나노 인덴테이션을 이용한 폴리머의 크리프 변형
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점탄성 소재인 폴리머는 특정 하중이 가해지면 시간에 따라 변형이 일어나는데, 이를 크리프라고 합니다. 크리프는 구조 부품, 조인 및 피팅, 정수압 용기 등 폴리머 부품이 지속적인 응력에 노출되도록 설계된 경우 중요한 요소가 됩니다.
점탄성의 고유한 특성은 폴리머 성능에 중요한 역할을 하며 서비스 신뢰성에 직접적인 영향을 미칩니다. 하중 및 온도와 같은 환경 조건은 폴리머의 크리프 거동에 영향을 미칩니다. 특정 사용 조건에서 사용되는 폴리머 재료의 시간에 따른 크리프 동작에 대한 주의력 부족으로 인해 크리프 오류가 자주 발생합니다. 결과적으로, 폴리머의 점탄성 기계적 거동에 대한 신뢰할 수 있고 정량적인 테스트를 개발하는 것이 중요합니다. NANOVEA의 나노모듈 기계 테스터 고정밀 피에조로 하중을 가하고 현장에서 힘과 변위의 변화를 직접 측정합니다. 정확성과 반복성이 결합되어 크리프 측정에 이상적인 도구입니다.
측정 목표
이 애플리케이션에서는 다음을 보여주었습니다.
나노베아 PB1000 기계식 테스터
~에 나노 인덴테이션 모드는 이상적인 도구입니다
점탄성 기계적 특성 연구용
경도, 영탄성률 포함
및 고분자 재료의 크리프.
나노비아
PB1000
8가지 폴리머 샘플을 나노베아 PB1000 기계식 테스터를 사용하여 나노 인덴테이션 기법으로 테스트했습니다. 하중이 0에서 40mN까지 선형적으로 증가함에 따라 하중 단계 동안 깊이가 점진적으로 증가했습니다. 그런 다음 30초 동안 최대 하중 40mN에서 압입 깊이의 변화로 크리프를 측정했습니다.
들여쓰기 유형
Berkovich
다이아몬드
*나노 인덴테이션 테스트 설정
다양한 폴리머 샘플에 대한 나노 압입 테스트의 하중 대 변위 플롯은 그림 1에 표시되어 있고 크리프 곡선은 그림 2에 비교되어 있습니다. 경도 및 영 계수는 그림 3에 요약되어 있으며, 크리프 깊이는 그림 4에 나와 있습니다. 그림 1의 예로, 나노 압입 측정을 위한 하중-변위 곡선의 AB, BC 및 CD 부분은 각각 로딩, 크리프 및 언로딩 과정을 나타냅니다.
델린과 PVC는 각각 0.23 및 0.22 GPa로 가장 높은 경도를 보였으며, LDPE는 테스트 폴리머 중 0.026 GPa로 가장 낮은 경도를 나타냈습니다. 일반적으로 경도가 높은 폴리머일수록 크리프율이 낮습니다. 가장 부드러운 LDPE의 크리프 깊이는 798nm로 가장 높았으며, Delrin의 크리프 깊이는 ~120nm였습니다.
폴리머의 크리프 특성은 구조 부품에 사용될 때 매우 중요합니다. 폴리머의 경도와 크리프를 정밀하게 측정하면 폴리머의 시간 의존적 신뢰성을 더 잘 이해할 수 있습니다. 주어진 하중에서 변위 변화인 크리프도 NANOVEA PB1000 기계식 테스터를 사용하여 다양한 고온 및 습도에서 측정할 수 있으므로 폴리머의 점탄성 기계적 거동을 정량적이고 안정적으로 측정할 수 있는 이상적인 도구입니다.
시뮬레이션된 실제 애플리케이션 환경에서
그림 1: 하중 대 변위 플롯
다른 폴리머로 구성됩니다.
그림 2: 30초 동안 최대 40mN의 부하에서 크리핑.
그림 3: 폴리머의 경도 및 영탄성계수.
그림 4: 폴리머의 크립 깊이입니다.
이 연구에서는 나노베아 PB1000이
기계적 시험기는 경도, 영 계수 및 크리프를 포함한 다양한 폴리머의 기계적 특성을 측정합니다. 이러한 기계적 특성은 용도에 적합한 폴리머 소재를 선택하는 데 필수적입니다. Derlin과 PVC는 각각 0.23 및 0.22 GPa로 가장 높은 경도를 나타내며, LDPE는 테스트된 폴리머 중 0.026 GPa로 가장 낮은 경도를 나타냅니다. 일반적으로 경도가 높은 폴리머일수록 크리프율이 낮습니다. 가장 부드러운 LDPE는 798nm의 가장 높은 크리프 깊이를 보였으며, Derlin의 경우 ~120nm였습니다.
나노베아 기계식 테스터는 단일 플랫폼에서 탁월한 다기능 나노 및 마이크로 모듈을 제공합니다. 나노 및 마이크로 모듈에는 스크래치 테스터, 경도 테스터 및 마모 테스터 모드가 포함되어 있어 단일 시스템에서 가장 광범위하고 사용자 친화적인 테스트 범위를 제공합니다.
나노 인덴테이션을 이용한 다상 재료의 야금학 연구
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야금학은 금속 원소의 물리적, 화학적 거동과 금속 간 화합물 및 합금을 연구합니다. 주조, 단조, 압연, 압출, 기계 가공과 같은 작업 공정을 거치는 금속은 상, 미세 구조, 질감의 변화를 경험합니다. 이러한 변화로 인해 재료의 경도, 강도, 인성, 연성, 내마모성 등 다양한 물리적 특성이 달라집니다. 금속 조직학은 이러한 특정 위상, 미세 구조 및 텍스처의 형성 메커니즘을 파악하기 위해 종종 적용됩니다.
