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제약 정제 표면 거칠기 검사
제약 정제
3D 프로파일 미터를 사용한 거칠기 검사
작성자:
조슬린 에스파르자
소개
의약품 정제는 오늘날 가장 많이 사용되는 약제입니다. 각 정제는 활성 물질(약리 효과를 내는 화학 물질)과 비활성 물질(붕해제, 결합제, 윤활제, 희석제 - 보통 분말 형태)의 조합으로 구성됩니다. 그런 다음 활성 물질과 비활성 물질을 압축하거나 성형하여 고체로 만듭니다. 그런 다음 제조업체 사양에 따라 정제를 코팅하거나 비코팅합니다.
태블릿 코팅이 효과적이려면 태블릿에 엠보싱된 로고나 문자의 미세한 윤곽을 따라가야 하고, 태블릿을 취급해도 견딜 수 있을 만큼 안정적이고 견고해야 하며, 코팅 과정에서 태블릿이 서로 달라붙지 않아야 합니다. 현재 태블릿에는 일반적으로 안료 및 가소제와 같은 물질이 포함된 다당류 및 폴리머 기반 코팅이 사용됩니다. 가장 일반적인 두 가지 유형의 정제 코팅은 필름 코팅과 설탕 코팅입니다. 슈가 코팅에 비해 필름 코팅은 부피가 작고 내구성이 뛰어나며 준비 및 도포에 시간이 덜 걸립니다. 그러나 필름 코팅은 태블릿의 외관을 감추기가 더 어렵습니다.
정제 코팅은 습기를 보호하고, 성분의 맛을 가리고, 정제를 삼키기 쉽게 만드는 데 필수적입니다. 더 중요한 것은 정제 코팅이 약물이 방출되는 위치와 속도를 제어한다는 점입니다.
측정 목표
이 애플리케이션에서는 나노베아 광학 프로파일러 및 고급 마운틴 소프트웨어를 사용하여 다양한 유명 브랜드의 압착 알약(코팅된 알약 1개와 코팅되지 않은 알약 2개)의 지형을 측정하고 정량화하여 표면 거칠기를 비교합니다.
애드빌(코팅)은 보호 코팅이 되어 있기 때문에 표면 거칠기가 가장 낮을 것으로 가정합니다.
나노비아
HS2000
테스트 조건
나노베아 HS2000으로 유명 브랜드 제약사의 프레스 정제 세 배치를 스캔했습니다.
고속 라인 센서를 사용하여 ISO 25178에 따라 다양한 표면 거칠기 매개 변수를 측정합니다.
스캔 영역
2 x 2mm
측면 스캔 해상도
5 x 5 μm
스캔 시간
4초
샘플
결과 및 토론
태블릿을 스캔한 후 고급 산악 분석 소프트웨어로 표면 거칠기 연구를 수행하여 각 태블릿의 표면 평균, 평균 제곱근, 최대 높이를 계산했습니다.
계산된 값은 애드빌이 성분을 감싸고 있는 보호 코팅으로 인해 표면 거칠기가 더 낮다는 가정을 뒷받침합니다. 타이레놀은 측정된 세 가지 정제 중 표면 거칠기가 가장 높은 것으로 나타났습니다.
각 태블릿의 표면 지형에 대한 2D 및 3D 높이 맵을 생성하여 측정된 높이 분포를 표시했습니다. 5개의 태블릿 중 하나를 선택하여 각 브랜드의 높이 지도를 표현했습니다. 이러한 높이 지도는 구덩이나 봉우리와 같은 외곽의 표면 특징을 시각적으로 감지하는 데 유용한 도구입니다.
결론
이 연구에서는 세 가지 유명 브랜드의 압축 알약의 표면 거칠기를 분석하고 비교했습니다: 애드빌, 타이레놀, 엑세드린. 애드빌의 평균 표면 거칠기가 가장 낮은 것으로 나타났습니다. 이는 약을 감싸고 있는 주황색 코팅이 존재하기 때문일 수 있습니다. 반면, 엑세드린과 타이레놀은 코팅이 없지만 표면 거칠기는 여전히 서로 차이가 있었습니다. 타이레놀은 연구 대상 정제 중 평균 표면 거칠기가 가장 높은 것으로 나타났습니다.
사용 나노비아 고속 라인 센서가 장착된 HS2000을 사용하여 1분 이내에 5개의 정제를 측정할 수 있었습니다. 이는 오늘날 생산 공정에서 수백 개의 알약에 대한 품질 관리 테스트에 유용하게 사용될 수 있습니다.
미세 입자: 압축 강도 및 마이크로 압입
미세 입자
압축 강도 및 마이크로 인덴트
염분 테스트
작성자:
호르헤 라미레즈
개정자:
조슬린 에스파르자
소개
압축 강도는 오늘날 새로운 미세 입자와 기존 미세 입자 및 미세 피처(기둥 및 구)를 개발하고 개선하는 데 있어 품질 관리 측정의 핵심이 되었습니다. 미세 입자는 다양한 모양과 크기를 가지며 세라믹, 유리, 폴리머 및 금속으로 개발할 수 있습니다. 약물 전달, 음식 풍미 향상, 콘크리트 배합 등 다양한 용도로 사용됩니다. 미세 입자 또는 미세 피처의 기계적 특성을 제어하는 것은 성공에 매우 중요하며, 이를 위해서는 기계적 무결성을 정량적으로 특성화할 수 있는 능력이 필요합니다.
깊이 대 하중 압축 강도의 중요성
표준 압축 측정 기기는 낮은 하중을 견디지 못하고 적절한 성능을 제공하지 못합니다. 미세 입자에 대한 깊이 데이터. 나노 또는 마이크로 들여쓰기를 사용하면 나노 또는 마이크로 입자(연질 또는 경질)의 압축 강도를 정확하고 정밀하게 측정할 수 있습니다.
측정 목표
이 애플리케이션 노트에서는 다음을 측정합니다. 소금의 압축 강도는 의 나노베아 기계식 테스터 마이크로 들여쓰기 모드에서.
나노비아
CB500
테스트 조건
최대 힘
30 N
로딩 속도
60 N/min
언로드 속도
60 N/min
들여쓰기 유형
플랫 펀치
스틸 | 직경 1mm
하중 대 깊이 곡선
결과 및 토론
파티클 1과 파티클 2의 높이, 파괴력 및 강도
입자 파손은 힘 대 깊이 곡선의 초기 기울기가 눈에 띄게 감소하기 시작하는 지점으로 결정되었으며, 이 동작은 재료가 항복점에 도달하여 더 이상 가해지는 압축력에 저항할 수 없음을 나타냅니다. 항복점을 초과하면 하중 기간 동안 압입 깊이가 기하급수적으로 증가하기 시작합니다. 이러한 동작은 다음에서 볼 수 있습니다. 하중 대 깊이 커브 를 입력합니다.
결론
결론적으로, 지금까지 나노비아 기계 테스터 는 미세 압입 모드에서 미세 입자의 압축 강도 테스트를 위한 훌륭한 도구입니다. 테스트된 입자는 동일한 재료로 만들어졌지만, 이 연구에서 측정된 다른 파괴 지점은 입자에 존재하는 미세 균열과 다양한 입자 크기 때문인 것으로 의심됩니다. 취성 재료의 경우 음향 방출 센서를 사용하여 테스트 중 균열 전파의 시작을 측정할 수 있다는 점에 유의해야 합니다.
