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카테고리: 액체 마찰학

 

트라이보미터를 사용한 샌드페이퍼 마모 성능

사포 마모 성능

트라이보미터 사용

작성자

DUANJIE LI, PhD

소개

사포는 종이나 천의 한 면에 연마 입자를 붙인 것으로 구성됩니다. 입자에는 가닛, 탄화규소, 산화알루미늄, 다이아몬드 등 다양한 연마재를 사용할 수 있습니다. 사포는 목재, 금속 및 건식 벽체에 특정 표면 마감을 만들기 위해 다양한 산업 분야에서 널리 적용됩니다. 사포는 손이나 전동 공구로 고압의 압력을 가하여 작업하는 경우가 많습니다.

사포 마모 성능 평가의 중요성

사포의 효과는 다양한 조건에서의 연마 성능에 따라 결정되는 경우가 많습니다. 사포에 포함된 연마 입자의 크기인 입자 크기에 따라 사포의 마모 속도와 연마되는 소재의 스크래치 크기가 결정됩니다. 입자 수가 높은 사포는 입자가 작기 때문에 샌딩 속도가 느리고 표면 마감이 더 미세합니다. 입자 수가 같지만 다른 재질로 만들어진 사포는 건조하거나 습한 조건에서 서로 다른 거동을 보일 수 있습니다. 제조된 사포가 의도한 연마 거동을 갖도록 하려면 신뢰할 수 있는 마찰 평가가 필요합니다. 이러한 평가를 통해 사용자는 다양한 유형의 사포의 마모 거동을 통제되고 모니터링된 방식으로 정량적으로 비교하여 대상 용도에 가장 적합한 후보를 선택할 수 있습니다.

고부하 공압 트라이보미터

측정 목표

이 연구에서는 건식 및 습식 조건에서 다양한 사포 샘플의 마모 성능을 정량적으로 평가할 수 있는 나노베아 트라이보미터의 기능을 소개합니다.

나노베아

T2000

자세히 알아보기

테스트 절차

NANOVEA T100 Tribometer를 사용하여 두 종류의 사포의 마찰계수(COF)와 마모 성능을 평가했습니다. 카운터 재료로는 440 스테인리스 스틸 볼을 사용했습니다. NANOVEA를 사용하여 각 마모 테스트 후에 볼 마모 흉터를 검사했습니다. 3D 비접촉식 광학 프로파일러 정확한 볼륨 손실 측정을 보장합니다.

비교 연구를 위해 440 스테인리스 스틸 볼을 카운터 재료로 선택했지만, 다른 적용 조건을 시뮬레이션하기 위해 다른 고체 재료로 대체할 수 있습니다.

테스트 결과 및 토론

그림 1은 건조하고 습한 환경 조건에서 샌드페이퍼 1과 2의 COF 비교를 보여줍니다. 건조한 조건에서 샌드페이퍼 1은 테스트 초반에 0.4의 COF를 보이다가 점차 감소하여 0.3으로 안정화됩니다. 습한 조건에서 이 샘플은 0.27의 낮은 평균 COF를 나타냅니다. 이와 대조적으로 샘플 2의 COF 결과는 건식 COF 0.27, 습식 COF ~ 0.37을 보여줍니다. 

모든 COF 플롯의 데이터 진동은 거친 사포 표면에 대한 공의 슬라이딩 움직임으로 인해 발생한 진동으로 인해 발생했습니다.

그림 1: 마모 테스트 중 COF의 진화.