첨단 소재는 산업 현장에서 목표 응용 분야에 원하는 기계적 특성을 달성하기 위해 특수한 미세 구조와 텍스처로 여러 단계를 거치는 경우가 많습니다. 나노 인덴테이션 는 작은 규모에서 재료의 기계적 거동을 측정하는 데 널리 적용됩니다. i ii. 그러나 매우 작은 영역에서 압입할 특정 위치를 정확하게 선택하는 것은 어렵고 시간이 많이 소요됩니다. 높은 정밀도와 적시 측정으로 재료의 다양한 상에 대한 기계적 특성을 결정하기 위해서는 신뢰할 수 있고 사용자 친화적인 나노 압입 테스트 절차가 요구되고 있습니다.
측정 목표
이 응용 분야에서는 가장 강력한 기계 시험기인 NANOVEA PB1000을 사용하여 다상 야금 시료의 기계적 특성을 측정합니다.
여기에서는 고급 위치 컨트롤러를 사용하여 큰 시료 표면의 여러 위상(입자)에서 나노 압입 측정을 높은 정밀도와 사용자 편의성으로 수행하는 PB1000의 성능을 소개합니다.
나노비아
PB1000
이 연구에서는 여러 단계의 금속 샘플을 사용했습니다. 샘플은 압입 테스트 전에 거울과 같은 표면 마감으로 연마되었습니다. 샘플에서 아래와 같이 1단계, 2단계, 3단계, 4단계의 네 가지 단계가 확인되었습니다.
고급 스테이지 컨트롤러는 마우스 위치에 따라 광학 현미경에서 샘플 이동 속도를 자동으로 조정하는 직관적인 샘플 탐색 도구입니다. 마우스가 시야 중심에서 멀어질수록 스테이지가 마우스 방향으로 더 빠르게 이동합니다. 이를 통해 전체 샘플 표면을 탐색하고 기계적 테스트를 위해 의도한 위치를 선택할 수 있는 사용자 친화적인 방법을 제공합니다. 테스트 위치의 좌표는 로드, 로딩/언로딩 속도, 맵의 테스트 횟수 등과 같은 개별 테스트 설정과 함께 저장되고 번호가 매겨집니다. 이러한 테스트 절차를 통해 사용자는 넓은 시료 표면에서 압입에 대한 특정 관심 영역을 검사하고 한 번에 여러 위치에서 모든 압입 테스트를 수행할 수 있으므로 여러 단계로 구성된 금속 시료의 기계적 테스트에 이상적인 도구입니다.
이 연구에서 우리는 샘플의 특정 위상을 통합 광학 현미경으로 찾았습니다. 나노비아 번호가 매겨진 기계식 테스터 그림 1. 선택한 위치의 좌표가 저장된 후 아래에 요약된 테스트 조건에서 자동 나노 들여쓰기 테스트가 한 번에 수행됩니다.
샘플의 여러 단계에 있는 홈이 아래에 표시되어 있습니다. 우리는 샘플 스테이지의 뛰어난 위치 제어가 나노비아 기계 테스터 사용자는 기계적 특성 테스트를 위한 대상 위치를 정확하게 찾아낼 수 있습니다.
압흔의 대표적인 하중-변위 곡선은 다음과 같습니다. 그림 2와 올리버 및 파르 방법을 사용하여 계산한 해당 경도 및 영탄성계수입니다.iii 에 요약되어 비교됩니다. 그림 3.
The 1, 2, 3단계 그리고 4 의 평균 경도는 각각 ~5.4, 19.6, 16.2 및 7.2 GPa입니다. 상대적으로 작은 크기는 2단계 는 경도 및 영탄성 계수 값의 표준 편차가 더 높습니다.
그림 3: 다양한 위상의 경도 및 영탄성계수
이 연구에서는 고급 스테이지 컨트롤러를 사용하여 대형 금속 시료의 여러 단계에서 나노 압입 측정을 수행하는 나노베아 기계식 테스터를 선보였습니다. 정밀한 위치 제어를 통해 사용자는 큰 시료 표면을 쉽게 탐색하고 나노 압입 측정을 위해 관심 있는 영역을 직접 선택할 수 있습니다.
모든 압흔의 위치 좌표가 저장된 후 연속적으로 수행됩니다. 이러한 테스트 절차를 통해 본 연구의 다상 금속 샘플과 같이 작은 규모의 국부적인 기계적 특성을 측정하는 데 시간이 훨씬 적게 걸리고 사용자 친화적입니다. 경질 2, 3 및 4 단계는 샘플의 기계적 특성을 개선하여 평균 경도가 각각 ~ 19.6, 16.2 및 7.2 GPa이며, 1 단계의 경우 ~ 5.4 GPa에 비해 높습니다.
