ここでは表面粗さ、ディンプル深さ、ディンプルピッチ、ディンプル径に着目し、比較評価しています。

ナノビア

ST400

結果:サンプル1

ISO25178

高さパラメータ

その他の3Dパラメータ

結果:サンプル2

ISO25178

高さパラメータ

その他の3Dパラメータ

深さ比較

各サンプルの深度分布。
には、深いディンプルが多数観察されました。
サンプル1.

ピッチ比較

ディンプル間のピッチ サンプル1 が若干小さくなる
より
SAMPLE 2が両者は似たような分布をしている

 平均径比較

ディンプルの平均直径の分布が似ている。
をもって
サンプル1 は、平均してやや小さい直径を示す。

まとめ

このアプリケーションでは、ナノビアST400 3Dプロフィロメーターが加工された革の表面仕上げを精密に特性評価できることを示しました。この研究では、表面粗さ、ディンプル深さ、ディンプルピッチ、ディンプル直径を測定できることで、目視ではわからない2つのサンプルの仕上げや品質の違いを定量的に把握することができました。

全体として、SAMPLE 1とSAMPLE 2の間で3Dスキャンの外観に目に見える違いはありませんでした。しかし、統計解析では、2つのサンプルの間に明確な区別があります。SAMPLE 1 は、SAMPLE 2 と比較して、直径が小さく、深さが大きく、ディンプル間のピッチが小さいディンプルをより多く含んでいます。

追加の研究が可能であることに注意してください。特別な関心領域は、統合されたAFMまたはマイクロスコープモジュールでさらに分析された可能性があります。ナノベアーの3Dプロフィロメーターは、20mm/sから1m/sの速度で、高速検査のニーズを満たすために、実験室や研究室で使用されています。カスタムサイズ、速度、スキャン機能、クラス1のクリーンルーム対応、インデックスコンベア、インラインまたはオンライン統合用に構築することができます。

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ハイドロゲルの力学的特性

ハイドロゲルの機械的特性

ナノインデンテーションを用いた

ハイドロゲルの機械的特性

作成者

DUANJIE LI, PhD & JORGE RAMIREZ

はじめに

ハイドロゲルは、その高い吸水性により、天然組織に近い柔軟性を持つことで知られています。この類似性により、ハイドロゲルは生体材料だけでなく、エレクトロニクス、環境、コンタクトレンズなどの消費財の分野でもよく使用されるようになりました。それぞれの用途で、ハイドロゲルの機械的特性が要求されます。

ハイドロゲルにおけるナノインデンテーションの重要性

ハイドロゲルは、試験パラメータの選択や試料調製など、ナノインデンテーションにとってユニークな課題を生み出します。多くのナノインデンテーショ ンシステムは、元来、ナノインデンテーション用に設計されていないため、大きな制約があります。 このような柔らかい材料にナノインデンテーション装置の中には、コイルと磁石の組み合わせで試料に力を加えるものがあります。この場合、実際の力は測定されないため、軟質材料の試験では、不正確で非線形な荷重がかかります。 の材料を使用します。のため、接触点の判断は非常に難しい。 深度だけが実際に測定されるパラメータである。の傾斜の変化を観察することはほとんど不可能です。 深度 vs 時間 のプロットです。 圧子の先端がハイドロゲル材料に接近している期間。

これらのシステムの限界を克服するために、ナノモジュールの ナノビア メカニカルテスター 個別のロードセルを使用してフォース フィードバックを測定し、軟質または硬質を問わず、あらゆる種類の材料に対して高精度を保証します。ピエゾ制御による変位は非常に正確かつ高速です。これにより、コイル/磁石アセンブリを備え、力フィードバックがないシステムでは考慮する必要がある多くの理論的仮定が排除され、粘弾性特性の比類のない測定が可能になります。

測定目的

このアプリケーションでは ナノビア ハイドロゲルサンプルの硬度、弾性率、クリープを調べるために、ナノインデンテーション・モードのメカニカルテスターが使用されています。

ナノビア PB1000 メカニカルテスター

試験条件

を用いて、スライドガラス上に置いたハイドロゲル試料をナノインデンテーション法で試験した。 ナノビア メカニカルテスター。この柔らかい素材には、直径3mmの球状チップが使用されました。荷重は0.06から10mNまで荷重期間中に直線的に増加した。そして、最大荷重10mNで70秒間の圧痕深さの変化でクリープを測定した。

アプローチ速度 100μm/分

コンタクトロード
0.06 mN
最大負荷
10 mN
荷重レート

20 mN/min

クリープ
70 s
ハイドロゲル試験用圧痕

結果・考察

荷重と深さの時間経過に伴う変化を FUGURE 1.のプロット上では、「1.0」「2.0」「3.0」となっていることが観察されます。 深度 vs 時間そのため,通常,圧子が軟質材料に接触し始める指標となる荷重開始時の傾きの変化点を特定することは非常に困難である。しかし 負荷と時間 は、荷重をかけたときのハイドロゲルの特異な挙動を示している。ハイドロゲルがボール圧子に接触し始めると、ハイドロゲルはその表面張力によってボール圧子を引っ張り、表面積が減少する傾向がある。この挙動により、荷重の初期には負の荷重が測定されます。荷重は圧子がハイドロゲルに沈むにつれて徐々に増加し、その後、最大荷重10 mNで70秒間一定になるように制御し、ハイドロゲルのクリープ挙動を研究した。

ハイドロゲルの特性評価
ハイドロゲルのナノインデンテーション

図1: 荷重と深さの時間的変化。

のプロットです。 クリープ深度-時間 が表示されます。 図2を、そして 荷重-変位 に、ナノインデンテーション試験のプロットを示す。 図3.本研究のハイドロゲルは,Oliver-Pharr 法による荷重変位曲線から算出した硬度が 16.9 KPa,ヤング率が 160.2 KPa であった.