그림 2는 마모 흉터 분석 결과를 요약한 것입니다. 마모 흉터는 광학 현미경과 나노베아 3D 비접촉식 광학 프로파일러를 사용하여 측정했습니다. 그림 3과 그림 4는 샌드페이퍼 1과 2(습식 및 건식 조건)에서 마모 테스트 후 마모된 SS440 볼의 마모 흉터를 비교한 것입니다. 그림 4에서 볼 수 있듯이 나노베아 광학 프로파일러는 네 개의 볼과 각각의 마모 트랙의 표면 지형을 정밀하게 캡처한 다음 나노베아 마운틴 고급 분석 소프트웨어로 처리하여 체적 손실과 마모율을 계산합니다. 볼의 현미경과 프로파일 이미지에서 샌드페이퍼 1(건식) 테스트에 사용된 볼이 다른 볼에 비해 0.313의 체적 손실로 더 큰 평평한 마모 흉터를 보이는 것을 관찰할 수 있습니다. mm3. 반면, 샌드페이퍼 1(습식)의 볼륨 손실은 0.131이었습니다. mm3. 샌드페이퍼 2(건식)의 경우 볼륨 손실은 0.163이었습니다. mm3 샌드페이퍼 2(습식)의 경우 볼륨 손실이 0.237로 증가했습니다. mm3.

또한 COF가 사포의 마모 성능에 중요한 역할을 하는 것을 관찰한 것도 흥미롭습니다. 샌드페이퍼 1은 건조한 조건에서 더 높은 COF를 보였고, 이는 테스트에 사용된 SS440 볼의 마모율 상승으로 이어졌습니다. 이에 비해 습한 조건에서 샌드페이퍼 2의 COF가 높을수록 마모율이 더 높았습니다. 측정 후 샌드페이퍼의 마모 트랙은 그림 5에 표시되어 있습니다.

Sandpapers 1과 2는 모두 건조하고 습한 환경에서 작동한다고 주장합니다. 그러나 건조조건과 습윤조건에서 서로 다른 마모성능을 보였다. 나노베아 트라이보미터 재현 가능한 마모 평가를 보장하는 잘 제어된 정량화 가능하고 신뢰할 수 있는 마모 평가 기능을 제공합니다. 또한 현장 COF 측정 기능을 통해 사용자는 마모 프로세스의 다양한 단계를 COF의 진화와 연관시킬 수 있습니다. 이는 사포의 마모 메커니즘 및 마찰 특성에 대한 근본적인 이해를 높이는 데 중요합니다.

그림 2: 다양한 조건에서 볼의 마모 흉터 부피와 평균 COF를 확인합니다.

그림 3: 테스트 후 공의 흉터를 착용하십시오.

그림 4: 공의 마모 흉터의 3D 형태.

그림 5: 다양한 조건에서 샌드페이퍼에 트랙을 착용하세요.

결론

이 연구에서는 동일한 입자 수를 가진 두 종류의 사포의 마모 성능을 건식 및 습식 조건에서 평가했습니다. 사포의 사용 조건은 작업 성능의 효과에 중요한 역할을 합니다. 사포 1은 건조한 조건에서 마모 거동이 훨씬 우수했고, 사포 2는 습한 조건에서 더 우수한 성능을 보였습니다. 샌딩 공정 중 마찰은 마모 성능을 평가할 때 고려해야 할 중요한 요소입니다. 나노베아 광학 프로파일러는 공의 마모 흉터와 같은 모든 표면의 3D 형태를 정밀하게 측정하여 이 연구에서 샌드페이퍼의 마모 성능을 신뢰할 수 있게 평가합니다. 나노베아 트라이보미터는 마모 테스트 중 현장에서 마찰 계수를 측정하여 마모 공정의 여러 단계에 대한 통찰력을 제공합니다. 또한 ISO 및 ASTM을 준수하는 회전 및 선형 모드를 사용하여 반복 가능한 마모 및 마찰 테스트를 제공하며, 사전 통합된 하나의 시스템에서 고온 마모 및 윤활 모듈을 옵션으로 사용할 수 있습니다. 이 독보적인 제품군을 통해 사용자는 높은 응력, 마모 및 고온 등 볼 베어링의 다양한 가혹한 작업 환경을 시뮬레이션할 수 있습니다. 또한 고하중 하에서 우수한 내마모성 소재의 마찰 거동을 정량적으로 평가할 수 있는 이상적인 도구를 제공합니다.

이제 애플리케이션에 대해 이야기해 보겠습니다.