The 나노비아 기계 테스터 는 나노미터 이하의 깊이 변위 해상도를 제공합니다,
매우 깨지기 쉬운 미세 입자나 특징을 연구하는 데도 훌륭한 도구입니다. 부드럽고 깨지기 쉬운
소재의 경우, 나노 압입 모듈을 사용하면 0.1mN까지 하중이 가능합니다.
마이크로 인덴테이션으로 채굴 절차 개선
마이크로 인덴테이션 연구 및 품질 관리
암석 역학은 암석 덩어리의 기계적 거동을 연구하는 학문으로 광업, 시추, 저수지 생산 및 토목 건설 산업에 적용됩니다. 기계적 특성을 정밀하게 측정할 수 있는 고급 계측기를 사용하면 이러한 산업에서 부품 및 절차를 개선할 수 있습니다. 성공적인 품질 관리 절차는 마이크로 스케일에서 암석 역학을 이해함으로써 보장됩니다.
마이크로 들여쓰기 는 암반 역학 관련 연구에 사용되는 중요한 도구입니다. 이러한 기술은 암석의 특성을 더 깊이 이해함으로써 굴착 기술을 발전시킵니다. 마이크로인덴테이션은 채굴 절차를 개선하는 드릴 헤드를 개선하는 데 사용됩니다. 마이크로인덴테이션은 광물에서 분필 및 분말 형성을 연구하는 데 사용되었습니다. 마이크로인덴테이션 연구에는 경도, 영 계수, 크리프, 응력-변형률, 파단 인성 및 압축을 단일 장비로 측정할 수 있습니다.
측정 목표
이 응용 프로그램에서는 Nanovea 기계식 테스터 광물 암석 샘플의 비커스 경도(Hv), 영률 및 파괴 인성을 측정합니다. 암석은 표준 화강암 복합물을 형성하는 흑운모, 장석 및 석영으로 구성됩니다. 각각은 별도로 테스트됩니다.
결과 및 토론
이 섹션에는 여러 샘플의 주요 수치 결과를 비교하는 요약 표와 각 압입을 포함한 전체 결과 목록이 압입의 현미경 사진(가능한 경우)과 함께 제공됩니다. 이러한 전체 결과에는 경도 및 영 계수의 측정값이 평균 및 표준 편차와 함께 침투 깊이(Δd)로 표시됩니다. 표면 거칠기가 압흔과 동일한 크기 범위에 있는 경우 결과에 큰 변동이 발생할 수 있다는 점을 고려해야 합니다.
경도 및 파단 인성에 대한 주요 수치 결과 요약표
결론
나노베아 기계식 테스터는 광물 암석의 단단한 표면에서 재현성과 정밀한 압입 결과를 보여줍니다. 화강암을 구성하는 각 재료의 경도와 영 계수는 깊이 대 하중 곡선에서 직접 측정했습니다. 표면이 거칠기 때문에 미세 균열을 일으킬 수 있는 높은 하중에서 테스트해야 했습니다. 미세 균열은 측정에서 나타난 일부 변화를 설명할 수 있습니다. 샘플 표면이 거칠기 때문에 표준 현미경 관찰을 통해 균열을 감지할 수 없었습니다. 따라서 균열 길이를 측정해야 하는 전통적인 균열 인성 수치를 계산할 수 없습니다. 대신, 하중을 증가시키면서 깊이 대 하중 곡선의 전위를 통해 균열의 시작을 감지하는 시스템을 사용했습니다.
파단 임계 하중은 고장이 발생한 하중에서 보고되었습니다. 단순히 균열 길이를 측정하는 기존의 파괴 인성 테스트와 달리 임계 파괴가 시작되는 하중을 얻을 수 있습니다. 또한 제어되고 면밀히 모니터링되는 환경을 통해 경도를 측정하여 다양한 샘플을 비교하기 위한 정량적 값으로 사용할 수 있습니다.
이제 애플리케이션에 대해 이야기해 보겠습니다.
인라인 거칠기 검사
인라인 프로파일러를 통한 즉각적인 오류 감지
표면 거칠기와 질감은 제품의 최종 사용에 매우 중요합니다. 제품 표면의 빠르고 정량적이며 신뢰할 수 있는 인라인 검사를 통해 결함이 있는 제품을 즉시 감지하여 작업을 결정할 수 있습니다.
생산 라인의 조건을 개선합니다. 생산성과 효율성을 향상시킬 뿐만 아니라 불량률도 감소시킵니다,
재작업, 낭비.
인라인 거칠기 검사를 위한 비접촉식 프로파일러의 중요성
표면 결함은 재료 가공 및 제품 제조에서 발생합니다. 인라인 표면 품질 검사는 최종 제품의 가장 엄격한 품질 관리를 보장합니다. 나노베아 3D 비접촉 프로파일로미터 접촉 없이 샘플의 거칠기를 결정하는 고유한 기능을 갖춘 색채 공초점 기술을 활용합니다. 여러 프로파일러 센서를 설치하여 제품의 다양한 영역의 거칠기와 질감을 동시에 모니터링할 수 있습니다. 분석 소프트웨어에 의해 실시간으로 계산된 거칠기 임계값은 빠르고 안정적인 합격/불합격 도구 역할을 합니다.
측정 목표
이 연구에서는 포인트 센서가 장착된 나노베아 거칠기 검사 컨베이어 시스템을 사용하여 아크릴 및 사포 샘플의 표면 거칠기를 검사합니다. 생산 라인에서 실시간으로 빠르고 안정적인 인라인 거칠기 검사를 제공하는 나노비아 비접촉식 프로파일로미터의 성능을 보여줍니다.
결과 및 토론
컨베이어 프로파일로미터 시스템은 트리거 모드와 연속 모드의 두 가지 모드로 작동할 수 있습니다. 그림 2에서 볼 수 있듯이 트리거 모드에서는 샘플이 광학 프로파일러 헤드 아래를 통과할 때 표면 거칠기가 측정됩니다. 이에 비해 연속 모드는 금속판이나 직물과 같은 연속 시료의 표면 거칠기를 중단 없이 측정합니다. 여러 광학 프로파일러 센서를 설치하여 다양한 샘플 영역의 거칠기를 모니터링하고 기록할 수 있습니다.
실시간 거칠기 검사 측정 중에는 그림 4 및 그림 5와 같이 소프트웨어 창에 합격 및 불합격 경고가 표시됩니다. 거칠기 값이 지정된 임계값 내에 있으면 측정된 거칠기가 녹색으로 강조 표시됩니다. 그러나 측정된 표면 거칠기가 설정된 임계값 범위를 벗어나면 강조 표시가 빨간색으로 바뀝니다. 이 기능은 사용자가 제품의 표면 마감 품질을 확인할 수 있는 도구를 제공합니다.
다음 섹션에서는 아크릴과 사포 등 두 가지 유형의 샘플을 사용하여 검사 시스템의 트리거 및 연속 모드를 시연합니다.
트리거 모드: 아크릴 샘플의 표면 검사
일련의 아크릴 샘플이 컨베이어 벨트 위에 정렬되어 그림 1과 같이 광학 프로파일러 헤드 아래로 이동합니다. 그림 6의 가색 보기는 표면 높이의 변화를 보여줍니다. 거울처럼 완성된 아크릴 샘플 중 일부는 그림 6b와 같이 거친 표면 질감을 만들기 위해 샌딩 처리되었습니다.