ハイドロゲルの機械的特性を研究する上で、クリープは重要なファクターです。ピエゾと超高感度ロードセル間のクローズドループフィードバック制御により、最大荷重でのクリープ時間中、真の一定荷重を保証します。に示すように 図23mmのボールチップで10mNの最大荷重をかけると、70秒でハイドロゲルがクリープして42μmほど収縮することがわかった。

ハイドロゲルの機械的試験

図2: 最大荷重10mNで70秒間クリープ。

ハイドロゲル耐久性試験

図3: ハイドロゲルの荷重対変位プロット。

まとめ

この研究で、私たちは以下のことを示しました。 ナノビア ナノインデンテーション・モードでは、ハイドロゲルの硬度、ヤング率、クリープなどの機械的特性を正確かつ繰り返し測定することが可能です。3mmの大きなボールチップにより、ハイドロゲル表面に対して適切な接触が得られます。高精度の電動ステージにより、ハイドロゲル試料の平らな面をボールチップの下に正確に位置決めすることができます。この研究で使用したハイドロゲルは、16.9 KPaの硬度と160.2 KPaのヤング係数を示しています。また、10 mN の荷重を 70 秒間かけたときのクリープ深さは約 42 μmであった。

ナノビア メカニカルテスターは、ナノとマイクロの多機能モジュールを1つのプラットフォームで提供します。スクラッチテスター、硬さ試験機、摩耗試験機の3つのモードがあり、1台で様々な試験を行うことができます。
のシステムです。

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ピストン磨耗試験

ピストン摩耗試験NANOVEA トライボメーターの使用

潤滑条件下でNANOVEAトライボメータを使用したピストン摩耗試験。.

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。.

摩耗試験中のピストンスカートとシリンダーライナーの潤滑界面を示す概略図

 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。

💡 サンプルの摩耗率と摩擦を定量化したいですか? お客様の用途に合わせたカスタムトライボロジー試験をご依頼ください。.

エンジン開発においてピストン摩耗試験が重要な理由

モーターオイルは、その用途に応じて設計された潤滑油である。ベースオイルに加え、洗浄剤、分散剤、粘度向上剤(VI)、耐摩耗剤・耐摩擦剤、腐食防止剤などの添加剤を加えて性能を高めている。これらの添加剤は、さまざまな運転条件下でのオイルの挙動に影響を与える。オイルの挙動はP-L-C界面に影響を与え、金属と金属の接触による著しい摩耗が発生するか、流体力学的潤滑(摩耗が非常に少ない)が発生するかを決定する。

P-L-Cのインターフェースは、その領域を外部変数から切り離さないと理解することが難しい。実際の用途を代表するような条件でシミュレーションを行う方が現実的です。その ナノビア トライボメータはこれに最適です。複数の力センサー、深度センサー、滴下式潤滑剤モジュール、直線往復ステージを搭載した ナノビア T2000 は、エンジンブロック内で発生する事象を忠実に模倣し、P-L-Cインターフェイスをより深く理解するための貴重なデータを得ることができる。.

ナノベア・トライボメータ・ピストン摩耗・摩擦試験モジュールのセットアップ

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

ピストン摩耗試験パラメータとセットアップ

LOAD 100 N

テスト期間 ............................30分

スピード ............................2000 rpm

アンプリチュード ............................10mm

トータルディスタンス 1200 m

スカートのコーティング ............................ポリグラファイト

ピン素材 ............................アルミニウム合金 5052

ピン径 ............................10mm

ルーブリック ............................モーターオイル (10W-30)

APPROX.フローレート ............................60 mL/min

温度 室温および90

実社会との関連性
ピストン磨耗試験

トライボメータを使用したピストン摩耗試験は、材料の選択や潤滑戦略が実際のエンジンの信頼性にどのような影響を与えるかについて、重要な洞察を提供します。高価なフルエンジン試験に頼る代わりに、試験所は現実的な機械的負荷と温度条件下でコーティング、オイル、合金表面を評価することができます。NANOVEAの 3D形状測定 とトライボロジーモジュールは、摩耗深さと摩擦安定性の正確なマッピングを可能にし、研究開発チームが性能を最適化し、開発サイクルを短縮するのに役立ちます。.

ピストン摩耗試験結果と分析

トライボメータ潤滑摩耗試験によるピストン摩耗痕の比較

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.
潤滑ピストン摩耗試験による摩擦係数と摩耗率の結果

表1: ピストンの潤滑式摩耗試験結果。

室温におけるピストン摩耗試験の摩擦係数グラフ。

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

90℃におけるピストン摩耗試験の摩擦係数グラフ。

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

常温モーターオイル摩耗試験によるピストン摩耗痕の光学顕微鏡写真

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。

トライボロジー解析のために浮き彫りにされた局所的な摩耗痕を示すピストン表面
トライボメーター試験によるピストン摩耗痕の体積と深さの分析

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。

摩耗の深さと粗さを示すピストン摩耗痕の3D表面形状測定スキャン

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。

モーターオイル90度摩耗試験によるピストン摩耗痕の光学顕微鏡写真

図6: 90℃モーターオイル摩耗試験による摩耗痕の光学像

トライボメーターによるピストン摩耗試験で分析された摩耗ゾーンを示すピストンスカート
90度モーターオイル・トライボメーター試験によるピストン摩耗痕の体積と深さの測定