기기의 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. 나노베아의 탁월한 범위는 경도, 영 계수, 파괴 인성, 접착력, 내마모성 등 얇거나 두꺼운, 연질 또는 경질 코팅, 필름 및 기판의 모든 기계적 특성을 측정하는 데 이상적인 솔루션입니다.
i Oliver, W. C.; Pharr, G. M., 재료 연구 저널, 19권 1호, Jan 2004, pp.3-20
ii Schuh, C.A., Materials Today, 9권 5호, 2006년 5월, 32-40페이지
iii Oliver, W. C.; Pharr, G. M., 재료 연구 저널, 7권 6호, 1992년 6월, 1564-1583쪽
샘플
타이어 트레드 깊이 측정을 위한 3D 비접촉식 프로파일로메트리의 중요성
터치 프로브나 간섭계와 같은 다른 기술과 달리, 나노비아의 3D 비접촉 광학 프로파일러 축 색수차를 사용하여 거의 모든 표면을 측정합니다.
프로파일러 시스템의 개방형 스테이징은 다양한 샘플 크기를 허용하며 별도의 샘플 전처리 과정이 필요하지 않습니다. 단일 스캔으로 사용자는 타이어 트레드 깊이 전체와 미세 수준의 표면 거칠기를 동시에 측정할 수 있으며, 샘플의 반사율이나 흡수율에 전혀 영향을 받지 않습니다. 또한 이 프로파일러는 소프트웨어로 결과를 조작할 필요 없이 높은 표면 각도까지 측정할 수 있는 고급 기능을 갖추고 있습니다.
이러한 다용도성 덕분에 NANOVEA 프로파일러는 타이어 트레드 마모 테스트와 고급 고무 재료 연구 모두에 이상적입니다.
이 애플리케이션에서는 다음과 같은 기능을 선보입니다. 나노베아 ST400, 타이어 트레드 깊이, 윤곽 형상 및 고무 표면 거칠기를 측정하는 3D 비접촉식 광학 프로파일러입니다. 본 연구에서는 타이어 전체 표면을 대표할 수 있을 만큼 충분히 큰 표면 영역을 무작위로 선정하였습니다. 고무 특성을 정량화하기 위해 NANOVEA Ultra 3D 분석 소프트웨어를 사용하여 홈 치수, 트레드 깊이, 표면 거칠기 및 개발 면적 대 예상 면적을 측정하였습니다.
고급 윤곽 분석
스텝 높이 분석
선형 가변 차동 변압기(LVDT)는 선형 변위를 측정하는 데 사용되는 견고한 전기 변압기의 일종입니다. 파워 터빈, 유압, 자동화, 항공기, 인공위성, 원자로 등 다양한 산업 분야에서 널리 사용되고 있습니다.
본 연구에서는 NANOVEA의 LVDT 추가 기능과 고온 모듈을 소개합니다. 트라이보미터 이를 통해 고온에서 마모 과정 중에 테스트된 샘플의 마모 트랙 깊이 변화를 측정할 수 있습니다. 이를 통해 사용자는 마모 프로세스의 여러 단계를 COF의 진화와 연관시킬 수 있으며, 이는 고온 응용 분야용 재료의 마모 메커니즘 및 마찰 특성에 대한 근본적인 이해를 높이는 데 중요합니다.
측정 목표
이 연구에서는 고온에서 재료의 마모 과정의 진화를 현장에서 모니터링할 수 있는 나노베아 T50 트라이보미터의 성능을 선보이고자 합니다.
다양한 온도에서 알루미나 규산염 세라믹의 마모 과정을 제어 및 모니터링하는 방식으로 시뮬레이션합니다.
나노비아
T50
알루미나 실리케이트 세라믹 플레이트의 마찰 계수, COF 및 내마모성과 같은 마찰 거동을 나노베아 트라이보미터로 평가했습니다. 알루미나 실리케이트 세라믹 플레이트를 상온인 RT에서 고온(400°C 및 800°C)으로 가열한 후 해당 온도에서 마모 테스트를 수행했습니다.
비교를 위해 샘플을 800°C에서 400°C로 식힌 다음 실온으로 식혔을 때 마모 테스트를 수행했습니다. AI2O3 볼 팁(직경 6mm, 100 등급)을 테스트 샘플에 적용했습니다. COF, 마모 깊이 및 온도는 현장에서 모니터링되었습니다.
마모율 K는 K=V/(Fxs)=A/(Fxn) 공식을 사용하여 평가했으며, 여기서 V는 마모 체적, F는 정상 하중, s는 슬라이딩 거리, A는 마모 트랙의 단면적, n은 회전 수입니다. 표면 거칠기와 마모 트랙 프로파일은 나노베아 광학 프로파일러로 평가하고, 마모 트랙 형태는 광학 현미경으로 검사했습니다.
현장에서 기록된 COF 및 마모 트랙 깊이는 각각 그림 1과 그림 2에 나와 있습니다. 그림 1에서 "-I"는 RT에서 고온으로 온도를 높였을 때 수행한 테스트를 나타냅니다. "-D"는 800°C의 고온에서 온도가 낮아졌을 때를 나타냅니다.
그림 1에서 볼 수 있듯이, 다양한 온도에서 테스트한 샘플은 측정 전반에 걸쳐 약 0.6의 비슷한 COF를 보였습니다. 이러한 높은 COF는 마모 과정을 가속화하여 상당한 양의 파편을 생성합니다. 마모 트랙 깊이는 그림 2에 표시된 바와 같이 LVDT로 마모 테스트 중에 모니터링되었습니다. 시료 가열 전과 시료 냉각 후 실온에서 수행한 테스트에서 알루미나 규산염 세라믹 플레이트는 RT에서 점진적인 마모 과정을 나타내며, 마모 테스트 내내 마모 트랙 깊이가 각각 ~170 및 ~150 μm로 점차 증가합니다.