아크릴 샘플이 광학 프로파일러 헤드 아래에서 일정한 속도로 움직이면 그림 7과 그림 8과 같이 표면 프로파일이 측정됩니다. 측정된 프로파일의 거칠기 값은 동시에 계산되어 임계값과 비교됩니다. 거칠기 값이 설정된 임계값을 초과하면 빨간색 불합격 경고가 시작되어 사용자가 생산 라인에서 불량 제품을 즉시 감지하고 위치를 파악할 수 있습니다.
연속 모드: 사포 샘플의 표면 검사
그림 9와 같이 사포 샘플 표면의 표면 높이 맵, 거칠기 분포 맵, 합격/불합격 거칠기 임계값 맵을 확인할 수 있습니다. 사포 샘플은 표면 높이 맵에서 볼 수 있듯이 사용된 부분에 몇 개의 높은 피크가 있습니다. 그림 9C의 팔레트에서 다른 색상은 로컬 표면의 거칠기 값을 나타냅니다. 거칠기 맵에서 사포 샘플의 온전한 영역은 균일한 거칠기를 나타내는 반면, 사용된 영역은 진한 파란색으로 강조 표시되어 이 영역의 거칠기 값이 감소되었음을 나타냅니다. 그림 9D와 같이 이러한 영역을 찾기 위해 합격/불합격 거칠기 임계값을 설정할 수 있습니다.
사포가 인라인 프로파일러 센서 아래를 계속 통과하면 그림 10과 같이 실시간 로컬 거칠기 값이 계산되고 기록됩니다. 설정된 거칠기 임계값에 따라 소프트웨어 화면에 합격/불합격 경고가 표시되어 빠르고 신뢰할 수 있는 품질 관리 도구로 사용됩니다. 생산 라인의 제품 표면 품질을 현장에서 검사하여 결함이 있는 부분을 적시에 발견할 수 있습니다.
결론
이 애플리케이션에서는 광학 비접촉식 프로파일러 센서가 장착된 나노베아 컨베이어 프로파일로미터가 신뢰할 수 있는 인라인 품질 관리 도구로 효과적이고 효율적으로 작동하는 것을 보여주었습니다.
검사 시스템을 생산 라인에 설치하여 현장에서 제품의 표면 품질을 모니터링할 수 있습니다. 거칠기 임계값은 제품의 표면 품질을 판단하는 신뢰할 수 있는 기준으로 작동하여 사용자가 결함이 있는 제품을 제때 발견할 수 있도록 합니다. 다양한 유형의 제품에 대한 검사 요구 사항을 충족하기 위해 트리거 모드와 연속 모드의 두 가지 검사 모드가 제공됩니다.
여기에 표시된 데이터는 분석 소프트웨어에서 사용할 수 있는 계산의 일부만을 나타냅니다. 나노베아 프로파일로미터는 반도체, 마이크로일렉트로닉스, 태양광, 섬유, 광학, 자동차, 항공우주, 야금, 기계 가공, 코팅, 제약, 생의학, 환경 등 다양한 분야의 거의 모든 표면을 측정합니다.
이제 애플리케이션에 대해 이야기해 보겠습니다.
블록-온-링 마모 테스트
블록 온 링 마모 평가의 중요성
슬라이딩 마모는 하중을 받는 접촉 부위에서 두 소재가 서로 미끄러지면서 발생하는 점진적인 소재 손실입니다. 슬라이딩 마모는 자동차, 항공우주, 석유 및 가스 등 기계와 엔진이 작동하는 다양한 산업에서 필연적으로 발생합니다. 이러한 슬라이딩 동작은 표면에서 심각한 기계적 마모와 재료 이동을 유발하여 생산 효율성, 기계 성능을 저하시키거나 심지어 기계에 손상을 입힐 수 있습니다.
슬라이딩 마모에는 접착 마모, 2체 마모, 3체 마모 및 피로 마모와 같은 접촉 표면에서 발생하는 복잡한 마모 메커니즘이 포함되는 경우가 많습니다. 재료의 마모 거동은 정상 하중, 속도, 부식 및 윤활과 같은 작업 환경에 의해 크게 영향을 받습니다. 다재다능한 트라이보미터 다양한 실제 작업 조건을 시뮬레이션할 수 있는 것이 마모 평가에 이상적입니다.
Block-on-Ring(ASTM G77) 테스트는 다양한 시뮬레이션 조건에서 재료의 슬라이딩 마모 거동을 평가하는 널리 사용되는 기술로, 특정 마찰 공학 응용 분야에 대해 신뢰할 수 있는 재료 커플 순위를 지정할 수 있습니다.
Block-on-Ring(ASTM G77) 테스트는 다양한 시뮬레이션 조건에서 재료의 슬라이딩 마모 거동을 평가하는 널리 사용되는 기술로, 특정 마찰 공학 응용 분야에 대해 신뢰할 수 있는 재료 커플 순위를 지정할 수 있습니다.
측정 목표
이 응용 분야에서 나노베아 기계식 테스터는 스테인리스 스틸 SS304 및 알루미늄 Al6061 금속 합금 시료의 YS 및 UTS를 측정합니다. 샘플은 나노베아 압입 방법의 신뢰성을 보여주는 일반적으로 인정되는 YS 및 UTS 값을 위해 선택되었습니다.
S-10 링에 있는 H-30 블록의 슬라이딩 마모 거동은 Block-on-Ring 모듈을 사용하는 Nanovea 마찰계로 평가되었습니다. H-30 블록은 경도가 30HRC인 01 공구강으로 제작되는 반면, S-10 링은 표면 경도가 58~63HRC이고 링 직경이 ~34.98mm인 강철 유형 4620입니다. Block-on-Ring 테스트는 마모 거동에 대한 영향을 조사하기 위해 건조하고 윤활된 환경에서 수행되었습니다. USP 중질 미네랄 오일을 사용하여 윤활 테스트를 수행했습니다. 마모 트랙은 Nanovea를 사용하여 검사되었습니다. 3D 비접촉 프로파일로미터. 시험 변수는 표 1에 요약되어 있습니다. 마모율(K)은 K=V/(F×s) 공식을 사용하여 평가되었으며, 여기서 V는 마모량, F는 일반 하중, s는 슬라이딩 거리입니다.
결과 및 토론
그림 2는 건조하고 윤활된 환경에서 Block-on-Ring 테스트의 마찰 계수(COF)를 비교합니다. 블록은 윤활 환경보다 건조한 환경에서 훨씬 더 많은 마찰을 갖습니다. COF
첫 번째 50회전에서 런인 기간 동안 변동하고 나머지 200회전 마모 테스트에서는 ~0.8의 일정한 COF에 도달합니다. 이에 비해 USP 중질광유 윤활에서 수행된 Block-on-Ring 테스트는 500,000회전 마모 테스트 전체에서 0.09의 일정하고 낮은 COF를 나타냅니다. 윤활제는 표면 사이의 COF를 ~90배까지 크게 줄입니다.
그림 3과 4는 건식 및 윤활 마모 테스트 후 블록의 마모 흉터에 대한 광학 이미지와 단면 2D 프로파일을 보여줍니다. 마모 트랙 부피와 마모율은 표 2에 나와 있습니다. 200회전 동안 72rpm의 낮은 회전 속도에서 건식 마모 테스트를 거친 스틸 블록은 9.45mm˙의 큰 마모 흉터 부피를 나타냅니다. 이에 비해 광유 윤활유를 사용하여 500,000회전 동안 197rpm의 높은 회전 속도로 마모 테스트를 수행한 경우 마모 트랙 부피는 0.03mm˙로 훨씬 작아집니다.