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。

3D表面形状測定による、90度モーターオイル摩耗試験によるピストン摩耗痕のスキャン。

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。

結論NANOVEAトライボメータによるエンジン摩耗評価

実稼働エンジンで発生する事象をシミュレートするため、ピストンに対して潤滑リニア往復摩耗試験を実施した。ピストンスカート-潤滑油-シリンダライナーの界面は、エンジンの運転にとって極めて重要です。界面における潤滑油の膜厚は、ピストンスカートとシリンダーライナー間の摩擦や摩耗によるエネルギー損失の原因となります。エンジンを最適化するためには、ピストンスカートとシリンダーライナーが接触することなく、膜厚をできるだけ薄くする必要があります。しかし、温度、速度、力の変化がP-L-C界面にどのような影響を与えるかが課題です。.

NANOVEA T2000トライボメータは、荷重(最大2000N)と回転数(最大15000rpm)の範囲が広いため、エンジンで起こりうるさまざまな条件をシミュレートすることができます。将来的には、定荷重、振動荷重、潤滑油の温度、回転数、潤滑油の塗布方法が異なる場合に、P-L-C界面がどのような挙動を示すかを研究することができます。これらのパラメータは、NANOVEA T2000トライボメータで簡単に調整できるため、ピストンスカート-潤滑剤-シリンダーライナー界面のメカニズムを完全に理解することができます。

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ポータブル3Dプロフィロメータによる有機物表面形状計測

有機表面形状

ポータブル3Dプロフィロメーターによる

作成者

CRAIG LEISING

はじめに

自然は、表面構造を改善するための重要なインスピレーションの宝庫となっています。自然界に見られる表面構造を理解することで、ヤモリの足を使った接着の研究、ナマコの質感変化を利用した抵抗力の研究、葉を使った撥水性の研究など、さまざまな研究が行われています。これらの表面は、生物医学から衣料品、自動車に至るまで、多くの応用が期待されています。これらの表面のブレークスルーを成功させるためには、表面特性を模倣し再現できるような製造技術を開発する必要があります。このプロセスこそ、識別と制御が必要なのです。

有機表面用ポータブル3D非接触光学式プロファイラの重要性

Chromatic Light テクノロジーを活用した NANOVEA Jr25 ポータブル 光学プロファイラー ほぼあらゆる材料を測定できる優れた能力を備えています。これには、自然界の幅広い表面特性に見られる、独特で急な角度、反射面と吸収面が含まれます。 3D 非接触測定により、完全な 3D 画像が提供され、表面の特徴をより完全に理解できるようになります。 3D 機能がなければ、自然の表面の識別は 2D 情報または顕微鏡画像のみに依存することになり、調査対象の表面を適切に模倣するのに十分な情報が得られません。製造を成功させるには、特にテクスチャー、形状、寸法などの表面特性の全範囲を理解することが重要です。

実験室レベルの結果を現場で簡単に得られることは、新しい研究の可能性を広げます。

測定目的

このアプリケーションでは ナノビア Jr25は、葉の表面を測定するために使用されます。3D表面スキャン後に自動的に計算される表面パラメータは無限にあります。

ここでは、3Dサーフェイスを確認し、選択
を含む、さらに分析が必要な領域があります。
表面粗さ、チャンネル、トポグラフィーの定量化および調査

ナノビア

JR25

試験条件

ファーローデプス

溝の平均密度16.471cm/cm2
平均溝深さ:97.428μm
最大深度:359.769μm

まとめ

このアプリケーションでは、どのように ナノビア Jr25ポータブル3D非接触光学式プロファイラーは、フィールドで葉の表面の形状とナノメートルスケールの詳細の両方を正確に特性評価することができます。これらの3D表面測定から、興味のある領域を素早く特定し、その後、無限の研究リストで分析することができます (寸法、粗さ 仕上がり形状、形状 形状、平坦度 反り 平面度、体積面積、段差 高さ など)。2次元の断面図を簡単に選択し、さらに詳細な分析を行うことができます。この情報により、表面測定リソースの完全なセットを使用して、有機表面を幅広く調査することができます。また、テーブルトップモデルに統合されたAFMモジュールにより、特別な関心領域もさらに分析することができます。

ナノビア また、フィールド調査用のポータブル高速形状測定器やラボ用システムも幅広く提供し、ラボサービスも行っています。

同じようなアプリケーションをお持ちですか?

水晶基板上の金コーティングの密着特性

金メッキの密着性

水晶基板上

作成者

DUANJIE LI博士号取得

はじめに

水晶振動子マイクロバランス(QCM)は、ナノグラムレベルの微小質量を精密に測定することができる非常に感度の高い質量センサーである。QCMは、水晶振動子の共振周波数の変化を検出することで、表面上の質量変化を測定するもので、板の両面に2つの電極が貼り付けられている。極めて微小な質量を測定できることから、質量、吸着、密度、腐食などの変化を検出・監視するさまざまな研究機器や産業機器のキーコンポーネントとして利用されている。

QCMのためのスクラッチテストの重要性

QCMは非常に正確な装置として、0.1ナノグラムまでの質量変化を測定します。水晶板上の電極の質量減少や剥離は、水晶によって検知され、大きな測定誤差の原因となる。そのため、正確で再現性のある質量測定を行うためには、電極コーティングの本質的な品質と、コーティング/基板システムの界面の完全性が重要な役割を果たします。マイクロスクラッチテストは、塗膜の相対的な凝集力や付着力を評価するための比較測定法として広く用いられており、破損が発生する臨界荷重の比較に基づいています。QCMの信頼性の高い品質管理のための優れたツールです。

