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AR 月別アーカイブ5月 2020
マイクロインデンテーションによる採掘作業の改善
マイクロインデンテーションの研究および品質管理
岩石力学は、岩石の力学的挙動を研究する学問であり、鉱業、掘削、貯水池生産、土木建設産業で応用されています。機械的特性を正確に測定できる高度な計測機器により、これらの産業では部品や手順の改良が可能です。岩石力学をミクロのスケールで理解することで、品質管理の手順を確実に実行することができます。
マイクロインデンテーション 岩石力学関連の研究に使用される重要なツールです。これらの技術は、岩盤特性のさらなる理解を提供することにより、掘削技術を進歩させます。マイクロインデンテーションは、採掘手順を改善するドリルヘッドを改良するために使用されます。マイクロインデンテーションは、鉱物からのチョークや粉末の形成を研究するために使用されてきました。マイクロインデンテーションの研究には、単一の機器で硬度、ヤング率、クリープ、応力ひずみ、破壊靱性、圧縮を含めることができます。
測定目的
このアプリケーションでは Nanovea 機械試験機 鉱物岩サンプルのビッカース硬度 (Hv)、ヤング率、および破壊靱性を測定します。この岩は黒雲母、長石、石英で構成されており、標準的な花崗岩の複合材料を形成しています。それぞれが個別にテストされます。
結果および考察
このセクションでは、異なる試料の主な数値結果を比較した要約表と、実施した各圧痕を含む完全な結果リスト（可能な場合は圧痕の顕微鏡写真付き）を掲載しています。これらの全結果は、硬度とヤング率の測定値を押し込み深さ（Δd）として、その平均値と標準偏差を表示しています。なお、表面粗さが圧痕と同じ大きさの範囲にある場合、結果に大きなばらつきが生じる可能性があることを考慮する必要があります。
硬度と破壊靭性の主な数値結果の概要表
まとめ
ナノベアメカニカルテスターは、鉱物性岩石の硬い表面で再現性と正確な圧痕結果を実証しています。花崗岩を形成する各材料の硬度とヤング率は、深さ対荷重の曲線から直接測定されました。表面が粗いため、より高い荷重で試験を行うことになり、微小亀裂が発生する可能性がありました。このマイクロクラックが、測定値のばらつきの原因になっていると思われます。試料表面が粗いため、標準的な顕微鏡観察ではクラックを認識することができませんでした。そのため、クラックの長さを測定する必要がある従来の破壊靭性数値の算出は不可能である。その代わりに、荷重を増加させながら、深さ対荷重曲線の転位からクラックの発生を検出するシステムを使用した。
破壊閾値荷重は破壊が発生した荷重で報告された。単に亀裂の長さを測定する従来の破壊靭性試験とは異なり、閾値破壊が始まる荷重が得られます。さらに、制御された厳密な監視環境下での硬度測定により、様々なサンプルを比較するための定量的な値として使用することができます。
さて、次はアプリケーションについてです。
インライン粗さ検査
インラインプロファイラによるエラーの即時検出
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インライン粗さ検査における非接触式プロファイラの重要性
表面欠陥は、材料の加工や製品の製造に起因します。インライン表面品質検査により、最終製品の最も厳密な品質管理が保証されます。ナノベア 3D非接触形状計 非接触でサンプルの粗さを測定する独自の機能を備えたクロマチック共焦点技術を利用します。複数のプロファイラー センサーを設置して、製品のさまざまな領域の粗さと質感を同時に監視できます。解析ソフトウェアによってリアルタイムで計算された粗さのしきい値は、高速で信頼性の高い合否判定ツールとして機能します。
測定目的
本研究では、ポイントセンサーを搭載したナノベアーの粗さ検査コンベアシステムを用いて、アクリルとサンドペーパーサンプルの表面粗さを検査します。生産ラインにおいて、高速で信頼性の高いインライン粗さ検査をリアルタイムに提供するナノベアーの能力を紹介します。
結果および考察
コンベア式プロフィロメータシステムは、トリガモードと連続モードの2つのモードで動作させることができる。図2に示すように、トリガーモードでは、試料が光学式プロファイラヘッドの下を通過する際に表面粗さが測定されます。これに対し、連続モードでは、金属板や布地などの連続した試料の表面粗さをノンストップで測定することができます。複数の光学式プロファイラーセンサーを設置し、異なるサンプル領域の粗さをモニターし記録することができます。
リアルタイムの粗さ検査測定中、図4と図5に示すように、合格と不合格の警告がソフトウェアのウィンドウに表示されます。粗さの値が与えられた閾値の範囲内にある場合、測定された粗さは緑色でハイライトされます。しかし、測定された表面粗さが設定されたしきい値の範囲外である場合、ハイライトは赤色に変化する。これは、ユーザーが製品の表面仕上げの品質を判断するためのツールを提供するものである。