이에 비해 고온(400°C 및 800°C)에서의 마모 테스트는 마모 과정 초기에 마모 트랙 깊이가 즉시 증가하고 테스트가 계속될수록 속도가 느려지는 등 다른 마모 거동을 보입니다. 400°C-I, 800°C 및 400°C-D 온도에서 수행된 테스트의 마모 트랙 깊이는 각각 ~140, ~350 및 ~210 μm입니다.
다양한 온도에서 알루미나 규산염 세라믹 플레이트의 평균 마모율과 마모 트랙 깊이를 다음을 사용하여 측정했습니다. 나노비아 에 요약된 광학 프로파일러 그림 3. 마모 트랙 깊이는 LVDT를 사용하여 기록된 것과 일치합니다. 알루미나 규산염 세라믹 플레이트는 400°C 이하의 온도에서 0.2mm3/N 미만의 마모율에 비해 800°C에서 ~0.5mm3/Nm의 상당히 증가된 마모율을 보여줍니다. 규산알루미늄 세라믹 플레이트는 짧은 가열 공정 후에도 기계적/마모 특성이 크게 향상되지 않아 열처리 전후의 마모율이 비슷합니다.
용암과 원더스톤으로도 알려진 알루미나 규산염 세라믹은 열처리 전에는 부드럽고 가공이 가능합니다. 최대 1093°C의 고온에서 장시간 소성하는 과정을 거치면 경도와 강도가 크게 향상되며, 그 후에는 다이아몬드 가공이 필요합니다. 이러한 독특한 특성 덕분에 알루미나 실리케이트 세라믹은 조각에 이상적인 소재입니다.
이 연구에서는 단시간에 소성하는 데 필요한 온도보다 낮은 온도(800°C 대 1093°C)에서 열처리해도 알루미나 실리케이트 세라믹의 기계적 및 마찰학적 특성이 개선되지 않으므로 실제 응용 분야에서 사용하기 전에 적절한 소성이 필수적인 공정임을 보여줍니다.
이 연구의 종합적인 마찰학 분석에 따르면 알루미나 규산염 세라믹 플레이트는 상온에서 800°C에 이르는 다양한 온도에서 비슷한 마찰 계수를 나타냅니다. 그러나 800°C에서 마모율이 ~0.5mm3/Nm로 크게 증가하여 이 세라믹의 적절한 열처리가 중요하다는 것을 보여줍니다.
나노베아 트라이보미터는 최대 1000°C의 고온 응용 분야에서 재료의 마찰 특성을 평가할 수 있습니다. 현장 COF 및 마모 트랙 깊이 측정 기능을 통해 사용자는 고온에서 사용되는 재료의 마모 메커니즘 및 마찰 특성에 대한 근본적인 이해를 향상시키는 데 중요한 마모 공정의 여러 단계를 COF의 진화와 상호 연관시킬 수 있습니다.
나노베아 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 하나의 사전 통합된 시스템에서 옵션으로 사용할 수 있습니다. 나노베아의 탁월한 제품군은 얇거나 두꺼운, 연질 또는 경질 코팅, 필름 및 기판의 모든 범위의 마찰 특성을 측정하는 데 이상적인 솔루션입니다.
옵션으로 제공되는 3D 비접촉식 프로파일러는 거칠기와 같은 기타 표면 측정 외에도 마모 트랙의 고해상도 3D 이미징에 사용할 수 있습니다.
3D 광학 프로파일러를 이용한 어류 비늘 표면 분석
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NANOVEA를 사용하여 물고기 비늘의 형태, 패턴 및 기타 특징을 연구합니다. 3D 비접촉식 광학 프로파일러. 매우 작고 높은 각도의 홈과 함께 이 생물학적 샘플의 섬세한 특성은 프로파일러의 비접촉 기술의 중요성을 강조합니다. 비늘의 홈을 원형이라고 하며 연구하여 물고기의 나이를 추정할 수 있으며 나무의 나이테와 유사하게 성장 속도가 다른 기간을 구별할 수도 있습니다. 이는 남획을 방지하기 위한 야생 어류 개체군 관리에 매우 중요한 정보입니다.
터치 프로브나 간섭 측정과 같은 다른 기술과 달리 축 색도법을 사용하는 3D 비접촉식 광학 프로파일러는 거의 모든 표면을 측정할 수 있습니다. 개방형 스테이징으로 인해 샘플 크기는 매우 다양할 수 있으며 샘플 준비가 필요하지 않습니다. 시료 반사율이나 흡수의 영향을 전혀 받지 않고 표면 프로파일 측정 중에 나노에서 매크로 범위의 특징을 얻을 수 있습니다. 이 기기는 결과를 소프트웨어로 조작하지 않고도 높은 표면 각도를 측정할 수 있는 고급 기능을 제공합니다. 투명, 불투명, 반사, 확산, 광택 또는 거칠기 등 모든 재료를 쉽게 측정할 수 있습니다. 이 기술은 2D 및 3D 기능 결합의 이점과 함께 표면 연구를 극대화할 수 있는 이상적이고 광범위하며 사용자 친화적인 기능을 제공합니다.
측정 목표
이 애플리케이션에서는 고속 센서가 장착된 3D 비접촉식 프로파일러인 나노베아 ST400을 통해 저울 표면을 종합적으로 분석할 수 있습니다.
이 기기는 전체 샘플을 스캔하는 데 사용되었으며 중앙 영역의 고해상도 스캔도 함께 수행되었습니다. 비교를 위해 저울의 외부 및 내부 표면 거칠기도 함께 측정했습니다.
