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피스톤 마모 테스트

피스톤 마모 테스트

트라이보미터 사용

작성자

프랭크 리우

소개

마찰 손실은 디젤 엔진 연료의 총 에너지 중 약 10%를 차지합니다.[1]. 마찰 손실의 40-55%는 파워 실린더 시스템에서 발생합니다. 마찰로 인한 에너지 손실은 파워 실린더 시스템에서 발생하는 마찰학적 상호 작용을 더 잘 이해하면 줄일 수 있습니다.

파워 실린더 시스템에서 발생하는 마찰 손실의 상당 부분은 피스톤 스커트와 실린더 라이너 사이의 접촉에서 비롯됩니다. 피스톤 스커트, 윤활유, 실린더 인터페이스 간의 상호 작용은 실제 엔진에서 힘, 온도, 속도가 지속적으로 변화하기 때문에 매우 복잡합니다. 각 요소를 최적화하는 것이 최적의 엔진 성능을 얻기 위한 핵심입니다. 이 연구는 피스톤 스커트-윤활유-실린더 라이너(P-L-C) 인터페이스에서 마찰력과 마모를 유발하는 메커니즘을 재현하는 데 중점을 둡니다.

 파워 실린더 시스템 및 피스톤 스커트-윤활유-실린더 라이너 인터페이스의 개략도.

[1] 바이, 동팡. 내연 기관의 피스톤 스커트 윤활 모델링. Diss. MIT, 2012

트라이보미터를 이용한 피스톤 테스트의 중요성

모터 오일은 용도에 맞게 잘 설계된 윤활유입니다. 기유 외에도 세제, 분산제, 점도 개선제(VI), 마모 방지/마찰 방지제, 부식 방지제 등의 첨가제가 첨가되어 성능을 향상시킵니다. 이러한 첨가제는 다양한 작동 조건에서 오일이 작동하는 방식에 영향을 미칩니다. 오일의 거동은 P-L-C 계면에 영향을 미치며 금속과 금속의 접촉으로 인한 심각한 마모가 발생하는지 또는 유체 역학적 윤활(마모가 거의 발생하지 않음)이 발생하는지를 결정합니다.

외부 변수로부터 영역을 분리하지 않고는 P-L-C 인터페이스를 이해하기 어렵습니다. 실제 적용을 대표하는 조건으로 이벤트를 시뮬레이션하는 것이 더 실용적입니다. P-L-C 인터페이스의 나노비아 트라이보미터 이것에 이상적입니다. 다중 힘 센서, 깊이 센서, 적하식 윤활 모듈 및 선형 왕복 스테이지를 갖추고 있습니다. 나노비아 T2000은 엔진 블록 내에서 발생하는 이벤트를 면밀히 모방하고 P-L-C 인터페이스를 더 잘 이해하기 위한 귀중한 데이터를 얻을 수 있습니다.

나노베아 T2000 트라이보미터의 액체 모듈

드롭 바이 드롭 모듈은 이 연구에서 매우 중요합니다. 피스톤은 매우 빠른 속도(3000rpm 이상)로 움직일 수 있기 때문에 시료를 담가서 윤활유의 얇은 막을 만드는 것이 어렵습니다. 이 문제를 해결하기 위해 드롭 바이 드롭 모듈은 피스톤 스커트 표면에 일정한 양의 윤활제를 일관되게 도포할 수 있습니다.

또한 새로운 윤활유를 바르면 윤활유의 특성에 영향을 미치는 마모 오염 물질이 제거될 염려가 없습니다.

고부하 공압 트라이보미터

나노베아 T2000

고부하 트라이보미터

측정 목표

이 보고서에서는 피스톤 스커트-윤활유-실린더 라이너 인터페이스에 대해 연구합니다. 드롭 바이 드롭 윤활유 모듈을 사용하여 선형 왕복 마모 테스트를 수행하여 인터페이스를 복제합니다.

윤활유를 실온 및 가열 조건에서 도포하여 콜드 스타트와 최적의 작동 조건을 비교합니다. COF와 마모율을 관찰하여 실제 애플리케이션에서 인터페이스가 어떻게 작동하는지 더 잘 이해할 수 있습니다.

테스트 매개변수

피스톤의 마찰 테스트용

로드 ............................ 100 N

테스트 기간 ............................ 30분

속도 ............................ 2000 rpm

증폭도 ............................ 10 mm

총 거리 ............................ 1200 m

스커트 코팅 ............................ 몰리 그라파이트

비밀번호 자료 ............................ 알루미늄 합금 5052

핀 직경 ............................ 10 mm

윤활유 ............................ 모터 오일(10W-30)

APPROX. 흐름 속도 ............................ 60mL/min

온도 ............................ 실내 온도 및 90°C

선형 왕복 테스트 결과

이 실험에서는 A5052를 카운터 재료로 사용했습니다. 엔진 블록은 일반적으로 A356과 같은 주조 알루미늄으로 제작되지만, A5052는 이 시뮬레이션 테스트에서 A356과 유사한 기계적 특성을 가졌습니다 [2].