그림 3의 이미지는 윤활 마모 테스트의 경미한 마모와 비교하여 건조한 조건에서 테스트하는 동안 심각한 마모가 발생하는 것을 보여줍니다. 건식 마모 테스트 중에 발생하는 높은 열과 강한 진동은 금속 파편의 산화를 촉진하여 심각한 삼체 마모를 유발합니다. 윤활 테스트에서는 미네랄 오일이 마찰을 줄이고 접촉면을 냉각시킬 뿐만 아니라 마모 중에 생성된 연마 파편을 멀리 이동시킵니다. 그 결과 마모율이 최대 8×10배까지 현저히 감소합니다. 이처럼 서로 다른 환경에서 내마모성에 큰 차이를 보이는 것은 실제 서비스 조건에서 적절한 슬라이딩 마모 시뮬레이션이 중요하다는 것을 보여줍니다.
테스트 조건에 작은 변화가 생기면 마모 거동이 크게 달라질 수 있습니다. 나노베아 트라이보미터의 다양한 기능 덕분에 고온, 윤활 및 마찰 부식 조건에서 마모를 측정할 수 있습니다. 고급 모터에 의한 정확한 속도 및 위치 제어를 통해 0.001 ~ 5000rpm 범위의 속도에서 마모 테스트를 수행할 수 있으므로 다양한 마찰 조건에서 마모를 조사하는 연구/테스트 실험실에 이상적인 도구입니다.
샘플의 표면 상태는 나노비아의 비접촉식 광학 프로로미터로 검사했습니다. 그림 5는 마모 테스트 후 링의 표면 형태를 보여줍니다. 슬라이딩 마모 과정에서 생성된 표면 형태와 거칠기를 더 잘 보여주기 위해 실린더 형태를 제거했습니다. 200 회전의 건식 마모 테스트 동안 3체 마모 공정으로 인해 상당한 표면 거칠기가 발생했습니다. 건식 마모 테스트 후 블록과 링은 각각 14.1 및 18.1 µm의 거칠기 Ra를 보였는데, 이는 더 높은 속도에서 장기간 500,000회전 윤활 마모 테스트의 5.7 및 9.1 µm와 비교했을 때 매우 높은 수치입니다. 이 테스트는 피스톤 링-실린더 접촉부의 적절한 윤활이 얼마나 중요한지 보여줍니다. 마모가 심하면 윤활을 하지 않아도 접촉면이 빠르게 손상되어 서비스 품질이 돌이킬 수 없을 정도로 저하되고 엔진이 파손될 수도 있습니다.
결론
본 연구에서는 ASTM G77 표준에 따라 Block-on-Ring 모듈을 사용하여 강철 금속 커플의 슬라이딩 마모 거동을 평가하기 위해 Nanovea의 마찰계가 어떻게 사용되는지 보여줍니다. 윤활제는 재료 쌍의 마모 특성에 중요한 역할을 합니다. 미네랄 오일은 H-30 블록의 마모율을 ~8×10ˆ, COF를 ~90배 감소시킵니다. Nanovea 마찰계는 다양한 기능을 갖추고 있어 다양한 윤활, 고온 및 마찰 부식 조건에서 마모 거동을 측정하는 데 이상적인 도구입니다.
Nanovea의 트라이보미터(Tribometer)는 하나의 사전 통합 시스템에서 선택적으로 사용할 수 있는 고온 마모, 윤활 및 마찰 부식 모듈과 함께 ISO 및 ASTM 규격 회전 및 선형 모드를 사용하여 정확하고 반복 가능한 마모 및 마찰 테스트를 제공합니다. Nanovea의 탁월한 제품군은 얇거나 두꺼운 코팅, 부드럽거나 단단한 코팅, 필름 및 기판의 마찰 특성 전체 범위를 결정하는 데 이상적인 솔루션입니다.
이제 애플리케이션에 대해 이야기해 보겠습니다.
3D 프로파일 측정을 이용한 복합 재료 분석
복합 재료에 대한 비접촉식 프로파일 측정의 중요성
복합 소재가 보강재 용도로 최대한 강해지려면 결함을 최소화하는 것이 중요합니다. 이방성 소재인 복합재는 높은 성능 예측 가능성을 유지하기 위해 직조 방향이 일정해야 합니다. 복합 소재는 무게 대비 강도가 가장 높아 경우에 따라 강철보다 더 강할 수 있습니다. 화학적 취약성과 열팽창 효과를 최소화하기 위해 복합재에서 노출된 표면적을 제한하는 것이 중요합니다. 프로파일 측정 표면 검사는 오랜 사용 기간 동안 강력한 성능을 보장하기 위해 복합재의 품질 관리 생산에 매우 중요합니다.
나노베아의 3D 비접촉 프로파일로미터 이는 터치 프로브나 간섭계와 같은 다른 표면 측정 기술과 다릅니다. 당사의 프로파일로미터는 축 색차도를 사용하여 거의 모든 표면을 측정하고 개방형 스테이징을 통해 준비가 필요 없이 모든 크기의 샘플을 허용합니다. 나노부터 매크로까지의 측정은 샘플 반사나 흡수의 영향을 전혀 받지 않고 표면 프로파일 측정 중에 얻어집니다. 당사의 프로파일로미터는 소프트웨어 조작 없이 높은 표면 각도를 측정할 수 있는 고급 기능을 통해 투명, 불투명, 반사, 확산, 광택 및 거친 재료 등 모든 재료를 쉽게 측정합니다. 비접촉 프로파일로미터 기술은 복합 재료 표면 연구를 극대화할 수 있는 이상적이고 사용자 친화적인 기능을 제공합니다. 2D 및 3D 기능 결합의 이점도 함께 제공됩니다.
측정 목표
이 어플리케이션에 사용된 나노비아 HS2000L 프로파일로미터는 탄소 섬유 복합재 두 직조의 표면을 측정했습니다. 표면 거칠기, 직조 길이, 등방성, 프랙탈 분석 및 기타 표면 파라미터를 사용하여 복합재의 특성을 분석했습니다. 측정된 면적은 무작위로 선택되었으며, 나노비아의 강력한 표면 분석 소프트웨어를 사용하여 특성 값을 비교할 수 있을 만큼 충분히 큰 것으로 가정했습니다.
결과 및 토론
표면 분석
높이 매개변수는 섬유 대 매트릭스 비율이 낮은 복합 소재 부품의 거친 정도를 결정합니다. 다양한 직조 유형과 원단을 비교하여 표면 마감 후처리를 결정합니다. 표면 마감은 공기 역학이 관여할 수 있는 애플리케이션에서 매우 중요합니다.
등방성
등방성은 예상되는 속성 값을 결정하기 위해 직조의 방향성을 보여줍니다. 당사의 연구에 따르면 양방향 복합재는 예상대로 ~60%의 등방성을 가집니다. 반면 단방향 복합체는 단일 섬유 경로 방향 섬유가 강하기 때문에 ~13% 등방성입니다.
직조 분석
직조 크기는 복합재에 사용되는 섬유의 패킹과 폭의 일관성을 결정합니다. 이 연구에서는 직조 크기를 미크론 단위까지 얼마나 쉽게 측정하여 고품질 부품을 보장할 수 있는지 보여줍니다.
텍스처 분석
주 파장의 텍스처 분석 결과 두 합성물의 가닥 크기는 4.27마이크론 두께로 나타났습니다. 섬유 표면의 프랙탈 치수 분석은 매트릭스에서 섬유가 얼마나 쉽게 굳는지 알아보기 위해 평활도를 결정합니다. 단방향 섬유의 프랙탈 치수는 양방향 섬유보다 높기 때문에 복합재 가공에 영향을 미칠 수 있습니다.