나노비아
ST400
외부 스케일의 3D 보기 및 가색 보기는 지문이나 나무의 나이테와 유사한 복잡한 구조를 보여줍니다. 이를 통해 사용자는 다양한 각도에서 스케일의 표면 특성을 직접 관찰할 수 있는 간단한 도구를 사용할 수 있습니다. 외부 저울의 다양한 측정값과 함께 저울의 바깥쪽과 안쪽을 비교하여 표시합니다.
이 애플리케이션에서는 나노베아 3D 비접촉 광학 프로파일러가 다양한 방식으로 어류 비늘의 특성을 분석하는 방법을 보여주었습니다.
비늘의 외부 표면과 내부 표면은 각각 15.92μm와 1.56μm의 거칠기 값으로 표면 거칠기만으로 쉽게 구분할 수 있습니다. 또한 비늘 외부 표면의 홈, 즉 서큘리를 분석하여 물고기 비늘에 대한 정확하고 정밀한 정보를 얻을 수 있습니다. 중심 초점으로부터 서큘리 띠의 거리를 측정한 결과, 서큘리의 높이는 평균 약 58μm인 것으로 나타났습니다.
여기에 표시된 데이터는 분석 소프트웨어에서 사용할 수 있는 계산의 일부에 불과합니다.
응력의 빈도 변화는 종종 폴리머의 중요한 기계적 특성인 복합 계수의 변화로 이어집니다. 예를 들어, 타이어는 차량이 도로를 주행할 때 주기적으로 높은 변형을 겪습니다. 자동차가 더 높은 속도로 가속됨에 따라 압력과 변형의 빈도가 변경됩니다. 이러한 변화는 자동차 성능에 중요한 요소인 타이어의 점탄성 특성에 변화를 가져올 수 있습니다. 다양한 주파수에서 폴리머의 점탄성 거동에 대한 신뢰할 수 있고 반복 가능한 테스트가 필요합니다. NANOVEA의 나노모듈 기계 테스터 고정밀 피에조 액츄에이터로 정현파 하중을 생성하고 초민감 로드셀과 커패시터를 사용하여 힘과 변위의 변화를 직접 측정합니다. 쉬운 설정과 높은 정확도가 결합되어 동적 기계 분석(Dynamic Mechanical Analysis) 주파수 스윕에 이상적인 도구입니다.
점탄성 소재는 변형 시 점성과 탄성 특성을 모두 나타냅니다. 폴리머 소재의 긴 분자 사슬은 탄성 고체와 뉴턴 유체의 특성이 결합된 고유한 점탄성 특성에 기여합니다. 응력, 온도, 주파수 및 기타 요인이 모두 점탄성 특성에 영향을 미칩니다. 동적 기계 분석(DMA)은 정현파 응력을 가하고 변형률의 변화를 측정하여 재료의 점탄성 거동과 복합 계수를 연구합니다.
측정 목표
이 응용 분야에서는 가장 강력한 기계적 시험기인 NANOVEA PB1000을 사용하여 다양한 DMA 주파수에서 연마된 타이어 샘플의 점탄성 특성을 연구합니다. 나노 인덴테이션 모드로 전환합니다.
나노비아
PB1000
최대 하중에서의 동적 기계 분석 주파수 스윕을 사용하면 한 번의 테스트에서 다양한 하중 주파수에서 시료의 점탄성 특성을 빠르고 간단하게 측정할 수 있습니다. 다양한 주파수에서 하중 및 변위파의 위상 변화와 진폭을 사용하여 다음과 같은 다양한 기본 재료 점탄성 특성을 계산할 수 있습니다. 스토리지 모듈러스, 손실 계수 그리고 황갈색(δ) 다음 그래프에 요약되어 있습니다.
이 연구에서 1, 5, 10, 20Hz의 주파수는 시속 약 7, 33, 67, 134km의 속도에 해당합니다. 테스트 주파수가 0.1Hz에서 20Hz로 증가함에 따라 저장 탄성계수와 손실 탄성계수가 점진적으로 증가하는 것을 관찰할 수 있습니다. 탄성계수(δ)는 주파수가 0.1Hz에서 1Hz로 증가함에 따라 ~0.27에서 0.18로 감소하고, 20Hz의 주파수에 도달하면 ~0.55로 점차 증가합니다. DMA 주파수 스윕을 통해 저장탄성계수, 손실탄성계수 및 탄(δ)의 추세를 측정할 수 있으며, 이를 통해 고분자의 유리전이뿐만 아니라 단량체의 움직임과 가교에 대한 정보를 얻을 수 있습니다. 주파수 스윕 중에 가열판을 사용하여 온도를 높이면 다양한 테스트 조건에서 분자 운동의 특성에 대한 보다 완전한 그림을 얻을 수 있습니다.
이 연구에서는 타이어 샘플에 대한 동적 기계 분석 주파수 스윕 테스트를 수행하여 나노베아 기계 테스터의 성능을 보여주었습니다. 이 테스트는 다양한 응력 주파수에서 타이어의 점탄성 특성을 측정합니다. 타이어는 하중 주파수가 0.1Hz에서 20Hz로 증가함에 따라 저장 및 손실 계수가 증가하는 것으로 나타났습니다. 이 테스트는 다양한 속도로 주행하는 타이어의 점탄성 거동에 대한 유용한 정보를 제공하며, 이는 더 부드럽고 안전한 주행을 위해 타이어의 성능을 개선하는 데 필수적입니다. DMA 주파수 스윕 테스트는 다양한 온도에서 수행하여 다양한 날씨에서 타이어의 실제 작업 환경을 모방할 수 있습니다.