라이브 채팅

피스톤 마모 테스트

피스톤 마모 테스트

트라이보미터 사용

작성자

프랭크 리우

소개

마찰 손실은 디젤 엔진 연료의 총 에너지 중 약 10%를 차지합니다.[1]. 마찰 손실의 40-55%는 파워 실린더 시스템에서 발생합니다. 마찰로 인한 에너지 손실은 파워 실린더 시스템에서 발생하는 마찰학적 상호 작용을 더 잘 이해하면 줄일 수 있습니다.

파워 실린더 시스템에서 발생하는 마찰 손실의 상당 부분은 피스톤 스커트와 실린더 라이너 사이의 접촉에서 비롯됩니다. 피스톤 스커트, 윤활유, 실린더 인터페이스 간의 상호 작용은 실제 엔진에서 힘, 온도, 속도가 지속적으로 변화하기 때문에 매우 복잡합니다. 각 요소를 최적화하는 것이 최적의 엔진 성능을 얻기 위한 핵심입니다. 이 연구는 피스톤 스커트-윤활유-실린더 라이너(P-L-C) 인터페이스에서 마찰력과 마모를 유발하는 메커니즘을 재현하는 데 중점을 둡니다.

 파워 실린더 시스템 및 피스톤 스커트-윤활유-실린더 라이너 인터페이스의 개략도.

[1] 바이, 동팡. 내연 기관의 피스톤 스커트 윤활 모델링. Diss. MIT, 2012

트라이보미터를 이용한 피스톤 테스트의 중요성

모터 오일은 용도에 맞게 잘 설계된 윤활유입니다. 기유 외에도 세제, 분산제, 점도 개선제(VI), 마모 방지/마찰 방지제, 부식 방지제 등의 첨가제가 첨가되어 성능을 향상시킵니다. 이러한 첨가제는 다양한 작동 조건에서 오일이 작동하는 방식에 영향을 미칩니다. 오일의 거동은 P-L-C 계면에 영향을 미치며 금속과 금속의 접촉으로 인한 심각한 마모가 발생하는지 또는 유체 역학적 윤활(마모가 거의 발생하지 않음)이 발생하는지를 결정합니다.

외부 변수로부터 영역을 분리하지 않고는 P-L-C 인터페이스를 이해하기 어렵습니다. 실제 적용을 대표하는 조건으로 이벤트를 시뮬레이션하는 것이 더 실용적입니다. P-L-C 인터페이스의 나노베아 트라이보미터 이것에 이상적입니다. 다중 힘 센서, 깊이 센서, 적하식 윤활 모듈 및 선형 왕복 스테이지를 갖추고 있습니다. 나노베아 T2000은 엔진 블록 내에서 발생하는 이벤트를 면밀히 모방하고 P-L-C 인터페이스를 더 잘 이해하기 위한 귀중한 데이터를 얻을 수 있습니다.

나노베아 T2000 트라이보미터의 액체 모듈

드롭 바이 드롭 모듈은 이 연구에서 매우 중요합니다. 피스톤은 매우 빠른 속도(3000rpm 이상)로 움직일 수 있기 때문에 시료를 담가서 윤활유의 얇은 막을 만드는 것이 어렵습니다. 이 문제를 해결하기 위해 드롭 바이 드롭 모듈은 피스톤 스커트 표면에 일정한 양의 윤활제를 일관되게 도포할 수 있습니다.

또한 새로운 윤활유를 바르면 윤활유의 특성에 영향을 미치는 마모 오염 물질이 제거될 염려가 없습니다.

고부하 공압 트라이보미터

나노베아 T2000

고부하 트라이보미터

측정 목표

이 보고서에서는 피스톤 스커트-윤활유-실린더 라이너 인터페이스에 대해 연구합니다. 드롭 바이 드롭 윤활유 모듈을 사용하여 선형 왕복 마모 테스트를 수행하여 인터페이스를 복제합니다.

윤활유를 실온 및 가열 조건에서 도포하여 콜드 스타트와 최적의 작동 조건을 비교합니다. COF와 마모율을 관찰하여 실제 애플리케이션에서 인터페이스가 어떻게 작동하는지 더 잘 이해할 수 있습니다.