결론
이 어플리케이션에서는 나노비아 HS2000L 비접촉 프로파일로미터가 복합 재료의 섬유 표면을 정밀하게 특성화하는 것을 보여주었습니다. 높이 매개변수, 등방성, 텍스처 분석, 거리 측정 등을 통해 탄소 섬유의 직조 유형별 차이를 구분했습니다.
당사의 프로파일로미터 표면 측정은 부품의 결함을 감소시키는 복합재 손상을 정확하고 신속하게 완화하여 복합재 성능을 극대화합니다. 나노베아의 3D 프로파일로미터 속도는 1mm/s 미만에서 500mm/s까지 다양하여 고속 검사가 필요한 연구 애플리케이션에 적합합니다. 나노베아 프로파일로미터가 솔루션입니다.
모든 복합 측정 요구 사항을 충족합니다.
이제 애플리케이션에 대해 이야기해 보겠습니다.
나노인덴테이션을 이용한 생체 조직 경도 평가
생체 조직 나노인덴테이션의 중요성
기존의 기계적 테스트(경도, 접착력, 압축, 천공, 항복 강도 등)는 조직에서 부서지기 쉬운 재료에 이르기까지 다양한 첨단 재료가 사용되는 오늘날의 품질 관리 환경에서 더 높은 정밀도와 신뢰성을 요구합니다. 기존의 기계식 계측기는 첨단 소재에 필요한 민감한 부하 제어와 분해능을 제공하지 못합니다. 생체 재료와 관련된 과제는 매우 부드러운 재료에 대한 정확한 부하 제어가 가능한 기계적 테스트를 개발해야 합니다. 이러한 재료는 적절한 특성 측정을 보장하기 위해 깊이 범위가 넓고 매우 낮은 mN 미만의 테스트 하중이 필요합니다. 또한 단일 시스템에서 다양한 기계적 테스트 유형을 수행할 수 있어 기능이 향상됩니다. 이를 통해 긁힘 저항 및 항복 강도 실패 지점 외에도 경도, 탄성 계수, 손실 및 저장 계수, 크리프 등 생체 재료에 대한 다양한 중요한 측정값을 제공합니다.
측정 목표
이 응용 분야에서는 나노 인덴테이션 모드의 나노베아 기계식 테스터를 사용하여 프로슈토의 지방, 연육 및 암육 영역에 대한 생체 재료 대체물의 세 가지 개별 영역의 경도 및 탄성 계수를 연구합니다.
나노인덴테이션은 계측 압입 표준인 ASTM E2546 및 ISO 14577을 기반으로 합니다. 이 방법은 알려진 형상의 압입 팁을 제어된 증가 정상 하중으로 테스트 재료의 특정 부위에 밀어 넣는 확립된 방법을 사용합니다. 사전 설정된 최대 깊이에 도달하면 완전한 이완이 발생할 때까지 정상 하중이 감소합니다. 피에조 액추에이터에 의해 하중이 가해지며 고감도 로드셀로 제어 루프에서 측정됩니다. 실험 중에 시료 표면에 대한 압자 위치는 고정밀 정전 용량 센서로 모니터링됩니다. 결과 하중 및 변위 곡선은 테스트 재료의 기계적 특성과 관련된 데이터를 제공합니다. 확립된 모델은 측정된 데이터로 정량적 경도 및 탄성률 값을 계산합니다. 나노인덴테이션은 나노미터 규모의 저하중 및 침투 깊이 측정에 적합합니다.
결과 및 토론
아래 표에는 경도 및 영 계수의 측정값과 평균 및 표준편차가 나와 있습니다. 표면 거칠기가 높으면 압흔 크기가 작아 결과에 큰 변동이 발생할 수 있습니다.
지방 부위의 경도는 고기 부위의 절반 정도였습니다. 육류 처리로 인해 어두운 고기 부위가 밝은 고기 부위보다 더 단단해졌습니다. 탄성 계수와 경도는 지방과 고기 부위의 씹는 질감과 직접적인 관련이 있습니다. 지방과 연한 고기 부위는 60초 후에도 어두운 고기보다 더 높은 비율로 크리프가 지속됩니다.
상세 결과 - 지방
상세 결과 - 라이트 미트
상세 결과 - 다크 미트
결론
이 애플리케이션에서 Nanovea의 기계식 테스터 나노인덴테이션 모드에서는 높은 샘플 표면 거칠기를 극복하면서 지방과 고기 영역의 기계적 특성을 안정적으로 결정했습니다. 이는 Nanovea 기계 테스터의 광범위하고 비교할 수 없는 기능을 입증했습니다. 이 시스템은 매우 단단한 재료와 부드러운 생물학적 조직에 대한 정밀한 기계적 특성 측정을 동시에 제공합니다.
피에조 테이블을 사용한 폐쇄 루프 제어 방식의 로드셀은 1~5kPa의 경질 또는 연질 젤 재료를 정밀하게 측정할 수 있습니다. 동일한 시스템을 사용하여 최대 400N의 높은 하중에서 생체 재료를 테스트할 수 있습니다. 피로 테스트에는 다중 사이클 하중을 사용할 수 있으며 평평한 원통형 다이아몬드 팁을 사용하여 각 영역의 항복 강도 정보를 얻을 수 있습니다. 또한 동적 기계 분석(DMA)을 통해 폐쇄 루프 하중 제어를 사용하여 점탄성 특성 손실 및 저장 모듈을 높은 정확도로 평가할 수 있습니다. 다양한 온도와 액체 상태에서의 테스트도 동일한 시스템에서 가능합니다.
나노베아의 기계식 테스터는 생물학적 및 연질 폴리머/젤 응용 분야를 위한 우수한 도구로 계속 사용되고 있습니다.
이제 애플리케이션에 대해 이야기해 보겠습니다.
표면 처리된 구리선의 마모 및 스크래치 평가
구리선의 마모 및 스크래치 평가의 중요성
구리는 전자석과 전신이 발명된 이래 전기 배선에 사용된 오랜 역사를 가지고 있습니다. 구리선은 내식성, 납땜성, 최대 150°C의 고온에서의 성능 덕분에 패널, 계량기, 컴퓨터, 업무용 기계 및 가전제품과 같은 다양한 전자 장비에 적용됩니다. 채굴된 구리의 약 절반이 전선 및 케이블 도체 제조에 사용됩니다.
구리선 표면 품질은 애플리케이션 서비스 성능과 수명에 매우 중요합니다. 전선의 미세한 결함은 과도한 마모, 균열 시작 및 전파, 전도도 감소, 납땜성 부적합으로 이어질 수 있습니다. 구리선의 적절한 표면 처리는 와이어 드로잉 중에 발생하는 표면 결함을 제거하여 부식, 스크래치 및 내마모성을 개선합니다. 구리선을 사용하는 많은 항공우주 애플리케이션은 예기치 않은 장비 고장을 방지하기 위해 제어된 동작이 필요합니다. 구리선 표면의 내마모성과 내스크래치성을 적절히 평가하기 위해서는 정량화되고 신뢰할 수 있는 측정이 필요합니다.
측정 목표
이 애플리케이션에서는 다양한 구리선 표면 처리의 제어된 마모 프로세스를 시뮬레이션합니다. 스크래치 테스트 처리된 표면층에 파손을 일으키는 데 필요한 하중을 측정합니다. 이번 연구에서는 Nanovea를 소개합니다. 트라이보미터 그리고 기계 테스터 전선의 평가 및 품질 관리를 위한 이상적인 도구입니다.
