습도와 가스 마찰학 응용 노트 - NANOVEA: 재료 시험을 위한 고급 프로파일로미터, 트라이보미터, 나노인덴터 및 스크래치 테스터

트라이보미터를 이용한 유리 코팅 습도 마모 테스트

nanovea — Thu, 13 May 2021 19:40:10 +0000

트라이보미터를 이용한 유리 코팅 습도 마모 테스트

자세히 알아보기

유리 코팅 습도

트라이보미터를 통한 마모 테스트

작성자

DUANJIE LI, 박사

소개

셀프 클리닝 유리 코팅은 유리 표면을 쉽게 청소할 수 있도록 하여 때, 먼지 및 얼룩이 쌓이는 것을 방지합니다. 셀프 클리닝 기능은 청소 빈도, 시간, 에너지 및 청소 비용을 크게 줄여주므로 유리 외관, 거울, 샤워 유리, 창문, 앞 유리 등 다양한 주거 및 상업용 애플리케이션에 매력적인 선택이 될 수 있습니다.

내마모성의 중요성 자가 세척 유리 코팅의 중요성

셀프 클리닝 코팅의 주요 적용 분야는 고층 빌딩의 유리 외벽 외부 표면입니다. 유리 표면은 종종 강풍에 의해 운반되는 고속 입자에 의해 공격을 받습니다. 기상 조건 또한 유리 코팅의 수명에 중요한 역할을 합니다. 유리를 표면 처리하고 오래된 코팅이 실패했을 때 새 코팅을 적용하는 것은 매우 어렵고 비용이 많이 들 수 있습니다. 따라서 유리 코팅의 내마모성은 다음과 같습니다.
다른 날씨 조건이 중요합니다.

다양한 날씨에서 셀프 클리닝 코팅의 실제 환경 조건을 시뮬레이션하려면 제어 및 모니터링되는 습도에서 반복 가능한 마모 평가가 필요합니다. 이를 통해 사용자는 다양한 습도에 노출된 셀프 클리닝 코팅의 내마모성을 적절히 비교하고 목표 용도에 가장 적합한 후보를 선택할 수 있습니다.

측정 목표

이 연구에서 우리는 나노비아 습도 컨트롤러가 장착된 T100 트라이보미터는 다양한 습도에서 셀프 클리닝 유리 코팅의 내마모성을 조사하는 데 이상적인 도구입니다.

나노비아

T100

테스트 절차

소다석회 유리 현미경 슬라이드는 두 가지 다른 처리 레시피를 사용하여 자가 세척 유리 코팅으로 코팅했습니다. 이 두 가지 코팅은 코팅 1과 코팅 2로 식별됩니다. 비교를 위해 코팅되지 않은 맨 유리 슬라이드도 테스트했습니다.

나노비아 트라이보미터 자체 세척 유리 코팅의 마찰계수, COF 및 내마모성과 같은 마찰학적 거동을 평가하기 위해 습도 제어 모듈이 장착된 장치를 사용했습니다. WC 볼 팁(직경 6mm)을 테스트 샘플에 적용했습니다. COF는 현장에서 기록되었습니다. 트라이보 챔버에 부착된 습도 조절기는 상대 습도(RH) 값을 ±1·% 범위로 정밀하게 제어했습니다. 마모 트랙 형태는 마모 테스트 후 광학 현미경으로 검사되었습니다.

최대 부하 40mN

결과 및 토론

다양한 습도 조건에서의 핀 온 디스크 마모 테스트는 코팅 유리와 비코팅 유리에 대해 수행되었습니다.
샘플. 마모 테스트가 진행되는 동안 COF는 다음과 같이 현장에서 기록되었습니다. 그림 1 에 요약되어 있으며 평균 COF는 그림 2. 그림 4 마모 테스트 후 마모 트랙을 비교합니다.

에 표시된 것처럼 그림 1코팅되지 않은 유리는 30% RH에서 슬라이딩 동작이 시작되면 ~0.45의 높은 COF를 나타내며, 300회 회전 마모 테스트가 끝날 때 ~0.6까지 점진적으로 증가합니다. 이에 비해
코팅 유리 샘플 코팅 1과 코팅 2는 테스트 시작 시점에 0.2 미만의 낮은 COF를 보였습니다. COF
의 코팅 2는 나머지 테스트 동안 ~ 0.25에서 안정화되는 반면, 코팅 1은 다음에서 COF의 급격한 증가를 나타냅니다.
~250 회전에서 COF는 ~0.5의 값에 도달합니다. 60% RH에서 마모 테스트를 수행하면 다음과 같은 결과가 나타납니다.
코팅되지 않은 유리는 마모 테스트 전체에서 여전히 약 0.45의 더 높은 COF를 보여줍니다. 코팅 1과 2는 각각 0.27과 0.22의 COF 값을 나타냅니다. 90% RH에서 코팅되지 않은 유리는 마모 테스트가 끝날 때 ~0.5의 높은 COF를 보였습니다. 코팅 1과 코팅 2는 마모 테스트가 시작될 때 ~0.1의 비슷한 COF를 나타냅니다. 코팅 1은 ~0.15의 비교적 안정적인 COF를 유지합니다. 그러나 코팅 2는 약 100회 회전에서 실패한 후 마모 테스트가 끝날 무렵에 COF가 약 0.5로 크게 증가합니다.