테스트 매개변수

피스톤의 마찰 테스트용

로드 ............................ 100 N

테스트 기간 ............................ 30분

속도 ............................ 2000 rpm

증폭도 ............................ 10 mm

총 거리 ............................ 1200 m

스커트 코팅 ............................ 몰리 그라파이트

비밀번호 자료 ............................ 알루미늄 합금 5052

핀 직경 ............................ 10 mm

윤활유 ............................ 모터 오일(10W-30)

APPROX. 흐름 속도 ............................ 60mL/min

온도 ............................ 실내 온도 및 90°C

선형 왕복 테스트 결과

이 실험에서는 A5052를 카운터 재료로 사용했습니다. 엔진 블록은 일반적으로 A356과 같은 주조 알루미늄으로 제작되지만, A5052는 이 시뮬레이션 테스트에서 A356과 유사한 기계적 특성을 가졌습니다 [2].

테스트 조건에서 상당한 마모가 발생했습니다.
실온에서 피스톤 스커트에서 관찰됨
90°C에서와 비교했습니다. 샘플에서 보이는 깊은 스크래치는 정적 물질과 피스톤 스커트 사이의 접촉이 테스트 내내 자주 발생했음을 시사합니다. 실온에서 점도가 높기 때문에 오일이 계면의 틈새를 완전히 채우고 금속과 금속이 접촉하는 것을 제한할 수 있습니다. 더 높은 온도에서는 오일이 묽어져 핀과 피스톤 사이를 흐를 수 있습니다. 그 결과 고온에서 마모가 현저히 줄어듭니다. 그림 5는 마모 흉터의 한쪽이 다른 쪽보다 훨씬 적게 마모된 것을 보여줍니다. 이는 오일 출력의 위치 때문일 가능성이 높습니다. 윤활막 두께가 한 쪽이 다른 쪽보다 두꺼워서 마모가 고르지 않게 발생했습니다.

 

 

[2] "5052 알루미늄 대 356.0 알루미늄." MakeItFrom.com, makeitfrom.com/compare/5052-O-Aluminum/A356.0-SG70B-A13560-Cast-Aluminum

선형 왕복 마찰 테스트의 COF는 하이패스와 로우패스로 나눌 수 있습니다. 하이 패스는 샘플이 정방향 또는 양의 방향으로 이동하는 것을 의미하고 로우 패스는 샘플이 역방향 또는 음의 방향으로 이동하는 것을 의미합니다. RT 오일의 평균 COF는 두 방향 모두 0.1 미만인 것으로 관찰되었습니다. 패스 간 평균 COF는 0.072와 0.080이었습니다. 90°C 오일의 평균 COF는 패스마다 다른 것으로 나타났습니다. 평균 COF 값은 0.167과 0.09로 관찰되었습니다. COF의 차이는 오일이 핀의 한쪽 면만 제대로 적실 수 있었다는 추가적인 증거를 제공합니다. 유체 역학적 윤활이 발생하여 핀과 피스톤 스커트 사이에 두꺼운 막이 형성되었을 때 높은 COF를 얻을 수 있었습니다. 혼합 윤활이 발생하면 다른 방향에서 낮은 COF가 관찰됩니다. 유체 역학 윤활 및 혼합 윤활에 대한 자세한 내용은 다음 애플리케이션 노트를 참조하십시오. 스트라이벡 커브.

표 1: 피스톤의 윤활 마모 테스트 결과.

그림 1: 상온 오일 마모 테스트용 COF 그래프 A 원시 프로파일 B 하이 패스 C 로우 패스.

그림 2: 90°C 마모 오일 테스트의 COF 그래프 A 원시 프로파일 B 하이 패스 C 로우 패스.

그림 3: RT 모터 오일 마모 테스트의 마모 흉터 광학 이미지.

그림 4: RT 모터 오일 마모 테스트에서 마모 흉터의 구멍 분석 부피.

그림 5: RT 모터 오일 마모 테스트에서 마모 흉터의 프로파일 측정 스캔.

그림 6: 90°C 모터 오일 마모 테스트의 마모 흉터 광학 이미지

그림 7: 90°C 모터 오일 마모 테스트에서 마모 흉터의 구멍 분석 부피.