테스트 절차 및 방법
구리 와이어(와이어 A 및 와이어 B)에 대한 두 가지 다른 표면 처리의 마찰 계수(COF)와 내마모성은 선형 왕복 마모 모듈을 사용하는 Nanovea 마찰계로 평가되었습니다. Al2O₃ 볼(직경 6mm)이 이 응용 분야에 사용되는 카운터 재료입니다. 마모 트랙은 Nanovea를 사용하여 검사되었습니다. 3D 비접촉 프로파일로미터. 테스트 매개변수는 표 1에 요약되어 있습니다.
이 연구에서는 카운터 재료로 매끄러운 Al₂O₃ 볼을 예로 사용했습니다. 실제 적용 상황을 시뮬레이션하기 위해 맞춤형 픽스처를 사용하여 모양과 표면 마감이 다른 모든 고체 소재를 적용할 수 있습니다.
로크웰 C 다이아몬드 스타일러스(반경 100μm)가 장착된 나노베아의 기계식 테스터는 마이크로 스크래치 모드를 사용하여 코팅된 전선에 대해 프로그레시브 하중 스크래치 테스트를 수행했습니다. 스크래치 테스트 파라미터와 팁 형상은 표 2에 나와 있습니다.
결과 및 토론
구리선의 마모:
그림 2는 마모 테스트 중 구리선의 COF 변화를 보여줍니다. 와이어 A는 마모 테스트 내내 ~0.4의 안정적인 COF를 보이는 반면, 와이어 B는 처음 100회전 동안 ~0.35의 COF를 보이다가 점차 ~0.4까지 증가합니다.
그림 3은 테스트 후 구리선의 마모 트랙을 비교한 것입니다. 나노비아의 3D 비접촉식 프로파일로미터는 마모 트랙의 세부적인 형태에 대한 탁월한 분석을 제공했습니다. 마모 메커니즘에 대한 근본적인 이해를 제공함으로써 마모 트랙의 양을 직접적이고 정확하게 측정할 수 있습니다. 와이어 B의 표면은 600회 회전 마모 테스트 후 상당한 마모 트랙 손상을 입었습니다. 프로파일로미터 3D 뷰는 와이어 B의 표면 처리층이 완전히 제거되어 마모 과정이 상당히 빨라진 것을 보여줍니다. 이로 인해 구리 기판이 노출된 와이어 B에 평평한 마모 트랙이 남았습니다. 이로 인해 B 와이어가 사용되는 전기 장비의 수명이 크게 단축될 수 있습니다. 이에 비해 전선 A는 표면에 얕은 마모 트랙이 나타나 비교적 가벼운 마모를 보였습니다. 전선 A의 표면 처리된 층은 동일한 조건에서 전선 B의 층처럼 제거되지 않았습니다.
구리선 표면의 스크래치 방지:
그림 4는 테스트 후 전선의 스크래치 트랙을 보여줍니다. 전선 A의 보호층은 매우 우수한 스크래치 저항성을 보여줍니다. 이 전선은 ~12.6N의 하중에서 박리된 반면, B 전선의 보호층은 ~1.0N의 하중에서 박리되었습니다. 이러한 전선의 스크래치 저항성에 대한 상당한 차이는 전선 A의 내마모성이 상당히 향상된 마모 성능에 영향을 미칩니다. 그림 5에 표시된 스크래치 테스트 중 정상 힘, COF 및 깊이의 변화는 테스트 중 코팅 실패에 대한 더 많은 통찰력을 제공합니다.
결론
이 대조 연구에서는 표면 처리된 구리선의 내마모성을 정량적으로 평가하는 나노베아의 트라이보미터와 구리선의 스크래치 저항성을 신뢰성 있게 평가하는 나노베아의 기계식 테스터를 선보였습니다. 와이어 표면 처리는 와이어의 수명 동안 트라이보-기계적 특성에 중요한 역할을 합니다. 와이어 A의 적절한 표면 처리는 거친 환경에서 전선의 성능과 수명에 중요한 마모 및 긁힘 저항성을 크게 향상시킵니다.
나노베아의 트라이보미터는 ISO 및 ASTM을 준수하는 회전 및 선형 모드를 사용하여 정밀하고 반복 가능한 마모 및 마찰 테스트를 제공하며, 하나의 사전 통합된 시스템에서 고온 마모, 윤활 및 트리보 부식 모듈을 옵션으로 사용할 수 있습니다. 나노비아의 독보적인 제품군은 얇거나 두꺼운, 연질 또는 경질 코팅, 필름 및 기판의 모든 마찰 특성을 측정하는 데 이상적인 솔루션입니다.
강철 및 알루미늄의 항복률 및 인장 강도
압입을 이용한 항복 강도 및 최종 인장 강도 측정의 중요성
전통적으로 항복강도 및 극한 인장 강도는 시험편을 떼어내는 데 엄청난 힘이 필요한 대형 인장 시험기를 사용하여 테스트했습니다. 각 샘플을 한 번만 테스트할 수 있는 재료에 대해 많은 테스트 쿠폰을 적절하게 가공하려면 많은 비용과 시간이 소요됩니다. 시료의 작은 결함은 테스트 결과에 눈에 띄는 차이를 만듭니다. 시중에 나와 있는 인장 시험기의 구성과 정렬이 다르면 테스트 메커니즘과 결과에 상당한 차이가 발생하는 경우가 많습니다.
나노비아의 혁신적인 압입 방식은 기존 인장 시험으로 측정한 값에 필적하는 항복 강도 및 궁극 인장 강도 값을 직접 제공합니다. 이 측정은 모든 산업 분야에 새로운 테스트 가능성을 열어줍니다. 간단한 실험 설정으로 인장 시험에 필요한 복잡한 쿠폰 모양에 비해 시료 준비 시간과 비용을 크게 절감할 수 있습니다. 작은 압흔 크기로 단일 시료에 대한 다중 측정이 가능합니다. 시료 가공 중에 생성되는 인장 시험 쿠폰에서 나타나는 결함의 영향을 방지합니다. 국부적인 영역의 작은 샘플에 대한 YS 및 UTS 측정을 통해 파이프 라인 또는 자동차 구조물의 매핑 및 국부 결함 검출이 가능합니다.
측정 목표
이 애플리케이션에서 나노베아 기계 테스터 스테인레스 스틸 SS304 및 알루미늄 Al6061 금속 합금 샘플의 항복 강도 및 최대 인장 강도를 측정합니다. 샘플은 Nanovea 압입 방법의 신뢰성을 보여주는 일반적으로 인정되는 항복 강도 및 최대 인장 강도 값에 따라 선택되었습니다.
테스트 절차 및 방법
항복 강도 및 극한 인장 강도 테스트는 나노베아 기계 시험기에서 수행되었습니다. 마이크로 들여쓰기 모드로 전환합니다. 이 응용 분야에는 직경 200μm의 원통형 평면 다이아몬드 팁이 사용되었습니다. 압입 방법의 큰 잠재력과 신뢰성을 보여주기 위해 광범위한 산업 응용 분야와 일반적으로 인정되는 항복 강도 및 최대 인장 강도 값을 위해 SS304 및 Al6061 합금을 선택했습니다. 샘플은 시험 전에 표면 거칠기나 결함이 시험 결과에 미치는 영향을 피하기 위해 기계적으로 거울과 같은 마감으로 연마되었습니다. 테스트 조건은 표 1에 나와 있습니다. 테스트 값의 반복성을 보장하기 위해 각 샘플에 대해 10회 이상의 테스트를 수행했습니다.
