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
자세히 알아보기
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.
측정 목표
나노비아
ST400
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.
볼 베어링은 볼을 사용하여 회전 마찰을 줄이고 반경방향 및 축방향 하중을 지원합니다. 베어링 레이스 사이의 롤링 볼은 서로 미끄러지는 두 개의 평평한 표면에 비해 훨씬 낮은 마찰 계수(COF)를 생성합니다. 볼 베어링은 종종 높은 접촉 응력 수준, 마모 및 고온과 같은 극한 환경 조건에 노출됩니다. 따라서 높은 하중과 극한 환경 조건에서 볼의 내마모성은 볼 베어링의 수명을 연장하고 수리 및 교체에 드는 비용과 시간을 줄이는 데 중요합니다.
볼 베어링은 움직이는 부품과 관련된 거의 모든 응용 분야에서 찾을 수 있습니다. 이는 항공우주, 자동차 등 운송 산업뿐만 아니라 피젯 스피너 및 스케이트보드와 같은 품목을 제조하는 장난감 산업에서도 일반적으로 사용됩니다.
볼 베어링은 광범위한 재료 목록으로 만들 수 있습니다. 일반적으로 사용되는 재료는 스테인리스강과 크롬강 같은 금속이나 텅스텐 카바이드(WC), 실리콘 질화물(Si3n4) 같은 세라믹 사이입니다. 제조된 볼 베어링이 해당 응용 분야의 조건에 이상적으로 요구되는 내마모성을 갖도록 보장하려면 높은 하중에서 신뢰할 수 있는 마찰 공학 평가가 필요합니다. 마찰 공학 테스트는 제어 및 모니터링 방식으로 다양한 볼 베어링의 마모 동작을 정량화하고 대조하여 대상 응용 분야에 가장 적합한 후보를 선택하는 데 도움이 됩니다.
이번 연구에서는 Nanovea를 선보입니다. 트라이보미터 높은 하중에서 다양한 볼 베어링의 내마모성을 비교하기 위한 이상적인 도구입니다.
다양한 재료로 만들어진 볼 베어링의 마찰 계수, COF 및 내마모성은 Nanovea Tribometer를 사용하여 평가되었습니다. 카운터 재료로는 P100 그릿 사포를 사용했습니다. 볼 베어링의 마모 흔적은 다음을 사용하여 검사되었습니다. 나노베아 마모 테스트가 완료된 후의 3D 비접촉 프로파일러. 테스트 매개변수는 표 1에 요약되어 있습니다. 마모율, K는 다음 공식을 사용하여 평가되었습니다. K=V/(F×s)여기서 V 는 착용한 볼륨입니다, F 는 정상 부하이고 s 슬라이딩 거리입니다. 볼 마모 흉터는 나노베아 3D 비접촉 프로파일러는 정확한 마모량 측정을 보장합니다.
자동화된 전동 방사형 위치 지정 기능을 통해 마찰계는 테스트 기간 동안 마모 트랙의 반경을 줄일 수 있습니다. 이 테스트 모드를 나선형 테스트라고 하며 볼 베어링이 항상 사포의 새 표면에서 미끄러지는지 확인합니다(그림 2). 이는 볼의 내마모성 테스트의 반복성을 크게 향상시킵니다. 내부 속도 제어를 위한 고급 20비트 인코더와 외부 위치 제어를 위한 16비트 인코더는 정밀한 실시간 속도 및 위치 정보를 제공하여 회전 속도를 지속적으로 조정하여 접점에서 일정한 선형 슬라이딩 속도를 달성할 수 있습니다.
본 연구에서는 다양한 볼 재료 간의 마모 거동을 단순화하기 위해 P100 Grit 사포를 사용했으며 다른 재료 표면으로 대체할 수 있습니다. 액체 또는 윤활제와 같은 실제 적용 조건에서 다양한 재료 커플링의 성능을 시뮬레이션하기 위해 모든 고체 재료를 대체할 수 있습니다.