그림 8: 90°C 모터 오일 마모 테스트에서 마모 흉터에 대한 프로파일 측정 스캔.

결론

윤활 선형 왕복 마모 테스트는 피스톤에 대해 수행되어 피스톤에서 발생하는 이벤트를 시뮬레이션했습니다.
실제 작동하는 엔진. 피스톤 스커트-윤활유-실린더 라이너 인터페이스는 엔진 작동에 매우 중요합니다. 계면의 윤활유 두께는 피스톤 스커트와 실린더 라이너 사이의 마찰 또는 마모로 인한 에너지 손실의 원인이 됩니다. 엔진을 최적화하려면 피스톤 스커트와 실린더 라이너가 닿지 않도록 필름 두께를 가능한 한 얇게 유지해야 합니다. 하지만 온도, 속도, 힘의 변화가 P-L-C 인터페이스에 어떤 영향을 미치는지 파악하는 것이 과제입니다.

나노베아 T2000 트라이보미터는 광범위한 하중(최대 2000N)과 속도(최대 15000rpm)를 통해 엔진에서 가능한 다양한 조건을 시뮬레이션할 수 있습니다. 이 주제에 대한 향후 가능한 연구에는 다양한 정하중, 진동 하중, 윤활유 온도, 속도 및 윤활유 도포 방법에서 P-L-C 인터페이스가 어떻게 작동하는지가 포함됩니다. 이러한 파라미터는 나노베아 T2000 트라이보미터로 쉽게 조정할 수 있어 피스톤 스커트-윤활유-실린더 라이너 인터페이스의 메커니즘을 완벽하게 이해할 수 있습니다.

이제 애플리케이션에 대해 이야기해 보겠습니다.

라이브 채팅

핀 온 디스크 트라이보미터를 사용한 연속 스트라이벡 곡선 측정

소개:

움직이는 표면의 마모/마찰을 줄이기 위해 윤활을 적용하면 계면의 윤활 접촉은 경계, 혼합 및 유체 역학 윤활과 같은 여러 체제에서 전환될 수 있습니다. 이 과정에서 유체 필름의 두께가 중요한 역할을 하며, 주로 유체 점도, 계면에 가해지는 하중 및 두 표면 사이의 상대 속도에 의해 결정됩니다. 윤활 방식이 마찰에 반응하는 방식은 스트라이벡 [1-4] 곡선으로 표시됩니다.

이 연구에서 우리는 연속적인 스트라이벡 곡선을 측정하는 능력을 처음으로 입증했습니다. 나노베아 사용하기 트라이보미터 15000~0.01rpm의 고급 무단계 속도 제어 기능을 통해 소프트웨어는 10분 이내에 완전한 Stribeck 곡선을 직접 제공합니다. 간단한 초기 설정에서는 사용자가 지수 램프 모드를 선택하고 초기 및 최종 속도를 입력하기만 하면 됩니다. 기존 Stribeck 곡선 측정을 위해 데이터 스티칭이 필요한 다양한 속도에서 여러 테스트를 수행하거나 단계별 절차를 프로그래밍할 필요가 없습니다. 이러한 발전은 윤활제 체계 평가 전반에 걸쳐 정확한 데이터를 제공하고 시간과 비용을 크게 절감합니다. 이 테스트는 다양한 산업 공학 응용 분야에 사용될 수 있는 큰 잠재력을 보여줍니다.

 

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나노베아 T50 트라이보미터를 사용한 윤활 점안액 비교

점안액 솔루션 테스트의 중요성

점안액은 다양한 눈 문제로 인한 증상을 완화하는 데 사용됩니다. 예를 들어, 경미한 눈 자극(예: 건조함 및 충혈)을 치료하거나 녹내장 발병을 지연시키거나 감염을 치료하는 데 사용할 수 있습니다. 일반 의약품으로 판매되는 안약 용액은 주로 안구 건조증 치료에 사용됩니다. 눈의 윤활 효과는 마찰 계수 테스트를 통해 비교하고 측정할 수 있습니다.
 