以下では、アクリルと紙やすりの2種類の試料を用いて、検査システムのトリガーモードと連続モードのデモンストレーションを行います。
トリガーモード。アクリル試料の表面検査
図1に示すように、一連のアクリル試料はコンベアベルト上に整列され、光学式プロファイラヘッドの下を移動します。図6の擬似カラー図は、表面の高さの変化を示しています。鏡面仕上げされたアクリルサンプルの一部は、図6bに示すように、サンディングされて粗い表面テクスチャを形成していた。
アクリルサンプルは光学式プロファイラヘッドの下を一定速度で移動するため、図7および図8に示すように表面形状が測定される。測定されたプロファイルの粗さ値も同時に計算され、閾値と比較されます。粗さの値が設定されたしきい値を超えると赤色のフェイルアラートが起動し、ユーザーは生産ライン上の不良品を即座に発見し、場所を特定することができるようになります。
連続モード。サンドペーパーサンプルの表面検査
図9に示すように、サンドペーパーサンプル表面の表面高さマップ、粗さ分布マップ、および粗さ閾値の合否マップを作成した。サンドペーパーサンプルは、表面高さマップに示されるように、使用部分にいくつかの高いピークがある。図9Cのパレット内の異なる色は、局所表面の粗さ値を表している。粗さマップは、サンドペーパーサンプルの無傷の領域で均質な粗さを示す一方、使用済みの領域は濃い青色で強調され、この領域で粗さの値が低下していることを示している。図9Dに示すように、このような領域を特定するために、粗さの合否のしきい値を設定することができます。
サンドペーパーがインラインプロファイラセンサーの下を連続的に通過すると、図10にプロットされているように、リアルタイムの局所粗さ値が計算され記録される。設定された粗さのしきい値に基づいて合否のアラートがソフトウェア画面に表示され、品質管理のための迅速かつ信頼性の高いツールとして機能する。生産ラインにおける製品の表面品質をその場で検査し、不良箇所をいち早く発見することができる。
まとめ
このアプリケーションでは、光学式非接触プロファイラーセンサーを搭載したナノベアコンベアプロフィロメーターが、信頼性の高いインライン品質管理ツールとして効果的かつ効率的に機能することを示しました。
生産ラインに設置することで、製品の表面品質をその場で監視することができる検査装置です。粗さの閾値は、製品の表面品質を判断するための信頼できる基準として機能し、ユーザーは不良品にいち早く気づくことができます。トリガーモードと連続モードの2つの検査モードがあり、さまざまな種類の製品の検査に対応します。
ここに掲載されているデータは、解析ソフトウェアで利用可能な計算の一部に過ぎません。ナノベアプロフィロメータは、半導体、マイクロエレクトロニクス、太陽電池、ファイバー、光学、自動車、航空宇宙、冶金、機械加工、コーティング、医薬品、バイオメディカル、環境などの分野で、ほぼすべての表面を測定することができます。
さて、次はアプリケーションについてです。
ブロック・オン・リング摩耗試験
ブロック・オン・リングの摩耗評価の重要性
摺動摩耗とは、荷重がかかった状態で、2つの材料が接触部で互いに滑り、材料が徐々に失われることである。自動車、航空宇宙、石油・ガスなど、機械やエンジンが稼働している様々な産業で必然的に発生する。このような摺動運動は、表面での深刻な機械的摩耗や材料移動を引き起こし、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。
滑り摩耗には、凝着摩耗、二体摩耗、三体摩耗、疲労摩耗など、接触面で発生する複雑な摩耗メカニズムが関与することがよくあります。材料の摩耗挙動は、通常の荷重、速度、腐食、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ため、摩耗評価に最適です。
ブロック オン リング (ASTM G77) 試験は、さまざまなシミュレーション条件で材料の滑り摩耗挙動を評価する広く使用されている手法で、特定のトライボロジー用途における材料カップルの信頼できるランク付けを可能にします。
ブロック オン リング (ASTM G77) 試験は、さまざまなシミュレーション条件で材料の滑り摩耗挙動を評価する広く使用されている手法で、特定のトライボロジー用途における材料カップルの信頼できるランク付けを可能にします。
測定目的
このアプリケーションでは、ナノベアメカニカルテスターが、ステンレス鋼SS304とアルミニウムAl6061金属合金サンプルのYSとUTSを測定しています。これらのサンプルは、ナノベアの圧痕法の信頼性を示す、一般的に認識されているYSとUTSの値で選ばれました。