測定目的

このアプリケーションでは ナノビア メカニカルテスターマイクロ スクラッチ モードでは、QCM サンプルの石英基板上の金コーティングの凝集力と接着強度を評価するために使用されます。の能力を紹介したいと思います。 ナノビア デリケートな試料の微小な傷を高精度、高再現性で試験する機械式試験機です。

ナノビア

PB1000

試験条件

があります。 ナノビア PB1000メカニカルテスターを使用し、以下にまとめた試験パラメータを用いてQCMサンプルのマイクロスクラッチ試験を実施しました。結果の再現性を確保するため、3回のスクラッチが行われました。

LOAD TYPE。 プログレッシブ

初期荷重

0.01 N

最終荷重

30 N

ATMOSPHERE: 空気 24°C

滑りスピード

2mm/分

滑り距離

2mm

結果・考察

QCM試料のフルマイクロスクラッチトラックは、以下のとおりです。 図1.図2には,異なる臨界荷重における破壊挙動が示されている。ここで、臨界荷重LC1 は,スクラッチトラックで最初に接着破壊の兆候が見られる荷重と定義し,LC2 は繰り返し接着破壊が起こる荷重であり,LC3 は、コーティングが基板から完全に剥離する荷重である。Lでチッピングがほとんど発生しないことがわかる。C1 11.15Nとなり、コーティング不良の最初の兆候となった。 

マイクロスクラッチ試験中に常態荷重が増加し続けるため,L.S.A.以降に繰り返し接着破壊が発生する。C2 の場合、16.29N。C3 の19.09Nに達すると、コーティングは石英基板から完全に剥離する。このような臨界荷重は、コーティングの凝集力と接着力を定量的に比較し、目的とする用途に最適な候補を選択するために利用することができます。

図1: QCMサンプルのフルマイクロスクラッチトラック。

図2: 異なる臨界荷重でのマイクロスクラッチトラック。

図3 は、摩擦係数と深さの変化をプロットしたもので、マイクロスクラッチ試験中のコーティング破損の進行について、より深い洞察を与える可能性があります。

図3: マイクロスクラッチ試験中のCOFとDepthの変化。

まとめ

この研究で、私たちは以下のことを示しました。 ナノビア メカニカルテスターは、QCM試料に対して信頼性の高い正確な微小スクラッチ試験を実施します。制御された厳密にモニターされた方法で直線的に増加する荷重を加えることにより、スクラッチ測定は、典型的な凝集性及び接着性コーティングの破壊が発生する臨界荷重を特定することを可能にします。コーティングの本質的な品質とQCM用コーティング/基板システムの界面保全性を定量的に評価・比較する優れたツールを提供します。

のナノ、マイクロ、マクロの各モジュールに対応。 ナノビア メカニカルテスターは、ISOやASTMに準拠した圧痕、スクラッチ、摩耗試験モードを備えており、1つのシステムで最も幅広く、最も使いやすい試験方法を提供します。 ナノビアの比類なき製品群は、硬度、ヤング率、破壊靭性、接着性、耐摩耗性など、薄手または厚手、軟質または硬質のコーティング、フィルム、基材のあらゆる機械特性を測定するための理想的なソリューションです。

さらに、オプションの3次元非接触プロファイラとAFMモジュールを使用すれば、粗さや反りなどの表面測定に加え、圧痕、傷、摩耗痕を高解像度で3次元イメージングすることも可能です。

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世界をリードするマイクロメカニカルテスター

は、今や世界有数の

マイクロメカニカルテスト

作成者

PIERRE LEROUX & DUANJIE LI, PhD.

はじめに

標準的なビッカース硬度計は、10~2000gfの荷重レンジで使用可能です。標準的なビッカース硬度計は、1~50Kgfの荷重をかけます。これらの測定器は、荷重範囲が非常に限定されているだけでなく、粗い表面や低荷重を扱う場合、圧痕が小さすぎて目視で測定することができないため、不正確な測定となってしまいます。これらの制限は旧来の技術に内在するものであり、その結果、より高い精度と性能をもたらす機器付き圧痕が標準的な選択肢となりつつあります。

ナノベアのマイクロ機械試験システムは、深さ対荷重のデータからビッカース硬度を自動計算し、1つのモジュールで最も広い荷重範囲(0.3g~2Kgまたは6g~40Kg)を実現します。深さ対荷重曲線から硬さを測定するため、ナノベアマイクロモジュールは、非常に弾性の高い材料を含むあらゆる種類の材料を測定することができます。また、ビッカース硬度だけでなく、正確な弾性率やクリープデータ、さらにはスクラッチ付着試験、摩耗試験、疲労試験、降伏強度、破壊靭性など、あらゆる品質管理データを提供することが可能です。

は、現在、世界有数のマイクロメカニカルテスト

このアプリケーションノートでは、マイクロモジュールがどのように設計され、世界有数の計装化された圧痕とスクラッチテストを提供するのかについて説明します。マイクロモジュールの広範な試験能力は、多くのアプリケーションに理想的です。例えば、この荷重レンジにより、薄い硬質皮膜の硬度と弾性率を正確に測定することができ、さらに、同じ皮膜の接着性を測定するために、より高い荷重を加えることができます。

測定目的

マイクロモジュールの容量は、以下のように表示されます。 ナノビア CB500 メカニカルテスター による
0.03〜200Nの広い荷重範囲で、圧痕試験とスクラッチ試験を優れた精度と信頼性で実現します。