안구 건조증은 컴퓨터로 인한 눈의 피로 또는 극한의 날씨 조건에서 야외 활동을 하는 등 다양한 요인에 의해 발생할 수 있습니다. 윤활 효과가 좋은 안약은 눈 바깥 표면의 수분을 유지하고 보충하는 데 도움이 됩니다. 이는 안구 건조증과 관련된 불편함, 작열감 또는 자극, 충혈을 완화하는 데 도움이 됩니다. 안약 용액의 마찰 계수(COF)를 측정하여 윤활 효율과 다른 용액과 비교하여 윤활 효율을 확인할 수 있습니다.

측정 목표

이 연구에서는 나노베아 T50 트라이보미터의 핀 온 디스크 설정을 사용하여 세 가지 윤활 점안액 솔루션의 마찰 계수(COF)를 측정했습니다.

테스트 절차 및 방법

알루미나로 만든 직경 6mm 구형 핀을 유리 슬라이드에 적용하여 각 안약 용액이 두 표면 사이의 윤활제 역할을 하도록 했습니다. 모든 실험에 사용된 테스트 매개변수는 아래 표 1에 요약되어 있습니다.

결과 및 토론

테스트한 세 가지 점안액 용액의 최대, 최소 및 평균 마찰 계수 값은 아래 표 2에 표로 정리되어 있습니다. 각 점안액 용액에 대한 COF 대 회전수 그래프는 그림 2-4에 나와 있습니다. 각 테스트 중 COF는 전체 테스트 기간의 대부분 동안 비교적 일정하게 유지되었습니다. 샘플 A의 평균 COF가 가장 낮아 윤활 특성이 가장 우수함을 나타냅니다.

 

결론

이 연구에서는 세 가지 점안액 용액의 마찰 계수를 측정하는 데 있어 나노베아 T50 트라이보미터의 성능을 선보입니다. 이 값을 바탕으로 샘플 A가 다른 두 샘플에 비해 마찰 계수가 낮고 따라서 윤활성이 더 우수하다는 것을 보여줍니다.

나노베아 트라이보미터 ISO 및 ASTM 준수 회전 및 선형 모듈을 사용하여 정확하고 반복 가능한 마모 및 마찰 테스트를 제공합니다. 또한 사전 통합된 하나의 시스템에서 사용할 수 있는 고온 마모, 윤활 및 마찰 부식 모듈 옵션도 제공합니다. 이러한 다양성을 통해 사용자는 실제 적용 환경을 더 잘 시뮬레이션하고 다양한 재료의 마모 메커니즘 및 마찰 특성에 대한 기본적인 이해를 향상시킬 수 있습니다.

이제 애플리케이션에 대해 이야기해 보겠습니다.

라이브 채팅

트라이보미터를 사용한 브러시 칫솔모 강성 성능

브러시는 세계에서 가장 기본적이고 널리 사용되는 도구 중 하나입니다. 브러시는 재료(칫솔, 고고학 브러시, 벤치 그라인더 브러시)를 제거하거나, 재료를 바르거나(페인트 브러시, 메이크업 브러시, 금박 브러시), 필라멘트를 빗거나 패턴을 추가하는 데 사용할 수 있습니다. 브러시는 기계적인 힘과 연마력으로 인해 적당히 사용한 후에는 지속적으로 교체해야 합니다. 예를 들어 칫솔모는 반복 사용으로 인해 닳아 없어지기 때문에 3~4개월마다 교체해야 합니다. 칫솔 섬유 필라멘트를 너무 뻣뻣하게 만들면 부드러운 플라그 대신 실제 치아가 마모될 위험이 있습니다. 칫솔 섬유를 너무 부드럽게 만들면 칫솔이 더 빨리 형태를 잃게 됩니다. 다양한 하중 조건에서 브러시의 구부러짐 변화와 필라멘트의 마모 및 전반적인 모양 변화를 이해해야 용도에 더 적합한 브러시를 설계할 수 있습니다.

트라이보미터를 사용한 브러시 칫솔모 강성 성능

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