결과 및 토론
SS304 및 Al6061 합금 샘플의 하중-변위 곡선은 그림 3에 표시되어 있으며 테스트 샘플에 평평한 압자 자국이 삽입되어 있습니다. 나노비아가 개발한 특수 알고리즘을 사용하여 "S"자형 하중 곡선을 분석하면 항복 강도 및 궁극 인장 강도가 계산됩니다. 값은 표 1에 요약된 대로 소프트웨어에 의해 자동으로 계산됩니다. 기존 인장 시험으로 얻은 항복 강도 및 극한 인장 강도 값이 비교를 위해 나열되어 있습니다.
결론
본 연구에서는 스테인리스강 및 알루미늄 합금 시트 샘플의 항복 강도 및 최대 인장 강도를 평가하는 데 있어서 Nanovea Mechanical Tester의 능력을 보여주었습니다. 간단한 실험 설정으로 인장 시험에 필요한 샘플 준비 시간과 비용이 크게 절감됩니다. 압입 크기가 작기 때문에 하나의 단일 샘플에 대해 여러 측정을 수행할 수 있습니다. 이 방법을 사용하면 작은 샘플과 국부적인 영역에 대한 YS/UTS 측정이 가능해 YS/UTS 매핑과 파이프라인 또는 자동 구조의 국부 결함 감지를 위한 솔루션을 제공합니다.
Nanovea Mechanical Tester의 나노, 마이크로 또는 매크로 모듈에는 모두 ISO 및 ASTM 준수 압입, 스크래치 및 마모 테스터 모드가 포함되어 있어 단일 시스템에서 가장 광범위하고 사용자 친화적인 테스트 범위를 제공합니다. Nanovea의 탁월한 제품군은 경도, 영률, 파괴 인성, 접착력, 내마모성 등을 포함하여 얇거나 두꺼운 코팅, 부드럽거나 단단한 코팅, 필름 및 기판의 기계적 특성 전체 범위를 결정하는 데 이상적인 솔루션입니다. 또한 옵션인 3D 비접촉 프로파일러와 AFM 모듈을 사용하면 거칠기와 같은 기타 표면 측정 외에도 압흔, 스크래치 및 마모 트랙의 고해상도 3D 이미징을 수행할 수 있습니다.
동적 하중 마찰학
동적 하중 마찰학
소개
마모는 거의 모든 산업 부문에서 발생하며 GDP의 약 0.75%에 달하는 비용을 부과합니다1. 마찰학 연구는 생산 효율성, 애플리케이션 성능을 개선하고 재료, 에너지 및 환경을 보존하는 데 필수적입니다. 진동과 진동은 광범위한 마찰 응용 분야에서 필연적으로 발생합니다. 과도한 외부 진동은 마모 과정을 가속화하고 서비스 성능을 저하시켜 기계 부품에 치명적인 고장을 일으킵니다.
기존의 불감하중 트라이보미터는 질량 추에 의해 정상 하중을 적용합니다. 이러한 하중 기법은 하중 옵션을 일정한 하중으로 제한할 뿐만 아니라 높은 하중과 속도에서 제어되지 않은 강렬한 진동을 발생시켜 마모 거동 평가가 제한적이고 일관되지 않습니다. 제어 진동이 재료의 마모 거동에 미치는 영향에 대한 신뢰할 수 있는 평가는 다양한 산업 응용 분야의 R&D 및 QC에 바람직합니다.
나노베아의 획기적인 고부하 트라이보미터 동적 하중 제어 시스템을 갖춘 최대 하중 용량은 2000N입니다. 고급 공압 압축 공기 로딩 시스템을 통해 사용자는 마모 과정에서 발생하는 원치 않는 진동을 감쇠시키는 이점을 통해 높은 일반 하중 하에서 재료의 마찰학적 거동을 평가할 수 있습니다. 따라서 기존 설계에 사용된 완충 스프링이 필요 없이 하중을 직접 측정할 수 있습니다. 병렬 전자석 진동 로딩 모듈은 최대 20N의 원하는 진폭과 최대 150Hz의 주파수를 잘 제어된 진동에 적용합니다.
마찰은 상부 홀더에 가해지는 측면 힘에서 직접 높은 정확도로 측정됩니다. 변위는 현장에서 모니터링되어 테스트 샘플의 마모 거동 변화에 대한 통찰력을 제공합니다. 제어된 진동 하중 하의 마모 테스트는 부식, 고온, 습도 및 윤활 환경에서 수행되어 마찰 공학 응용 분야의 실제 작업 조건을 시뮬레이션할 수도 있습니다. 통합된 고속 비접촉 프로파일로미터 몇 초 안에 마모 트랙 형태와 마모량을 자동으로 측정합니다.
측정 목표
이 연구에서는 제어된 진동 하중 조건에서 다양한 코팅 및 금속 시료의 마찰 거동을 연구하는 데 있어 나노베아 T2000 동적 하중 트라이보미터의 성능을 소개합니다.
테스트 절차
300 µm 두께의 내마모성 코팅의 마찰 계수, COF 및 내마모성과 같은 마찰 거동을 평가하고 나노베아 T2000 트라이보미터와 ASTM G992에 따른 핀 온 디스크 설정을 사용하는 기존 무부하 트라이보미터를 비교했습니다.
제어된 진동 하에서 6mm Al²O₃ 볼에 대해 별도의 Cu 및 TiN 코팅 샘플을 Nanovea T2000 마찰계의 동적 부하 마찰학 모드로 평가했습니다.
테스트 매개변수는 표 1에 요약되어 있습니다.
라인 센서가 장착된 통합 3D 프로파일로미터는 테스트 후 마모 트랙을 자동으로 스캔하여 몇 초 만에 가장 정확한 마모량 측정을 제공합니다.
결과 및 토론
공압식 로딩 시스템과 데드로드 시스템 비교
나노베아 T2000 트라이보미터를 사용한 내마모성 코팅의 마찰 거동을 기존의 사하중(DL) 트라이보미터와 비교합니다. 코팅의 COF 변화는 그림 2에 나와 있습니다. 마모 테스트 동안 코팅이 ~0.6의 비슷한 COF 값을 나타내는 것을 관찰했습니다. 그러나 그림 3의 마모 트랙의 여러 위치에서 20개의 단면 프로파일을 보면 코팅이 사하중 시스템 하에서 훨씬 더 심한 마모를 경험했음을 알 수 있습니다.
높은 하중과 속도에서 데드 로드 시스템의 마모 과정에서 강렬한 진동이 발생했습니다. 높은 슬라이딩 속도와 결합된 접촉면에 집중된 엄청난 압력은 상당한 무게와 구조물 진동을 발생시켜 마모를 가속화합니다. 기존의 부하시 트라이보미터는 질량 추를 사용하여 하중을 가합니다. 이 방법은 경미한 마모 조건에서 낮은 접촉 하중에서는 신뢰할 수 있지만, 더 높은 하중과 속도의 공격적인 마모 조건에서는 상당한 진동으로 인해 무게추가 반복적으로 튕겨져 고르지 않은 마모 트랙이 발생하여 신뢰할 수 없는 마찰 평가를 초래합니다. 계산된 마모율은 8.0±2.4 x 10-4 mm3/N m로 높은 마모율과 큰 표준 편차를 보여줍니다.