ナノビア

CB500

試験条件

ビッカース圧子を用いて、標準的な鋼鉄試料に一連の(3×4、合計12個の)微小圧痕を形成しました。荷重と深さは、圧痕試験サイクル全体について測定・記録されました。0.03 N~200 N(0.0031~20.4 kgf)の範囲で異なる最大荷重で圧痕を形成し、異なる荷重で正確な圧痕試験を実施するマイクロモジュールの能力を紹介しました。オプションで20Nのロードセルも用意されており、0.3gfから2kgfまでの低荷重域の試験で10倍以上の分解能が得られることも特筆に値します。

マイクロモジュールを用いて、先端半径500μmと20μmの円錐球状ダイヤモンドスタイラスを用いて、それぞれ0.01Nから200Nまで、0.01Nから0.5Nまで直線的に負荷を増加させたスクラッチテストを2回実施した。

トゥエンティ マイクロインデンテーション を4Nで実施し、従来のビッカース硬さ試験機と比較し、マイクロモジュールの優れた再現性を示しました。

*鋼鉄サンプルにマイクロインデンターを使用

テストパラメーター

インデントマッピングの

地図作成。 3 BY 4 INDENTS

結果および考察

Zモーター、高荷重ロードセル、高精度静電容量式デプスセンサーを組み合わせたユニークなマイクロモジュールです。独立したデプスセンサーとロードセンサーを独自に活用することで、あらゆる条件下で高精度を実現します。

従来のビッカース硬度試験では、ダイヤモンドを使用した四角錐の圧子先端で四角い圧痕を作ります。その対角線の平均長さdを測定することで、ビッカース硬度を算出することができます。

それに比べて、今回使用した機器付き圧子技術は ナノビアマイクロモジュールは、圧痕の荷重と変位を測定し、機械的特性を直接測定します。圧痕の目視は必要ありません。このため、圧痕のd値を決定する際のユーザーやコンピュータの画像処理による誤差を排除することができます。0.3nmという非常に低いノイズレベルの高精度コンデンサデプスセンサーは、従来のビッカース硬度計では顕微鏡での目視測定が困難、あるいは不可能な圧痕の深さを正確に測定することが可能です。

また、他社が採用しているカンチレバー方式は、バネでカンチレバービームに通常荷重をかけ、その荷重が圧子にかかるというもの。このため、高荷重をかけた場合、カンチレバービームの構造剛性が不足し、カンチレバービームの変形や圧子の位置ズレを引き起こすという欠点があった。一方、マイクロモジュールは、ロードセルと圧子に作用するZモーターを介して通常の荷重をかけ、その後、直接荷重をかけることができる。すべてのエレメントが垂直方向に配置されているため、最大限の剛性が得られ、全荷重範囲において再現性のある正確な圧痕と傷の測定が可能になります。

新型マイクロモジュールのクローズアップ写真

0.03~200nの刻み目

図1に圧痕マップの画像を表示した。10N以上では隣り合う2つの圧痕の距離は0.5mm、それ以下の負荷では0.25mmとなっています。試料ステージの高精度な位置制御により、機械的特性マッピングの目標位置を選択することができます。マイクロモジュールの構成部品の垂直配列による優れた剛性により、ビッカース圧子は、最大200N(オプションで400N)の荷重で鋼鉄サンプルに貫入する際、完全な垂直姿勢を維持します。これにより、試料表面には、異なる荷重で対称な四角形の印象が形成されます。

図2に示すように、顕微鏡下で異なる荷重における個々の圧痕を2つの傷とともに表示し、広い荷重範囲において圧痕試験と傷試験の両方を高い精度で実行できる新しいマイクロモジュールの能力を示しています。法線荷重とスクラッチ長さのプロットに示すように、円錐球状ダイヤモンドスタイラスがスチール試料面上を滑走すると、法線荷重は直線的に増加します。幅と深さが徐々に増加する滑らかな直線状のスクラッチ軌跡が形成されます。

図1: インデントマップ

マイクロモジュールを用いて、先端半径500μmと20μmの円錐球状ダイヤモンドスタイラスを用いて、それぞれ0.01Nから200Nまで、0.01Nから0.5Nまで直線的に負荷を増加させたスクラッチテストを2回実施した。

標準鋼材に対して4Nで20回のマイクロインデンテーション試験を実施し、従来のビッカース硬度計とは対照的に、マイクロモジュールの優れた再現性を示しました。

a: 顕微鏡下での圧痕と傷(360倍)

b: 顕微鏡下での圧痕と傷(3000倍)

図2: 最大荷重を変化させたときの荷重-変位プロット。

異なる最大荷重での圧痕中の荷重-変位曲線を以下に示す。 図3. 図4は、硬度と弾性率をまとめたもので、比較しています。鋼材は、0.03〜200N(0.003〜400Nの範囲)の試験荷重において一定の弾性率を示し、その平均値は〜211GPaとなりました。硬度は、100N以上の最大荷重で測定した場合、〜6.5GPaの比較的一定の値を示し、荷重が2〜10Nの範囲に減少すると、〜9GPaの平均硬度が測定される。

図3: 最大荷重を変化させたときの荷重-変位プロット。

図4: 最大荷重を変えて測定した鋼材サンプルの硬度とヤング率。

0.03~200nの刻み目

最大荷重4Nで20回のマイクロインデンテーションテストを実施した。荷重-変位曲線は次のように表示されます。 図5 に,得られたビッカース硬度およびヤング率を示す。 図6.