나노베아 메카니컬 테스터의 나노 모듈에서 고속 피에조를 사용한 하중 적용은 별도의 고감도 스트레인 게이지로 수행되는 하중 측정과 독립적입니다. 이는 센서에서 수집한 데이터에서 깊이와 하중 사이의 위상을 직접 측정하기 때문에 동적 기계 분석 시 뚜렷한 이점을 제공합니다. 위상 계산은 직접적으로 이루어지며 결과 손실 및 저장 탄성률에 부정확성을 더하는 수학적 모델링이 필요하지 않습니다. 코일 기반 시스템에서는 그렇지 않습니다.
결론적으로 DMA는 접촉 깊이, 시간 및 주파수의 함수로서 손실 및 저장 계수, 복합 계수 및 탄(δ)을 측정합니다. 가열 단계(옵션)를 통해 DMA 중 재료 상전이 온도를 측정할 수 있습니다. 나노베아 기계식 테스터는 단일 플랫폼에서 타의 추종을 불허하는 다기능 나노 및 마이크로 모듈을 제공합니다. 나노 및 마이크로 모듈 모두 스크래치 테스터, 경도 테스터 및 마모 테스터 모드가 포함되어 있어 단일 모듈에서 가장 광범위하고 사용자 친화적인 테스트 범위를 제공합니다.
렌즈는 빛을 투과하고 굴절시키는 축 대칭의 광학 장치입니다. 간단한 렌즈는 빛을 수렴하거나 발산하기 위한 단일 광학 부품으로 구성됩니다. 구면은 렌즈를 만드는 데 이상적인 모양은 아니지만 유리를 갈고 연마할 수 있는 가장 단순한 모양으로 자주 사용됩니다.
프레넬 렌즈는 일련의 동심원 고리로 구성되며, 폭이 수천분의 1인치 정도로 작은 단순한 렌즈의 얇은 부분입니다. 프레넬 렌즈는 조리개가 크고 초점 거리가 짧으며, 컴팩트한 디자인으로 동일한 광학 특성을 가진 기존 렌즈에 비해 필요한 재료의 무게와 부피를 줄입니다. 프레넬 렌즈의 얇은 기하학적 구조로 인해 흡수로 인해 손실되는 빛의 양은 매우 적습니다.
프레넬 렌즈는 자동차 산업, 등대, 태양 에너지 및 항공모함의 광학 착륙 시스템에 광범위하게 사용됩니다. 투명한 플라스틱으로 렌즈를 성형하거나 스탬핑하면 생산 비용을 효율적으로 만들 수 있습니다. 프레넬 렌즈의 서비스 품질은 주로 동심 링의 정밀도와 표면 품질에 따라 달라집니다. NANOVEA는 터치 프로브 방식과 달리 광학 프로파일러 표면을 건드리지 않고 3D 표면 측정을 수행하여 새로운 긁힘 위험을 방지합니다. Chromatic Light 기술은 다양한 형상의 렌즈와 같이 복잡한 모양을 정밀하게 스캐닝하는 데 이상적입니다.
투명 플라스틱 프레넬 렌즈는 몰딩 또는 스탬핑으로 제조할 수 있습니다. 정확하고 효율적인 품질 관리는 생산 금형이나 스탬프의 결함을 발견하는 데 매우 중요합니다. 동심 링의 높이와 피치를 측정하여 측정값을 렌즈 제조업체에서 제공한 사양 값과 비교함으로써 생산 변동을 감지할 수 있습니다.
렌즈 프로파일을 정밀하게 측정해야 금형이나 스탬프가 제조업체 사양에 맞게 적절하게 가공됩니다. 또한 스탬프는 시간이 지남에 따라 점진적으로 마모되어 초기 모양을 잃을 수 있습니다. 렌즈 제조업체 사양에서 일관되게 벗어나면 금형을 교체해야 한다는 긍정적인 신호입니다.
이 연구에 사용된 2.3" x 2.3" 아크릴 프레넬 렌즈는 다음과 같이 구성됩니다.
일련의 동심원 링과 복잡한 톱니 모양의 단면 프로파일이 있습니다.
초점 거리는 1.5인치, 유효 크기 직경은 2.0인치입니다,
인치당 125개의 홈과 1.49의 굴절률.
프레넬 렌즈를 스캔한 나노베아 ST400은 동심원 고리의 높이가 중앙에서 바깥쪽으로 이동하면서 눈에 띄게 증가하는 것을 보여줍니다.
이 애플리케이션에서 나노베아 ST400 비접촉식 광학 프로파일러가 프레넬 렌즈의 표면 형상을 정확하게 측정하는 것을 보여주었습니다.
나노베아 분석 소프트웨어를 사용하여 복잡한 톱니 모양의 프로파일에서 높이와 피치의 치수를 정확하게 측정할 수 있습니다. 사용자는 제조된 렌즈의 링 높이와 피치 치수를 이상적인 링 사양과 비교하여 생산 금형 또는 스탬프의 품질을 효과적으로 검사할 수 있습니다.
여기에 표시된 데이터는 분석 소프트웨어에서 사용할 수 있는 계산의 일부에 불과합니다.
나노베아 광학 프로파일러는 반도체, 마이크로일렉트로닉스, 태양광, 광섬유, 자동차, 항공우주, 야금, 기계 가공, 코팅, 제약, 생의학, 환경 등의 분야에서 거의 모든 표면을 측정합니다.