테스트 조건에서 상당한 마모가 발생했습니다.
실온에서 피스톤 스커트에서 관찰됨
90°C에서와 비교했습니다. 샘플에서 보이는 깊은 스크래치는 정적 물질과 피스톤 스커트 사이의 접촉이 테스트 내내 자주 발생했음을 시사합니다. 실온에서 점도가 높기 때문에 오일이 계면의 틈새를 완전히 채우고 금속과 금속이 접촉하는 것을 제한할 수 있습니다. 더 높은 온도에서는 오일이 묽어져 핀과 피스톤 사이를 흐를 수 있습니다. 그 결과 고온에서 마모가 현저히 줄어듭니다. 그림 5는 마모 흉터의 한쪽이 다른 쪽보다 훨씬 적게 마모된 것을 보여줍니다. 이는 오일 출력의 위치 때문일 가능성이 높습니다. 윤활막 두께가 한 쪽이 다른 쪽보다 두꺼워서 마모가 고르지 않게 발생했습니다.

 

 

[2] "5052 알루미늄 대 356.0 알루미늄." MakeItFrom.com, makeitfrom.com/compare/5052-O-Aluminum/A356.0-SG70B-A13560-Cast-Aluminum

선형 왕복 마찰 테스트의 COF는 하이패스와 로우패스로 나눌 수 있습니다. 하이 패스는 샘플이 정방향 또는 양의 방향으로 이동하는 것을 의미하고 로우 패스는 샘플이 역방향 또는 음의 방향으로 이동하는 것을 의미합니다. RT 오일의 평균 COF는 두 방향 모두 0.1 미만인 것으로 관찰되었습니다. 패스 간 평균 COF는 0.072와 0.080이었습니다. 90°C 오일의 평균 COF는 패스마다 다른 것으로 나타났습니다. 평균 COF 값은 0.167과 0.09로 관찰되었습니다. COF의 차이는 오일이 핀의 한쪽 면만 제대로 적실 수 있었다는 추가적인 증거를 제공합니다. 유체 역학적 윤활이 발생하여 핀과 피스톤 스커트 사이에 두꺼운 막이 형성되었을 때 높은 COF를 얻을 수 있었습니다. 혼합 윤활이 발생하면 다른 방향에서 낮은 COF가 관찰됩니다. 유체 역학 윤활 및 혼합 윤활에 대한 자세한 내용은 다음 애플리케이션 노트를 참조하십시오. 스트라이벡 커브.

표 1: 피스톤의 윤활 마모 테스트 결과.

그림 1: 상온 오일 마모 테스트용 COF 그래프 A 원시 프로파일 B 하이 패스 C 로우 패스.

그림 2: 90°C 마모 오일 테스트의 COF 그래프 A 원시 프로파일 B 하이 패스 C 로우 패스.

그림 3: RT 모터 오일 마모 테스트의 마모 흉터 광학 이미지.

그림 4: RT 모터 오일 마모 테스트에서 마모 흉터의 구멍 분석 부피.

그림 5: RT 모터 오일 마모 테스트에서 마모 흉터의 프로파일 측정 스캔.

그림 6: 90°C 모터 오일 마모 테스트의 마모 흉터 광학 이미지

그림 7: 90°C 모터 오일 마모 테스트에서 마모 흉터의 구멍 분석 부피.

그림 8: 90°C 모터 오일 마모 테스트에서 마모 흉터에 대한 프로파일 측정 스캔.

결론

윤활 선형 왕복 마모 테스트는 피스톤에 대해 수행되어 피스톤에서 발생하는 이벤트를 시뮬레이션했습니다.
실제 작동하는 엔진. 피스톤 스커트-윤활유-실린더 라이너 인터페이스는 엔진 작동에 매우 중요합니다. 계면의 윤활유 두께는 피스톤 스커트와 실린더 라이너 사이의 마찰 또는 마모로 인한 에너지 손실의 원인이 됩니다. 엔진을 최적화하려면 피스톤 스커트와 실린더 라이너가 닿지 않도록 필름 두께를 가능한 한 얇게 유지해야 합니다. 하지만 온도, 속도, 힘의 변화가 P-L-C 인터페이스에 어떤 영향을 미치는지 파악하는 것이 과제입니다.

나노베아 T2000 트라이보미터는 광범위한 하중(최대 2000N)과 속도(최대 15000rpm)를 통해 엔진에서 가능한 다양한 조건을 시뮬레이션할 수 있습니다. 이 주제에 대한 향후 가능한 연구에는 다양한 정하중, 진동 하중, 윤활유 온도, 속도 및 윤활유 도포 방법에서 P-L-C 인터페이스가 어떻게 작동하는지가 포함됩니다. 이러한 파라미터는 나노베아 T2000 트라이보미터로 쉽게 조정할 수 있어 피스톤 스커트-윤활유-실린더 라이너 인터페이스의 메커니즘을 완벽하게 이해할 수 있습니다.