마모율은 볼 베어링의 수명을 결정하는 중요한 요소이며, 베어링 성능과 효율성을 향상시키려면 낮은 COF가 바람직합니다. 그림 3은 테스트 중 사포에 대한 다양한 볼 베어링의 COF 변화를 비교합니다. Cr 강철 볼은 SS440 및 Al2O3 볼 베어링의 ~0.32 및 ~0.28에 비해 마모 테스트 중 ~0.4의 증가된 COF를 나타냅니다. 반면, WC 볼은 마모 테스트 전반에 걸쳐 ~0.2의 일정한 COF를 나타냅니다. 거친 사포 표면에 대한 볼 베어링의 슬라이딩 움직임으로 인해 발생하는 진동으로 인해 각 테스트 전반에 걸쳐 관찰 가능한 COF 변화를 볼 수 있습니다.
그림 4와 그림 5는 각각 광학현미경과 Nanovea 비접촉 광학 프로파일러로 측정한 후 볼 베어링의 마모 흔적을 비교하고 있으며, 표 2는 마모 추적 분석 결과를 요약한 것입니다. Nanovea 3D 프로파일러는 볼 베어링의 마모량을 정확하게 결정하여 다양한 볼 베어링의 마모율을 계산하고 비교할 수 있습니다. Cr강과 SS440 볼은 마모 테스트 후 세라믹 볼, 즉 Al2O3 및 WC에 비해 훨씬 더 큰 편평한 마모 흉터를 나타내는 것을 볼 수 있습니다. Cr 강철 및 SS440 볼은 각각 3.7×10-3 및 3.2×10-3 m3/N·m의 유사한 마모율을 갖습니다. 이에 비해 Al2O3 볼은 7.2×10-4m3/Nm의 마모율로 향상된 내마모성을 나타냅니다. WC 볼은 얕은 마모 트랙 영역에서 작은 긁힘을 거의 나타내지 않아 마모율이 3.3×10-6mm3/Nm로 크게 감소했습니다.
그림 6은 4개의 볼 베어링에 의해 사포에 생성된 마모 트랙의 현미경 이미지를 보여줍니다. WC 볼이 가장 심각한 마모 트랙(경로에 있는 거의 모든 모래 입자 제거)을 생성하고 최고의 내마모성을 갖고 있다는 것이 분명합니다. 이에 비해 Cr Steel과 SS440 볼은 샌드 페이퍼의 마모 트랙에 많은 양의 금속 파편을 남겼습니다.
이러한 관찰은 나선형 테스트의 이점의 중요성을 더욱 입증합니다. 이는 볼 베어링이 항상 사포의 새로운 표면에서 미끄러지도록 보장하여 내마모성 테스트의 반복성을 크게 향상시킵니다.
고압에서 볼 베어링의 내마모성은 서비스 성능에 중요한 역할을 합니다. 세라믹 볼 베어링은 높은 응력 조건에서 내마모성이 크게 향상되었으며 베어링 수리 또는 교체로 인한 시간과 비용을 줄여줍니다. 본 연구에서 WC 볼 베어링은 강철 베어링에 비해 훨씬 더 높은 내마모성을 나타내므로 심각한 마모가 발생하는 베어링 응용 분야에 이상적인 후보입니다.
Nanovea 트라이보미터는 최대 2000N의 부하에 대한 높은 토크 성능과 0.01~15,000rpm의 회전 속도에 대해 정밀하고 제어되는 모터로 설계되었습니다. ISO 및 ASTM 준수 회전 및 선형 모드를 사용하여 반복 가능한 마모 및 마찰 테스트를 제공하며, 사전 통합된 하나의 시스템에서 선택적으로 고온 마모 및 윤활 모듈을 사용할 수 있습니다. 이 비교할 수 없는 범위를 통해 사용자는 높은 응력, 마모 및 고온 등을 포함한 볼 베어링의 다양한 가혹한 작업 환경을 시뮬레이션할 수 있습니다. 또한 높은 하중에서 우수한 내마모성 재료의 마찰학적 거동을 정량적으로 평가하는 이상적인 도구 역할을 합니다.