나노베아 T2000 트라이보미터는 동적 제어 하중 시스템으로 설계되어 진동을 감쇠시킵니다. 이 시스템은 압축 공기로 정상 하중을 가하여 마모 과정에서 발생하는 원치 않는 진동을 최소화합니다. 또한 액티브 폐쇄 루프 하중 제어를 통해 마모 테스트 내내 일정한 하중이 적용되고 스타일러스가 마모 트랙의 깊이 변화를 따라갑니다. 그림 3a와 같이 훨씬 더 일관된 마모 트랙 프로파일이 측정되어 3.4±0.5 x 10-4 mm3/N m의 낮은 마모율을 기록합니다.
그림 4에 표시된 마모 트랙 분석은 나노베아 T2000 트라이보미터의 공압 압축 공기 로딩 시스템으로 수행된 마모 테스트가 기존의 무부하 트라이보미터에 비해 더 부드럽고 일관된 마모 트랙을 생성한다는 것을 확인시켜 줍니다. 또한 나노베아 T2000 트라이보미터는 마모 프로세스 동안 스타일러스 변위를 측정하여 현장에서의 마모 진행 상황에 대한 추가 통찰력을 제공합니다.
Cu 샘플의 마모에 따른 진동 제어
나노베아 T2000 트라이보미터의 병렬 진동 하중 전자석 모듈을 통해 사용자는 제어된 진폭 및 주파수 진동이 재료의 마모 거동에 미치는 영향을 조사할 수 있습니다. 그림 6과 같이 Cu 샘플의 COF는 현장에서 기록됩니다. Cu 샘플은 첫 번째 330회전 측정 동안 ~0.3의 일정한 COF를 나타내며, 이는 계면에서 안정적인 접촉이 형성되고 비교적 매끄러운 마모 트랙이 형성되었음을 나타냅니다. 마모 테스트가 계속됨에 따라 COF의 변화는 마모 메커니즘의 변화를 나타냅니다. 이에 비해 50N에서 5N 진폭 제어 진동 하에서의 마모 테스트는 다른 마모 거동을 보여줍니다. 마모 공정이 시작될 때 COF가 즉시 증가하고 마모 테스트 전반에 걸쳐 상당한 변화를 보입니다. 이러한 COF의 거동은 정상 하중에서 부과된 진동이 접점에서의 불안정한 슬라이딩 상태에 영향을 미친다는 것을 나타냅니다.
그림 7은 통합 비접촉식 광학 프로파일로미터로 측정한 마모 트랙 형태를 비교한 것입니다. 진동 진폭이 5N으로 제어된 Cu 샘플은 진동이 부과되지 않은 5.03 x 108 µm3에 비해 1.35 x 109 µm3의 부피로 훨씬 더 큰 마모 트랙을 나타내는 것을 관찰할 수 있습니다. 제어 진동은 마모 속도를 약 2.7배까지 크게 가속화하여 마모 거동에 대한 진동이 중요한 영향을 미친다는 것을 보여줍니다.
TiN 코팅의 마모에 따른 진동 제어
TiN 코팅 샘플의 COF 및 마모 트랙은 그림 8에 나와 있습니다. TiN 코팅은 테스트 중 COF의 변화에서 알 수 있듯이 진동 하에서 상당히 다른 마모 거동을 나타냅니다. TiN 코팅은 마모 테스트 시작 시 런인 기간 이후에도 ~0.3의 일정한 COF를 보이는데, 이는 TiN 코팅과 Al₂O₃ 볼 사이의 계면에서 안정적인 슬라이딩 접촉이 이루어지기 때문입니다. 그러나 TiN 코팅이 실패하기 시작하면 Al₂O₃ 볼이 코팅을 관통하여 그 아래의 새로운 강철 기판으로 미끄러집니다. 동시에 마모 트랙에 상당한 양의 단단한 TiN 코팅 파편이 생성되어 안정적인 2체 슬라이딩 마모가 3체 마모 마모로 전환됩니다. 이러한 재료 커플 특성의 변화는 COF의 진화에서 더 많은 변화를 초래합니다. 5N 및 10N 진동이 가해지면 TiN 코팅 파손이 ~400 회전에서 100 회전 이하로 가속화됩니다. 제어 진동 하에서 마모 테스트 후 TiN 코팅 샘플에서 더 큰 마모 트랙이 나타나는 것은 이러한 COF의 변화와 일치합니다.
결론
나노베아 T2000 트라이보미터의 첨단 공압식 로딩 시스템은 기존의 데드 로드 시스템에 비해 자연적으로 빠른 진동 댐퍼라는 본질적인 이점을 가지고 있습니다. 공압 시스템의 이러한 기술적 장점은 서보 모터와 스프링을 조합하여 하중을 가하는 부하 제어 시스템과 비교할 때 사실입니다. 이 기술은 이 연구에서 입증된 바와 같이 높은 부하에서 안정적이고 더 잘 제어된 마모 평가를 보장합니다. 또한 능동 폐쇄 루프 부하 시스템은 마모 테스트 중에 정상 부하를 원하는 값으로 변경하여 브레이크 시스템에서 볼 수 있는 실제 적용을 시뮬레이션할 수 있습니다.
테스트 중 제어되지 않은 진동 조건의 영향을 받지 않고 나노베아 T2000 동적-하중 트라이보미터를 사용하면 다양한 제어 진동 조건에서 재료의 마찰 거동을 정량적으로 평가할 수 있습니다. 진동은 금속 및 세라믹 코팅 샘플의 마모 거동에 중요한 역할을 합니다.
병렬 전자석 진동 하중 모듈은 설정된 진폭과 주파수에서 정밀하게 제어된 진동을 제공하므로 환경 진동이 중요한 요소인 실제 조건에서 마모 과정을 시뮬레이션할 수 있습니다. 마모 중에 진동이 가해진 경우 Cu와 TiN 코팅 샘플 모두 마모 속도가 상당히 증가했습니다. 마찰 계수의 변화와 현장에서 측정된 스타일러스 변위는 마찰 응용 분야에서 재료의 성능을 나타내는 중요한 지표입니다. 통합된 3D 비접촉식 프로파일로미터는 마모량을 정밀하게 측정하고 마모 트랙의 세부적인 형태를 몇 초 만에 분석할 수 있는 도구를 제공하여 마모 메커니즘에 대한 근본적인 이해에 더 많은 통찰력을 제공합니다.
T2000에는 20비트 내부 속도와 16비트 외부 위치 인코더를 갖춘 자체 튜닝된 고품질, 고토크 모터가 장착되어 있습니다. 이를 통해 트라이보미터는 0.01~5000rpm의 탁월한 회전 속도 범위를 제공할 수 있으며, 단계적으로 점프하거나 연속적으로 변경할 수 있습니다. 하단에 위치한 토크 센서를 사용하는 시스템과 달리 나노베아 트라이보미터는 상단에 위치한 고정밀 로드셀을 사용하여 마찰력을 정확하고 개별적으로 측정합니다.
나노베아 트라이보미터는 ISO 및 ASTM을 준수하는 회전 및 선형 모드(4볼, 스러스트 와셔 및 블록 온 링 테스트 포함)를 사용하여 정밀하고 반복 가능한 마모 및 마찰 테스트를 제공하며, 고온 마모, 윤활 및 트리보 부식 모듈을 하나의 사전 통합된 시스템에서 옵션으로 사용할 수 있습니다. 나노베아 T2000의 탁월한 제품군은 얇거나 두꺼운, 연질 또는 경질 코팅, 필름 및 기판의 모든 범위의 마찰 특성을 측정하는 데 이상적인 솔루션입니다.