図5: 4Nでのマイクロインデンテーション試験の荷重-変位曲線。

図6: 4Nで20回微小圧痕を加えたときのビッカース硬度とヤング率。

荷重-変位曲線は、新型マイクロモジュールの優れた再現性を示しています。標準鋼材のビッカース硬度は、従来のビッカース硬度計で測定した817±18HVに対して、新型マイクロモジュールでは842±11HVとなった。硬さ測定の標準偏差が小さいため、工業分野と学術研究の両方で、材料の研究開発と品質管理における機械的特性の信頼性と再現性を確保することができます。

また,荷重-変位曲線からヤング率208±5GPaを算出した。これは,従来のビッカース硬度計では圧痕中の深さ測定ができないため,得られなかった値である。荷重が減少し、圧痕の大きさが小さくなるにつれて ナノビア マイクロモジュールは、ビッカース硬度計と比較して再現性の面で優れており、目視での圧痕測定が不可能になるまでの間、その優位性を発揮します。

また、ビッカース硬度計の標準的な顕微鏡では観察が困難な粗い試料を扱う場合にも、深さを測定して硬さを計算する利点があります。

まとめ

本研究では、世界をリードする新しいナノベアマイクロモジュール(200 Nレンジ)が、0.03~200 N(3 gf~20.4 kgf)の広い荷重範囲で、比類ない再現性と精度で圧痕およびスクラッチ測定を行うことを示しました。オプションの低レンジマイクロモジュールは、0.003~20N(0.3gf~2kgf)の試験を行うことができます。Zモーター、高荷重ロードセル、デプスセンサーを独自の垂直配置にすることで、測定中の構造的剛性を最大限に高めています。異なる荷重で測定された圧痕は、すべて試料表面で対称的な四角形の形状を有しています。最大荷重200Nのスクラッチテストでは、幅と深さが徐々に増加する直線的なスクラッチトラックが形成されます。

新しいマイクロモジュールは、PB1000(150 x 200 mm)またはCB500(100 x 50 mm)のメカニカルベース上にzモーターライズ(50 mmレンジ)で構成することが可能です。強力なカメラシステム(位置精度0.2ミクロン)と組み合わせることで、市場で最高の自動化およびマッピング機能を提供します。また、NANOVEAは、荷重の全範囲にわたって1回の圧痕を行うことにより、ビッカース圧子の検証および校正を可能にする独自の特許機能(EP番号30761530)を提供します。これに対し、標準的なビッカース硬度計では、1つの荷重での校正しか行えません。

さらに、NANOVEA ソフトウェアは、必要に応じて、従来の圧痕の対角線を測定する方法でビッカース硬度を測定することができます(ASTM E92 および E384用)。本書で示すように、ナノベアマイクロモジュールによる深さ対荷重硬さ試験(ASTM E2546およびISO 14577)は、従来の硬さ試験機と比較して正確で再現性の高いものとなっています。特に、顕微鏡で観察・測定できないようなサンプルについては、その威力を発揮します。

結論として、マイクロモジュールの高い精度と再現性、幅広い荷重と試験、高い自動化、マッピングオプションは、従来のビッカース硬度計を時代遅れなものにしています。しかし、現在も提供されているスクラッチ試験機やマイクロスクラッチ試験機も同様に、1980年代に設計された欠陥のある試験機です。

この技術の継続的な開発・改良により、ナノベアはマイクロメカニカルテストの世界的リーダーとなっています。

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紙やすりの粗さ測定器

サンドペーパー粗さと粒子径の分析

サンドペーパー粗さと粒子径の分析

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SANDPAPER

粗さ・粒子径解析

作成者

フランク・リウ(FRANK LIU

はじめに

サンドペーパーは、研磨剤として使用される一般的な市販品である。最も一般的な用途は、サンドペーパーの研磨性を利用して塗膜を除去したり、表面を研磨したりすることである。この研磨特性は砥粒に分類され、砥粒の大きさによって滑らかさや
粗い表面仕上げができる。望ましい研磨特性を実現するために、サンドペーパーのメーカーは、研磨粒子が特定の大きさで、偏差が少ないことを保証しなければなりません。サンドペーパーの品質を定量化するために、NANOVEAの3D非接触 プロフィロメーター を使用して、サンプル領域の算術平均(Sa)高さパラメータと平均粒子径を求めることができる。

非接触光学式3Dプロファイラの重要性 サンドペーパー用プロファイラー

サンドペーパーを使用する場合、一貫した表面仕上げを得るためには、研磨粒子と研磨面の相互作用が均一である必要があります。これを定量化するために、ナノベアの3D非接触光学式プロファイラでサンドペーパー表面を観察し、粒子のサイズ、高さ、間隔の偏差を確認することができます。

測定目的

今回の研究では、5種類のサンドペーパー砥粒(120,
180、320、800、2000)を使ってスキャンしています。
NANOVEA ST400 3D非接触光学式プロファイラ。
スキャンからSaを抽出し、粒子
のMotifs分析を行い、サイズを算出します。
等価直径を求める

ナノビア

ST400

結果・考察

サンドペーパーは、予想通り、グリットが大きくなるにつれて、表面粗さ(Sa)と粒子径が小さくなる。Saは42.37μmから3.639μmの範囲であった。粒子径は127±48.7から21.27±8.35の範囲にあります。大きな粒子と高い高さの変化は、小さな粒子と低い高さの変化とは対照的に、表面に対してより強い研磨作用を生み出す。
高さに関するパラメータの定義は、P.A.1 に記載されています。

