作成者
DUANJIE LI, PhD
一般にテフロンとして知られるポリテトラフルオロエチレン (PTFE) は、適用される荷重に応じて、非常に低い摩擦係数 (COF) と優れた耐摩耗性を備えたポリマーです。 PTFE は、優れた化学的不活性性、327°C (620°F) の高い融点を示し、低温でも高い強度、靭性、および自己潤滑性を維持します。 PTFE コーティングは優れた耐摩耗性を備えているため、自動車、航空宇宙、医療、特に調理器具などの幅広い産業用途で非常に人気があります。
超低摩擦係数 (COF)、優れた耐摩耗性、および高温での優れた化学的不活性性の組み合わせにより、PTFE は焦げ付き防止パンコーティングとして理想的な選択肢となります。研究開発中の機械プロセスをさらに強化し、品質管理プロセスにおける誤動作防止と安全対策の最適な制御を確実にするには、PTFE コーティングの摩擦機械プロセスを定量的に評価するための信頼できる技術を持つことが重要です。意図した性能を確保するには、コーティングの表面摩擦、磨耗、付着を正確に制御することが不可欠です。
試験方法
摩擦係数 (COF) や耐摩耗性を含む PTFE コーティング サンプルのトライボロジー挙動は、NANOVEA を使用して評価されました。 トライボメータ 直線往復モードで。直径 3 mm (グレード 100) のステンレス鋼 440 ボールチップをコーティングに対して使用しました。 PTFE コーティング摩耗試験中、COF を継続的に監視しました。
摩耗率 K は、式 K=V/(F×s)=A/(F×n) を使用して計算されました。ここで、V は摩耗量、F は垂直荷重、s は滑り距離、A は摩耗痕跡の断面積、n はストローク数です。摩耗痕跡プロファイルは NANOVEA を使用して評価されました。 光学式粗さ計、摩耗跡の形態は光学顕微鏡を使用して検査されました。
| LOAD | 30 N |
| テスト期間 | 5分 |
| スライディングレート | 80rpm |
| トラックの振幅 | 8mm |
| 革命 | 300 |
| ボール径 | 3mm |
| ボール材質 | ステンレス440 |
| ルーブリック | なし |
| 大気 | 空気 |
| 温度 | 230℃（室温） |
| 湿度 | 43% |
試験方法
PTFE引っかき付着力測定はNANOVEAを使用して実施しました。 メカニカルテスター マイクロ スクラッチ テスター モードで 1200 Rockwell C ダイヤモンド スタイラス (半径 200 μm) を使用。
結果の再現性を確保するために、同一のテスト条件下で 3 つのテストが実行されました。
| ロードタイプ | プログレッシブ |
| 初期荷重 | 0.01 mN |
| 最終荷重 | 20 mN |
| 荷重レート | 40mN/分 |
| スクラッチの長さ | 3mm |
| スクラッチ速度、dx/dt | 6.0mm/分 |
| 圧子ジオメトリー | 120o ロックウェル C |
| 圧子材料（先端部） | ダイヤモンド |
| 圧子先端半径 | 200 μm |
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。
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。
| 最大COF | 0.217 |
| Min COF | 0.125 |
| 平均COF | 0.177 |
| 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。
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。
この研究では、NANOVEA T50 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のシミュレーションを実施しました。 PTFE コーティングは約 0.18 の低い COF を示し、コーティングは約 130 回転でブレークスルーを経験しました。金属基材に対する PTFE コーティングの接着力の定量的評価は、NANOVEA 機械試験機を使用して実行されました。この試験では、コーティング接着力破壊の臨界荷重は約 8.5 N であると測定されました。
NANOVEA トライボメータは、ISO および ASTM 準拠の回転モードおよび線形モードを使用した、正確で再現性のある摩耗および摩擦試験機能を提供します。これらは、高温摩耗、潤滑、摩擦腐食用のオプションのモジュールを提供しており、すべて単一システムに統合されています。この多用途性により、ユーザーは実際のアプリケーション環境をより正確にシミュレートし、さまざまな材料の摩耗メカニズムやトライボロジー特性を深く理解できるようになります。
NANOVEA 機械試験機は、Nano、Micro、および Macro モジュールを提供しており、それぞれのモジュールには ISO および ASTM 準拠の押し込み、傷、摩耗試験モードが含まれており、単一システムで利用できる最も広範でユーザーフレンドリーな試験機能を提供します。
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