셀프 클리닝 유리 코팅의 낮은 마찰은 표면 에너지가 낮기 때문입니다. 매우 높은 정전기를 생성합니다.
물 접촉각과 낮은 롤오프 각도. 현미경으로 볼 때 90% RH의 코팅 표면에 작은 물방울이 형성됩니다. 그림 3. 또한 RH 값이 30%에서 90%로 증가함에 따라 코팅 2의 경우 평균 COF가 ~0.23에서 ~0.15로 감소합니다.

그림 1: 다양한 상대 습도에서 핀 온 디스크 테스트 중 마찰 계수.

그림 2: 다양한 상대 습도에서 핀 온 디스크 테스트 중 평균 COF.

그림 3: 코팅된 유리 표면에 작은 물방울이 형성됩니다.

그림 4 은 다양한 습도에서 마모 테스트 후 유리 표면의 마모 트랙을 비교한 것입니다. 코팅 1은 30% 및 60%의 RH에서 마모 테스트 후 가벼운 마모 징후를 보입니다. 90% RH에서 테스트 후 큰 마모 트랙을 보였으며, 이는 마모 테스트 중 COF의 상당한 증가와 일치합니다. 코팅 2는 건식 및 습식 환경 모두에서 마모 테스트 후 마모 흔적이 거의 나타나지 않았으며, 다양한 습도에서 마모 테스트 중에도 지속적으로 낮은 COF를 나타냈습니다. 우수한 마찰 특성과 낮은 표면 에너지의 조합으로 인해 코팅 2는 열악한 환경에서 셀프 클리닝 유리 코팅 애플리케이션에 적합한 후보입니다. 이에 비해 코팅되지 않은 유리는 다양한 습도에서 더 큰 마모 트랙과 더 높은 COF를 보여 셀프 클리닝 코팅 기술의 필요성을 입증합니다.

그림 4: 다양한 상대 습도(200배 배율)에서 핀 온 디스크 테스트 후 트랙을 마모합니다.

결론

나노비아 T100 트라이보미터는 다양한 습도에서 셀프 클리닝 유리 코팅의 평가 및 품질 관리를 위한 탁월한 도구입니다. 현장 COF 측정 기능을 통해 사용자는 마모 공정의 여러 단계를 COF의 변화와 연관시킬 수 있으며, 이는 유리 코팅의 마모 메커니즘 및 마찰 특성에 대한 근본적인 이해를 향상시키는 데 매우 중요합니다. 다양한 습도에서 테스트한 셀프 클리닝 유리 코팅에 대한 종합적인 마찰학적 분석에 따르면, 코팅 2는 건조 및 습한 환경 모두에서 일정하게 낮은 COF와 우수한 내마모성을 지니고 있어 다양한 날씨에 노출되는 셀프 클리닝 유리 코팅 애플리케이션에 더 적합한 후보임을 보여줍니다.

나노비아 트라이보미터는 ISO 및 ASTM을 준수하는 회전 및 선형 모드를 사용하여 정밀하고 반복 가능한 마모 및 마찰 테스트를 제공하며, 고온 마모, 윤활 및 트리보 부식 모듈을 사전 통합된 하나의 시스템에서 옵션으로 사용할 수 있습니다. 옵션으로 제공되는 3D 비접촉식 프로파일러를 통해 높은
거칠기와 같은 다른 표면 측정과 더불어 마모 트랙의 해상도 3D 이미징을 제공합니다.

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습도가 DLC 코팅 마찰학에 미치는 영향

nanovea — 2020년 2월 11일 (화) 14:38:38 +0000

습도에서의 DLC 마모 평가의 중요성

DLC(다이아몬드 유사 탄소) 코팅은 향상된 마찰 특성, 즉 뛰어난 내마모성과 매우 낮은 마찰 계수(COF)를 가지고 있습니다. DLC 코팅은 다양한 재료에 증착될 때 다이아몬드 특성을 부여합니다. 유리한 마찰 기계적 특성으로 인해 DLC 코팅은 항공우주 부품, 면도날, 금속 절단 도구, 베어링, 오토바이 엔진 및 의료용 임플란트와 같은 다양한 산업 응용 분야에서 선호됩니다.

DLC 코팅은 고진공 및 건조한 조건에서 강철 볼에 대해 매우 낮은 COF(0.1 미만)를 나타냅니다.¹². 그러나 DLC 코팅은 환경 조건 변화, 특히 상대 습도(RH)에 민감합니다.³. 습도 및 산소 농도가 높은 환경에서는 COF가 크게 증가할 수 있습니다.⁴. 제어된 습도에서 신뢰할 수 있는 마모 평가는 마찰 공학 응용 분야를 위한 DLC 코팅의 현실적인 환경 조건을 시뮬레이션합니다. 사용자는 적절한 비교를 통해 대상 응용 분야에 가장 적합한 DLC 코팅을 선택합니다.
다양한 습도에 노출된 DLC 마모 행동.