表1: サンドペーパー砥粒と高さパラメーターとの比較。

表2: サンドペーパー砥粒と粒子径の比較。

サンドペーパーの2D・3D表示 

以下は、サンドペーパーサンプルのフォルスカラーと3Dビューです。
mmのガウシアンフィルターを使用し、形状やうねりを除去した。

モチーフの分析

表面の粒子を正確に見つけるために、高さスケールの閾値を再定義し、サンドペーパーの上層部のみを表示するようにした。その後、モチーフ解析を行い、ピークを検出した。

まとめ

マイクロやナノの形状を持つ表面を精密にスキャンできることから、様々なサンドペーパー砥粒の表面性状の検査にナノベアの3D非接触光学式プロファイラが使用されました。

3Dスキャンを解析するための高度なソフトウェアを用いて、各サンドペーパーサンプルの表面高さパラメータと等価粒子径を求めた。その結果、粒径が大きくなるにつれて、予想通り表面粗さ(Sa)と粒子径が小さくなることが確認された。

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発泡スチロール表面境界測定プロフィロメトリー

表面境界測定

3Dプロフィロメトリーによる表面境界計測

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表層境界測定

3Dプロフィロメトリーによる

作成者

クレイグ・ライジング

はじめに

表面の特徴、パターン、形状などの界面が配向性を評価されるような研究では、測定プロファイル全体にわたって関心のある領域をすばやく特定することが有用です。表面を重要な領域に分割することで、ユーザーは境界、ピーク、ピット、面積、体積などを迅速に評価し、研究対象の表面プロファイル全体における機能的な役割を理解することができます。例えば、金属の粒界イメージングでは、多くの構造物の界面や全体的な方向性が解析の重要なポイントになります。それぞれの領域を理解することで、全体の中の欠陥や異常を特定することができます。粒界のイメージングは通常プロフィロメータの能力を超える領域で研究され、2D画像分析に過ぎませんが、3D表面測定の利点とともに、ここで紹介する概念をより大きなスケールで説明するための参考資料となります。

表面分離研究における3次元非接触形状測定機の重要性

タッチプローブや干渉計などの他の技術とは異なり、 3D非接触形状計軸色収差を使用するため、ほぼすべての表面を測定でき、オープンステージングによりサンプルサイズは大きく変化する可能性があり、サンプルの前処理は必要ありません。ナノからマクロの範囲は、サンプルの反射率や吸収の影響を受けずに表面プロファイル測定中に得られ、高い表面角度を測定する高度な機能を備えており、結果をソフトウェアで操作する必要はありません。透明、不透明、鏡面、拡散、研磨、粗いなど、あらゆる材質を簡単に測定できます。非接触粗面計の技術は、表面境界分析が必要な場合に表面調査を最大限に高めるための理想的で広範で使いやすい機能を提供します。 2D と 3D 機能を組み合わせたメリットも得られます。

測定目的

このアプリケーションでは、発泡スチロールの表面積を測定するためにナノベアST400プロフィロメータが使用されています。境界は、NANOVEA ST400を使用して同時に取得される地形とともに、反射強度ファイルを組み合わせることによって確立されました。このデータをもとに、発泡スチロールの「粒」ごとに異なる形状や大きさの情報を算出しました。

ナノビア

ST400

結果と考察:2次元表面境界の測定

トポグラフィー画像(左下)を反射強度画像(右下)でマスクし、結晶粒の境界を明確にした画像。直径565μm以下の粒はフィルターをかけることで無視されている。

粒の総数167
粒が占める投影面積の合計。166.917 mm² (64.5962 %)
バウンダリー占有予想総面積: (35.4038 %)
粒の密度0.646285粒/mm2

面積 = 0.999500 mm² +/- 0.491846 mm².
外周=9114.15μm +/- 4570.38μm
等価直径 = 1098.61 µm +/- 256.235 µm
平均直径 = 945.373 µm +/- 248.344 µm
最小径 = 675.898 µm +/- 246.850 µm
最大径=1312.43 µm +/- 295.258 µm

結果&考察:3次元表面境界計測

得られた3次元トポグラフィーデータを用いて、各粒子の体積、高さ、ピーク、アスペクト比、一般的な形状情報を解析することができる。3次元占有総面積:2.525mm3

まとめ

このアプリケーションでは、NANOVEA 3D非接触形状測定機が発泡スチロールの表面を精密に特性評価できることを示しました。統計的な情報は、表面全体、またはピークやピットなどの個々の粒子について得ることができます。この例では、ユーザーが定義したサイズより大きいすべての粒を使用して、面積、周囲長、直径、高さを表示しました。ここで示された特徴は、バイオメディカルからマイクロマシニングまで、様々な分野の自然表面や加工済み表面の研究および品質管理に重要な役割を果たすことができます。 

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トライボメータによるガラス被膜の耐湿性試験

トライボメータによるガラス被膜の耐湿性試験

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ガラスコート湿度

トライボメータによる摩耗試験

作成者

DUANJIE LI博士号取得

はじめに

セルフクリーニング機能付きガラスコーティングは、汚れ、垢、シミの蓄積を防ぎ、清掃しやすいガラス表面を作り出します。そのセルフクリーニング機能は、清掃頻度、時間、エネルギー、清掃コストを大幅に削減し、ガラスファサード、鏡、シャワーガラス、窓、フロントガラスなど、住宅や商業のさまざまな用途に魅力的な選択肢を提供します。