Nanovea 3D 비접촉 프로파일러는 정확한 마모량 측정을 제공하고 마모 트랙의 상세한 형태를 분석하는 도구 역할을 하여 마모 메커니즘에 대한 근본적인 이해에 대한 추가 통찰력을 제공합니다.
작성자
Duanjie Li, PhD, 조나단 토마스, 피에르 르루
정확한 치수와 최적의 표면 거칠기를 갖는 것은 치과용 나사의 기능에 매우 중요합니다. 많은 치과용 나사 치수에는 반경, 각도, 거리, 계단 높이 등 높은 정밀도가 필요합니다. 미끄러지는 마찰을 최소화하기 위해 인체 내부에 삽입되는 의료 도구나 부품의 경우 국부적인 표면 거칠기를 이해하는 것도 매우 중요합니다.
나노베아 3D 비접촉 프로파일러 유채색광 기반 기술을 사용하여 투명, 불투명, 반사, 확산, 광택 또는 거친 재료 표면을 측정합니다. 터치 프로브 기술과 달리 비접촉 기술은 좁은 영역 내부를 측정할 수 있으며 팁이 부드러운 플라스틱 재료를 눌렀을 때 발생하는 변형으로 인해 본질적인 오류가 추가되지 않습니다. 또한 색광 기반 기술은 초점 변형 기술에 비해 뛰어난 측면 및 높이 정확도를 제공합니다. Nanovea Profilers는 스티칭 없이 직접 큰 표면을 스캔하고 몇 초 안에 부품 길이의 프로파일을 생성할 수 있습니다. 결과를 조작하는 복잡한 알고리즘 없이 표면을 측정하는 프로파일러의 기능으로 인해 나노부터 매크로 범위의 표면 특징과 높은 표면 각도를 측정할 수 있습니다.
이 응용 분야에서는 Nanovea ST400 광학 프로파일러를 사용하여 단일 측정으로 평면 및 나사산 형상을 따라 치과용 나사를 측정했습니다. 평평한 면적으로부터 표면 거칠기를 계산하고 나사산 형상의 다양한 치수를 결정했습니다.
3D 표면
치과용 나사의 3D 보기 및 가색상 보기에는 나사산이 양쪽에서 시작되는 평평한 영역이 표시됩니다. 이는 사용자에게 다양한 각도에서 나사의 형태를 직접 관찰할 수 있는 간단한 도구를 제공합니다. 표면 거칠기를 측정하기 위해 전체 스캔에서 평평한 영역을 추출했습니다.
2D 표면 분석
나사의 단면도를 표시하기 위해 표면에서 선 프로파일을 추출할 수도 있습니다. 윤곽 분석 및 계단 높이 연구를 사용하여 나사의 특정 위치에서 정확한 치수를 측정했습니다.
이 응용 프로그램에서는 단일 스캔으로 국소 표면 거칠기를 정확하게 계산하고 큰 차원 특징을 측정하는 Nanovea 3D 비접촉 프로파일러의 기능을 선보였습니다.
데이터는 0.9637μm의 국부적인 표면 거칠기를 보여줍니다. 나사산 사이의 나사 반경은 1.729mm로 나타났으며, 나사산의 평균 높이는 0.413mm로 나타났다. 나사산 사이의 평균 각도는 61.3°로 결정되었습니다.
여기에 표시된 데이터는 분석 소프트웨어에서 사용할 수 있는 계산의 일부에 불과합니다.
작성자
Duanjie Li 박사, Jonathan Thomas, Pierre Leroux
나노 인덴테이션 소규모 재료의 기계적 거동을 측정하기 위해 널리 적용되는 기술이 되었습니다.i ii. 나노압입 측정의 고해상도 하중-변위 곡선은 경도, 영률, 크리핑, 파괴 인성 등 다양한 물리기계적 특성을 제공할 수 있습니다.
빠른 매핑 들여쓰기의 중요성
나노압입 기술의 대중화를 위한 한 가지 중요한 병목 현상은 시간 소모입니다. 기존의 나노압입 절차에 의한 기계적 특성 매핑은 몇 시간이 걸리기 때문에 반도체, 항공우주, MEMS, 세라믹 타일과 같은 소비자 제품 등 대량 생산 산업에 기술을 적용하는 데 방해가 됩니다.