복잡한 형상을 만들 수 있는 정밀 가공에 대한 수요는 다양한 산업 분야에서 증가하고 있습니다. 항공우주, 의료, 자동차부터 기술 기어, 기계, 악기에 이르기까지 지속적인 혁신과 진화로 인해 기대치와 정확도 기준이 새로운 차원으로 높아지고 있습니다. 이에 따라 제품의 최고 품질을 보장하기 위한 엄격한 검사 기술과 기기에 대한 수요가 증가하고 있습니다.
공차 및 생산 표준 준수 여부를 확인하려면 가공된 부품의 특성을 CAD 모델과 비교하는 것이 필수적입니다. 부품의 마모로 인해 교체가 필요할 수 있으므로 서비스 기간 동안의 검사도 매우 중요합니다. 필요한 사양에서 벗어난 부분을 적시에 식별하면 비용이 많이 드는 수리, 생산 중단 및 평판 손상을 방지하는 데 도움이 됩니다.
NANOVEA는 터치 프로브 방식과 달리 광학 프로파일러 접촉 없이 3D 표면 스캔을 수행하여 가장 높은 정확도로 복잡한 형상을 빠르고 정밀하며 비파괴적으로 측정할 수 있습니다.
측정 목표
이 애플리케이션에서는 치수, 반경 및 거칠기에 대한 포괄적인 표면 검사를 수행하는 고속 센서가 장착된 3D 비접촉식 프로파일러인 NANOVEA HS2000을 소개합니다.
40초 이내에 모두 완료됩니다.
나노비아
HS2000
가공된 부품이 원하는 사양, 공차 및 표면 마감을 충족하는지 확인하려면 부품의 치수와 표면 거칠기를 정밀하게 측정하는 것이 중요합니다. 검사 대상 부품의 3D 모델과 엔지니어링 도면이 아래에 제시되어 있습니다.
CAD 모델과 스캔한 가공 부품 표면의 가색 보기를 그림 3에서 비교합니다. 샘플 표면의 높이 변화는 색상의 변화로 확인할 수 있습니다.
그림 2에 표시된 대로 3D 표면 스캔에서 3개의 2D 프로파일을 추출하여 가공된 부품의 치수 공차를 추가로 확인합니다.
프로파일 1 ~ 3은 그림 3 ~ 5에 나와 있습니다. 정량적 공차 검사는 엄격한 제조 표준을 준수하기 위해 측정된 프로파일을 CAD 모델과 비교하여 수행됩니다. 프로파일 1과 프로파일 2는 곡면 가공 부품에서 서로 다른 영역의 반경을 측정합니다. 프로파일 2의 높이 변화는 156mm 길이에 걸쳐 30µm로 원하는 ±125µm 공차 요건을 충족합니다.
공차 한계값을 설정하면 분석 소프트웨어가 가공된 부품의 합격 여부를 자동으로 판단할 수 있습니다.
가공된 부품 표면의 거칠기와 균일성은 품질과 기능을 보장하는 데 중요한 역할을 합니다. 그림 6은 표면 조도를 정량화하는 데 사용된 가공된 부품의 상위 스캔에서 추출한 표면 영역입니다. 평균 표면 거칠기(Sa)는 2.31µm로 계산되었습니다.
이 연구에서는 고속 센서가 장착된 나노베아 HS2000 비접촉식 프로파일러가 치수 및 거칠기에 대한 포괄적인 표면 검사를 수행하는 방법을 보여주었습니다.
고해상도 스캔을 통해 사용자는 가공된 부품의 세부적인 형태와 표면 특징을 측정하고 이를 CAD 모델과 정량적으로 비교할 수 있습니다. 또한 이 기기는 스크래치 및 균열을 포함한 모든 결함을 감지할 수 있습니다.
고급 윤곽 분석은 가공된 부품이 설정된 사양을 충족하는지 여부를 판단할 뿐만 아니라 마모된 부품의 고장 메커니즘을 평가하는 데도 탁월한 도구로 사용됩니다.
여기에 표시된 데이터는 모든 나노베아 광학 프로파일러에 장착된 고급 분석 소프트웨어로 가능한 계산의 일부에 불과합니다.
프레팅은 "하중을 받고 진동이나 기타 힘에 의해 미세한 상대 운동을 받는 두 재료 사이의 접촉 영역에서 발생하는 특수 마모 과정"입니다. 기계가 작동 중일 때 볼트로 고정되거나 고정된 조인트, 움직이지 않으려는 구성 요소 사이, 진동하는 커플링과 베어링에서 진동이 필연적으로 발생합니다. 이러한 상대적인 슬라이딩 동작의 진폭은 종종 마이크로미터에서 밀리미터 정도입니다. 이러한 반복적인 저진폭 동작은 표면에서 심각한 국부적인 기계적 마모와 재료 이동을 유발하여 생산 효율성, 기계 성능을 저하시키거나 심지어 기계에 손상을 입힐 수 있습니다.
프레팅 마모는 종종 2체 마모, 접착 및/또는 프레팅 피로 마모를 포함하여 접촉 표면에서 발생하는 여러 복잡한 마모 메커니즘을 포함합니다. 프레팅 마모 메커니즘을 이해하고 프레팅 마모 보호를 위한 최상의 재료를 선택하려면 신뢰할 수 있고 정량적인 프레팅 마모 평가가 필요합니다. 프레팅 마모 거동은 변위 진폭, 정상 하중, 부식, 온도, 습도 및 윤활과 같은 작업 환경에 의해 크게 영향을 받습니다. 다재다능한 트라이보미터 다양한 현실적인 작업 조건을 시뮬레이션할 수 있는 것은 프레팅 마모 평가에 이상적입니다.