耐摩耗性の重要性 セルフクリーニングガラスコーティングの

セルフクリーニングコーティングの主な用途は、超高層ビルのガラスファサードの外面である。ガラス表面は、強風によって運ばれてくる高速の粒子によってしばしば攻撃される。また、天候もガラスコーティングの耐用年数に大きな影響を与えます。ガラスが劣化した場合、表面処理を施し、新しいコーティングを施すことは非常に困難であり、コストもかかる。そのため、ガラスコーティングの耐摩耗性には、天候に左右されないことが重要です。
天候の変化が重要です。


異なる天候下でのセルフクリーニングコーティングの現実的な環境条件をシミュレートするためには、湿度を制御・監視した状態での再現性のある摩耗評価が必要です。これにより、ユーザーは異なる湿度にさらされたセルフクリーニングコーティングの耐摩耗性を適切に比較し、目標とするアプリケーションに最適な候補を選択することができます。

測定目的

この研究で、私たちは以下のことを示しました。 ナノビア 湿度コントローラを搭載したT100トライボメータは、異なる湿度環境におけるセルフクリーニングガラスコーティングの耐摩耗性を調査するための理想的なツールです。

ナノビア

T100

試験方法

ソーダライムガラスの顕微鏡スライドに、2種類の処理レシピでセルフクリーンガラスコーティングを施した。この2つのコーティングは、コーティング1およびコーティング2として識別されます。比較のため、コーティングされていない裸のスライドガラスもテストされています。


ナノビア トライボメータ 湿度制御モジュールを備えたシステムは、セルフクリーンガラスコーティングの摩擦係数、COF、耐摩耗性などのトライボロジー挙動を評価するために使用されました。 WC ボールチップ (直径 6 mm) を試験サンプルに当てました。 COF はその場で記録されました。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ーは、相対湿度 (RH) 値を ±1 % の範囲で正確に制御しました。摩耗試験後、摩耗痕の形態を光学顕微鏡で検査しました。

最大荷重 40 mN
結果・考察

コーティングされたガラスとコーティングされていないガラスで、異なる湿度条件でのピンオンディスク摩耗試験を行いました
の試料を用いた。に示すように,摩耗試験中にCOFをその場で記録した。
図1 で、平均COFは以下のようにまとめられている。 図2. 図4 は、摩耗試験後の摩耗痕を比較します。


に示すように
図130% RHでは,非コーティングガラスのCOFが0.45と高く,300回転の摩耗試験終了時には0.6まで上昇する.これに対し
コーティングされたガラス試料 Coating 1 と Coating 2 は,試験開始時に 0.2 を下回る低い COF を示している。また、COF
のCOFは0.25で安定するが、Coating 1は0.25で急激に増加する。
~250回転でCOFは~0.5となる。60% RHで摩耗試験を実施すると
非コーティングのガラスは、摩耗試験中、依然として0.45程度の高いCOFを示した。コーティング 1 と 2 は、それぞれ 0.27 と 0.22 の COF 値を示しました。90% RHでは、非コーティングガラスは摩耗試験終了時に〜0.5という高いCOFを有しています。コーティング1と2は,摩耗試験開始時に同程度のCOF(〜0.1)を示している。コーティング1は比較的安定したCOF〜0.15を維持している。しかし、コーティング2は、約100回転で破損し、その後、摩耗試験終了時にCOFが約0.5まで大幅に増加しました。


セルフクリーンガラスコーティングの低摩擦は、表面エネルギーの低さに起因しています。非常に高い静電気を発生させる
の水接触角と低いロールオフ角を持つ。の顕微鏡で示すように、90% RHのコーティング表面に小さな水滴を形成することになる。
図3.また、RH値が30%から90%に上昇すると、Coating 2の平均COFは〜0.23から〜0.15に減少した。

図1: 相対湿度を変化させた場合のピンオンディスク試験時の摩擦係数。

図2: 相対湿度を変化させた場合のピンオンディスクテストにおける平均COF。

図3: コーティングされたガラス表面に小さな水滴が形成される。

図4 は,異なる湿度での摩耗試験後のガラス表面の摩耗痕を比較したものである。コーティング1は,30%と60%のRHで摩耗試験を行った後,軽度の摩耗の兆候を示している。90%のRHでは大きな摩耗痕が見られ,摩耗試験中のCOFの大幅な上昇と一致している。コーティング2は,乾湿両環境での摩耗試験でほとんど摩耗が見られず,また,異なる湿度での摩耗試験で一定の低いCOFを示した。優れたトライボロジー特性と低い表面エネルギーの組み合わせにより、Coating 2は過酷な環境下でのセルフクリーニングガラスコーティング用途に適していることが分かります。一方、コーティングされていないガラスは、異なる湿度環境下でより大きな摩耗痕とより高いCOFを示し、セルフクリーニングコーティング技術の必要性を示している。

図4: 相対湿度を変化させたピンオンディスク試験後の摩耗痕(200倍拡大)。

まとめ

ナノビア T100トライボメータは、異なる湿度環境下でのセルフクリーニングガラスコーティングの評価と品質管理に最適なツールです。また、COF をその場で測定できるため、摩耗の様々な段階と COF の変化を関連付けることができ、ガラス被膜の摩耗メカニズムやトライボロジー特性の基本的な理解を深める上で非常に重要である。異なる湿度環境で試験したセルフクリーニングガラスコーティングの包括的なトライボロジー分析に基づき、コーティング2は乾燥および湿潤環境の両方で一定の低いCOFと優れた耐摩耗性を有することを示し、異なる天候にさらされるセルフクリーニングガラスコーティング用途に適した候補であることが分かった。


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します。オプションの3D非接触プロファイラを使用すれば、高精度な摩擦試験も可能です。
粗さなどの他の表面測定に加えて、摩耗痕の分解能の高い3Dイメージングを行います。 

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