빠른 매핑은 세라믹 타일 제조 산업에서 필수적인 것으로 입증될 수 있으며, 단일 세라믹 타일에 대한 경도 및 영률 매핑은 표면이 얼마나 균일한지를 나타내는 데이터 분포를 나타낼 수 있습니다. 타일의 더 부드러운 영역은 이 매핑에서 윤곽을 잡을 수 있으며 누군가의 거주지에서 매일 발생하는 물리적 영향으로 인해 고장이 발생할 가능성이 더 높은 위치를 표시할 수 있습니다. 비교 연구를 위해 다양한 유형의 타일에 매핑을 수행하고 품질 관리 프로세스에서 타일 일관성을 측정하기 위해 유사한 타일 배치에 매핑을 수행할 수 있습니다. 빠른 매핑 방법을 사용하면 측정 설정의 조합이 광범위할 뿐만 아니라 정확하고 효율적일 수 있습니다.
이 연구에서는 나노베아 기계 테스터, FastMap 모드에서는 바닥 타일의 기계적 특성을 고속으로 매핑하는 데 사용됩니다. 우리는 높은 정밀도와 재현성으로 두 가지 빠른 나노압입 매핑을 수행하는 Nanovea Mechanical Tester의 능력을 소개합니다.
테스트 조건
Nanovea Mechanical Tester는 Berkovich 인덴터를 사용하여 바닥 타일에서 FastMap 모드로 일련의 나노압입을 수행하는 데 사용되었습니다. 생성된 두 개의 들여쓰기 행렬에 대한 테스트 매개변수가 아래에 요약되어 있습니다.
625-인덴트 매트릭스가 0.20mm에서 수행되었습니다.2 눈에 보이는 큰 입자가 있는 영역. 이 입자(그림 2)는 타일 전체 표면보다 평균 경도가 낮았습니다. Nanovea Mechanical 소프트웨어를 사용하면 사용자는 그림 1에 설명된 경도 분포 맵을 2D 및 3D 모드로 볼 수 있습니다. 샘플 단계의 고정밀 위치 제어를 사용하면 소프트웨어를 통해 사용자가 이와 같은 영역을 심층적으로 타겟팅할 수 있습니다. 기계적 특성 매핑.
표면의 균질성을 측정하기 위해 동일한 타일에 1600개 들여쓰기 매트릭스도 생성되었습니다. 여기서도 사용자는 3D 또는 2D 모드(그림 3)의 경도 분포와 압입된 표면의 현미경 이미지를 볼 수 있습니다. 제시된 경도 분포를 바탕으로 높은 경도와 낮은 경도 데이터 지점이 고르게 분산되어 있기 때문에 재료가 다공성이라는 결론을 내릴 수 있습니다.
기존의 나노압입 절차에 비해 본 연구의 FastMap 모드는 시간 소모가 훨씬 적고 비용 효율적입니다. 경도, 영률 등 기계적 특성을 신속하게 정량적으로 매핑할 수 있으며, 대량 생산 시 다양한 재료의 품질 관리에 중요한 입자 감지 및 재료 일관성을 위한 솔루션을 제공합니다.
본 연구에서는 FastMap 모드를 사용하여 빠르고 정확한 나노압입 매핑을 수행하는 Nanovea Mechanical Tester의 성능을 보여주었습니다. 세라믹 타일의 기계적 특성 맵은 스테이지의 위치 제어(0.2μm 정확도)와 힘 모듈 감도를 활용하여 표면 입자를 감지하고 표면의 균질성을 고속으로 측정합니다.
본 연구에 사용된 테스트 매개변수는 매트릭스의 크기와 샘플 재료를 기반으로 결정되었습니다. 다양한 테스트 매개변수를 선택하여 총 들여쓰기 주기 시간을 들여쓰기당 3초(또는 들여쓰기 10개당 30초)로 최적화할 수 있습니다.
Nanovea Mechanical Tester의 나노 및 마이크로 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.
저자: Duanjie Li, PhD 수정: Pierre Leroux 및 Jocelyn Esparza
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