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AR 월간 아카이브: 4월 2020
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.