측정 목표

이번 연구에서는 Nanovea를 소개합니다. 트라이보미터 습도 컨트롤러가 장착된 습도 컨트롤러는 다양한 상대 습도에서 DLC 코팅의 마모 거동을 조사하는 데 이상적인 도구입니다.

테스트 절차

DLC 코팅의 마찰 및 내마모성은 Nanovea Tribometer를 사용하여 평가되었습니다. 테스트 매개변수는 표 1에 요약되어 있습니다. 마찰 챔버에 부착된 습도 컨트롤러는 ±1%의 정확도로 상대 습도(RH)를 정밀하게 제어했습니다. 테스트 후 광학 현미경을 사용하여 DLC 코팅의 마모 트랙과 SiN 볼의 마모 흉터를 검사했습니다.

참고: 윤활유 또는 고온과 같은 환경 조건에서 다양한 재료 커플링의 성능을 시뮬레이션하기 위해 모든 솔리드 볼 재료를 적용할 수 있습니다.

결과 및 토론

DLC 코팅은 마찰이 적고 내마모성이 우수하기 때문에 마찰 응용 분야에 적합합니다. DLC 코팅 마찰은 그림 2와 같이 습도에 따른 거동을 나타냅니다. DLC 코팅은 상대적으로 건조한 조건(10% RH)에서 마모 테스트 전반에 걸쳐 ~0.05의 매우 낮은 COF를 보여줍니다. DLC 코팅은 RH가 30%로 증가함에 따라 테스트 중에 ~0.1의 일정한 COF를 나타냅니다. COF의 초기 런인 단계는 RH가 50% 이상으로 상승하는 첫 2000 회전에서 관찰됩니다. DLC 코팅은 50, 70 및 90%의 RH에서 각각 ~0.20, ~0.26 및 ~0.33의 최대 COF를 보여줍니다. 런인 기간 이후, DLC 코팅 COF는 50, 70 및 90%의 RH에서 각각 ~0.11, 0.13 및 0.20으로 일정하게 유지됩니다.

그림 3은 SiN 볼 마모 흉터를 비교한 것이고, 그림 4는 마모 테스트 후 DLC 코팅 마모 트랙을 비교한 것입니다. 습도가 낮은 환경에 노출되었을 때 마모 흉터의 직경이 더 작았습니다. 접촉면에서의 반복적인 슬라이딩 과정에서 SiN 볼 표면에 전사 DLC 층이 축적됩니다. 이 단계에서 DLC 코팅은 상대 운동을 촉진하고 전단 변형으로 인한 추가 질량 손실을 억제하는 효율적인 윤활제 역할을 하는 자체 전사 층에 대해 미끄러집니다. 낮은 RH 환경(예: 10% 및 30%)에서 SiN 볼의 마모 흉터에서 전사막이 관찰되며, 그 결과 볼의 마모 과정이 느려집니다. 이 마모 과정은 그림 4에 표시된 것처럼 DLC 코팅의 마모 트랙 형태에 반영됩니다. DLC 코팅은 접촉 인터페이스에 안정적인 DLC 전사 필름이 형성되어 마찰과 마모 속도를 크게 줄여주기 때문에 건조한 환경에서 더 작은 마모 트랙을 나타냅니다.

결론

습도는 DLC 코팅의 마찰 성능에 중요한 역할을 합니다. DLC 코팅은 슬라이딩 대응물(이 연구에서는 SiN 볼)에 전사된 안정적인 흑연 층의 형성으로 인해 건조 조건에서 크게 향상된 내마모성과 탁월한 낮은 마찰력을 보유합니다. DLC 코팅은 자체 전달층에 대해 미끄러지며, 이는 상대 운동을 촉진하고 전단 변형으로 인한 추가 질량 손실을 억제하는 효율적인 윤활제 역할을 합니다. 상대 습도가 증가하면 SiN 볼에서 필름이 관찰되지 않아 SiN 볼과 DLC 코팅의 마모율이 증가합니다.

Nanovea 마찰계는 ISO 및 ASTM 준수 회전 및 선형 모드를 사용하여 반복 가능한 마모 및 마찰 테스트를 제공하며, 하나의 사전 통합 시스템에서 사용 가능한 습도 모듈 옵션을 제공합니다. 이를 통해 사용자는 다양한 습도에서 작업 환경을 시뮬레이션할 수 있으며 다양한 작업 조건에서 재료의 마찰학적 거동을 정량적으로 평가할 수 있는 이상적인 도구를 제공합니다.

나노베아 트라이보미터 및 실험실 서비스에 대해 자세히 알아보기

1 C. 도넷, 서핑. Coat. Technol. 100-101 (1998) 180.

2 K. 미요시, B. 폴척, K.W. 스트리트, J.S. 자빈스키, J.H. 샌더스, A.A. 보에보딘, R.L.C. 우, 착용 225-229 (1999) 65.

3 R. 길모어, R. 하우어트, Surf. Coat. Technol. 133-134 (2000) 437.

4 R. Memming, H.J. Tolle, P.E. Wierenga, Thin Solid Coatings 143 (1986) 31

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