S-10 リング上の H-30 ブロックの滑り摩耗挙動は、Block-on-Ring モジュールを使用する Nanovea のトライボメータによって評価されました。 H-30 ブロックは硬度 30HRC の 01 工具鋼で作られていますが、S-10 リングは表面硬度 58 ～ 63 HRC の鋼タイプ 4620、リング直径約 34.98 mm です。摩耗挙動への影響を調査するために、乾燥した潤滑環境でブロック オン リング テストが実行されました。潤滑試験は USP 重鉱油で実施されました。 Nanovea の摩耗痕跡を調査しました。 3D非接触表面形状計。試験パラメータを表 1 にまとめます。摩耗率 (K) は、式 K=V/(F×s) を使用して評価しました。ここで、V は摩耗量、F は垂直荷重、s は滑り距離です。
結果および考察
図 2 は、乾燥環境と潤滑環境でのブロックオンリング テストの摩擦係数 (COF) を比較しています。乾燥した環境では、潤滑された環境よりもブロックの摩擦が大幅に大きくなります。 COF
最初の 50 回転のならし期間中に変動し、残りの 200 回転摩耗テストでは約 0.8 の一定 COF に達します。比較すると、USP 重鉱油潤滑で実行されたブロック オン リング テストは、500,000 回転摩耗テスト全体を通じて 0.09 という低い COF を一定に示しました。潤滑剤は、表面間の COF を最大 90 分の 1 に大幅に削減します。
図3，図4に乾式および潤滑式摩耗試験後のブロックの摩耗痕の光学画像と断面2次元プロフィールを示す。また，摩耗痕の体積と摩耗速度を表2に示す。72rpmの低回転数で200回転させた乾式摩耗試験後のスチールブロックは、9.45mm˙と大きな摩耗痕体積を示しています。これに対し、鉱物油潤滑剤を用いて197rpmの高速回転で50万回転させた摩耗試験では、0.03mm˙と大幅に小さい摩耗痕が形成されました。
図3は、潤滑摩耗試験での穏やかな摩耗に比べ、乾式摩耗試験での激しい摩耗の様子を示しています。乾式摩耗試験で発生する高熱と激しい振動は、金属片の酸化を促進し、激しい3体摩耗を引き起こします。潤滑摩耗試験では、鉱油が摩擦を減らし、接触面を冷却し、摩耗中に生じた摩耗粉を運び去ります。この結果、摩耗量は約8×10ˆと大幅に減少した。このような環境による耐摩耗性の大きな違いは、現実的な使用条件下での適切な滑り摩耗シミュレーションの重要性を示している。
試験条件にわずかな変化が加わると、摩耗の挙動が大きく変化することがあります。ナノベアのトライボメータは汎用性が高いため、高温、潤滑、トライボコロージョンの各条件で摩耗測定が可能です。高度なモーターによる正確な速度および位置制御により、0.001～5000rpmの速度で摩耗試験を行うことができるため、研究/試験ラボにとって、さまざまな⾰命条件での摩耗を調べるための理想的なツールとなっています。
試料の表面状態は、Nanovea社の非接触型光学式プロイオメーターで検査した。図5は、摩耗試験後のリングの表面形態を示しています。摺動摩耗により生じた表面形態と粗さをより良く表現するために、円筒形状を除去しています。200回転の乾式摩耗試験では、3体摩耗により著しい表面荒れが発生しました。乾式摩耗試験後のブロックとリングの粗さRaは、それぞれ14.1μmと18.1μmであるのに対し、より高速の50万回転潤滑摩耗試験では5.7μmと9.1μmとなりました。このテストは、ピストンリングとシリンダーの接触面に適切な潤滑を行うことの重要性を示しています。激しい摩耗は、無潤滑では接触面を素早く損傷させ、不可逆的なサービス品質の劣化、さらにはエンジンの破損につながる。
まとめ
この研究では、ASTM G77 規格に準拠したブロック オン リング モジュールを使用して、Nanovea のトライボメーターを使用してスチール金属カップルの滑り摩耗挙動を評価する方法を紹介します。潤滑剤は、材料対の摩耗特性において重要な役割を果たします。鉱油は、H-30 ブロックの摩耗率を約 8×10 分の 1 に減少させ、COF を約 90 分の 1 に減少させます。 Nanovea のトライボメーターは多用途性を備えているため、さまざまな潤滑、高温、摩擦腐食条件下での摩耗挙動を測定するための理想的なツールとなっています。
Nanovea の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て、正確で再現性のある摩耗および摩擦試験を提供します。また、オプションの高温摩耗、潤滑、および摩擦腐食モジュールも 1 つの事前統合システムで利用できます。 Nanovea の比類のない製品群は、薄いか厚いか、柔らかいか硬いコーティング、フィルム、および基材のあらゆる範囲のトライボロジー特性を決定するための理想的なソリューションです。