스티븐 R. 램프만, ASM 핸드북: 19권: 피로와 골절
http://www.machinerylubrication.com/Read/693/fretting-wear
측정 목표
이 연구에서는 다양한 진동 속도와 온도에서 스테인리스 스틸 SS304 샘플의 프레팅 마모 거동을 평가하여 다음과 같은 성능을 보여주었습니다. 나노비아 T50 트라이보미터는 금속의 프레팅 마모 과정을 잘 제어하고 모니터링하는 방식으로 시뮬레이션합니다.
나노비아
T50
스테인리스 스틸 SS304 샘플의 프레팅 내마모성은 다음과 같이 평가되었습니다. 나노비아 선형 왕복 마모 모듈을 사용한 트라이보미터. 카운터 재료로는 WC(직경 6mm) 볼이 사용되었습니다. 마모 트랙은 다음을 사용하여 검사했습니다. 나노비아 3D 비접촉식 프로파일러.
프레팅 테스트는 실온(RT)과 200°C에서 수행되었습니다. °C에서 고온이 SS304 샘플의 프레팅 내마모성에 미치는 영향을 연구했습니다. 샘플 스테이지의 가열판은 프레팅 테스트 중에 샘플을 200°C에서 가열했습니다. °C. 마모율입니다, K는 다음 공식을 사용하여 평가되었습니다. K=V/(F×s)여기서 V 는 착용한 볼륨입니다, F 는 정상 부하이고 s 는 슬라이딩 거리입니다.
이 연구에서는 카운터 재료로 WC 볼을 예로 사용했습니다. 실제 적용 상황을 시뮬레이션하기 위해 맞춤형 픽스처를 사용하여 모양과 표면 마감이 다른 모든 고체 소재를 적용할 수 있습니다.
3D 마모 트랙 프로파일을 사용하면 다음과 같이 계산된 마모 트랙 체적 손실을 직접적이고 정확하게 측정할 수 있습니다. 나노비아 산악 분석 소프트웨어.
100rpm의 저속 및 실온에서 왕복 마모 테스트 결과 0.014mm의 작은 마모 트랙이 나타났습니다.³. 이에 비해 1000rpm의 고속에서 수행된 프레팅 마모 테스트는 0.12mm의 부피로 상당히 큰 마모 트랙을 생성합니다.³. 이러한 가속 마모 과정은 프레팅 마모 테스트 중에 발생하는 고열과 강한 진동으로 인해 금속 파편의 산화를 촉진하고 심각한 삼체 마모가 발생하기 때문일 수 있습니다. 200°C의 고온에서 프레팅 마모 테스트를 진행합니다. °C는 0.27mm의 더 큰 마모 트랙을 형성합니다.³.
1000rpm에서 프레팅 마모 테스트의 마모율은 1.5×10입니다.-4 mm³/Nm으로, 이는 100rpm에서 왕복 마모 테스트의 마모 속도에 비해 거의 9배에 달하는 수치입니다. 고온에서의 프레팅 마모 테스트는 마모 속도를 3.4×10으로 더욱 가속화합니다.-4 mm³/Nm. 다양한 속도와 온도에서 측정된 내마모성의 현저한 차이는 실제 적용을 위해 프레팅 마모에 대한 적절한 시뮬레이션이 중요하다는 것을 보여줍니다.
트라이보시스템에 테스트 조건의 작은 변화가 도입되면 마모 거동이 크게 달라질 수 있습니다. 다재다능한 나노비아 트라이보미터는 고온, 윤활, 부식 등 다양한 조건에서 마모를 측정할 수 있습니다. 고급 모터에 의한 정확한 속도 및 위치 제어를 통해 사용자는 0.001 ~ 5000rpm 범위의 속도에서 마모 테스트를 수행할 수 있으므로 다양한 마찰 조건에서 프레팅 마모를 조사하는 연구/테스트 실험실에 이상적인 도구입니다.
이 연구에서는 다음과 같은 역량을 보여주었습니다. 나노비아 스테인리스 스틸 SS304 시료의 프레팅 마모 거동을 잘 제어되고 정량적인 방식으로 평가하는 트라이보미터입니다.
테스트 속도와 온도는 소재의 프레팅 내마모성에 중요한 역할을 합니다. 프레팅 중 높은 열과 강한 진동으로 인해 SS304 샘플의 마모 속도가 9배 가까이 빨라졌습니다. 200°C의 높은 온도 °C는 마모율을 3.4×10으로 더욱 증가시켰습니다.-4 mm3/Nm.
다재다능한 나노비아 트라이보미터는 고온, 윤활, 부식 등 다양한 조건에서 프렛팅 마모를 측정하는 데 이상적인 도구입니다.
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 하나의 사전 통합된 시스템에서 옵션으로 사용할 수 있습니다. 당사의 독보적인 제품군은 얇거나 두꺼운, 연질 또는 경질 코팅, 필름 및 기판의 전체 범위의 마찰 특성을 측정하는 데 이상적인 솔루션입니다.
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
나노베아 HS2000으로 유명 브랜드 제약사의 프레스 정제 세 배치를 스캔했습니다.
고속 라인 센서를 사용하여 ISO 25178에 따라 다양한 표면 거칠기 매개 변수를 측정합니다.
2 x 2mm
5 x 5 μm
4초
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.
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.
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