이제 애플리케이션에 대해 이야기해 보겠습니다.

라이브 채팅

휴대용 3D 프로파일로미터를 사용한 유기 표면 형상

유기적 표면 지형

휴대용 3D 프로파일로미터 사용

작성자

크레이그 레싱

소개

자연은 향상된 표면 구조를 개발하는 데 중요한 영감의 원천이 되었습니다. 자연에서 발견되는 표면 구조를 이해함으로써 도마뱀의 발을 기반으로 한 접착력 연구, 해삼의 질감 변화를 기반으로 한 저항성 연구, 나뭇잎을 기반으로 한 발수성 연구 등이 진행되었습니다. 이러한 표면은 생체 의학부터 의류, 자동차에 이르기까지 다양한 분야에 응용될 수 있습니다. 이러한 표면 혁신이 성공하려면 표면 특성을 모방하고 재현할 수 있는 제작 기술을 개발해야 합니다. 이 과정에서 식별과 제어가 필요합니다.

유기 표면을 위한 휴대용 3D 비접촉식 광학 프로파일러의 중요성

색채광(Chromatic Light) 기술을 활용한 NANOVEA Jr25 Portable 광학 프로파일러 거의 모든 재료를 측정할 수 있는 뛰어난 능력을 가지고 있습니다. 여기에는 자연의 광범위한 표면 특성 내에서 발견되는 독특하고 가파른 각도, 반사 및 흡수 표면이 포함됩니다. 3D 비접촉 측정은 완전한 3D 이미지를 제공하여 표면 특징을 보다 완벽하게 이해할 수 있도록 해줍니다. 3D 기능이 없으면 자연 표면 식별은 2D 정보나 현미경 이미징에만 의존하게 되며, 이는 연구된 표면을 적절하게 모방하기에 충분한 정보를 제공하지 못합니다. 질감, 형태, 치수 등 표면 특성의 전체 범위를 이해하는 것이 성공적인 제작에 매우 중요합니다.

현장에서 실험실 수준의 결과를 쉽게 얻을 수 있는 기능은 새로운 연구 기회의 문을 열어줍니다.

측정 목표

이 애플리케이션에서는 나노비아 Jr25는 잎의 표면을 측정하는 데 사용됩니다. 3D 표면 스캔 후 자동으로 계산할 수 있는 표면 매개변수 목록은 무궁무진합니다.

여기서는 3D 표면을 검토하고
추가 분석할 관심 영역은 다음과 같습니다.
표면 거칠기, 채널 및 지형을 정량화하고 조사합니다.

나노비아

JR25

테스트 조건

고랑 깊이

고랑의 평균 밀도: 16.471cm/cm2
고랑의 평균 깊이: 97.428 μm
최대 깊이: 359.769 μm

결론

이 애플리케이션에서는 나노비아 Jr25 휴대용 3D 비접촉식 광학 프로파일러는 현장에서 잎 표면의 지형과 나노미터 단위의 세부 사항을 모두 정밀하게 특성화할 수 있습니다. 이러한 3D 표면 측정을 통해 관심 영역을 빠르게 식별한 다음 무한한 연구 목록으로 분석할 수 있습니다(치수, 거칠기 마감 텍스처, 모양 형태 지형, 평탄도 휨 평탄도, 부피 면적, 단차 높이 등). 2D 단면을 쉽게 선택하여 세부 사항을 분석할 수 있습니다. 이 정보를 통해 완벽한 표면 측정 리소스 세트를 사용하여 유기 표면을 광범위하게 조사할 수 있습니다. 특정 관심 영역은 테이블 탑 모델에 통합된 AFM 모듈을 사용하여 추가로 분석할 수 있습니다.

나노비아 는 현장 연구를 위한 휴대용 고속 프로파일러와 다양한 실험실 기반 시스템을 제공하며 실험실 서비스도 제공합니다.

이제 애플리케이션에 대해 이야기해 보겠습니다.

라이브 채팅

석영 크리스탈 기판에서 금 코팅의 접착 특성

골드 코팅의 접착 특성

석영 크리스탈 기판에서

작성자

DUANJIE LI, 박사

소개

쿼츠 크리스탈 마이크로밸런스(QCM)는 나노그램 범위의 작은 질량을 정밀하게 측정할 수 있는 매우 민감한 질량 센서입니다. QCM은 플레이트 양쪽에 부착된 두 개의 전극으로 석영 결정의 공진 주파수 변화를 감지하여 표면의 질량 변화를 측정합니다. 극히 작은 무게도 측정할 수 있어 질량, 흡착, 밀도, 부식 등의 변화를 감지하고 모니터링하는 다양한 연구 및 산업 기기의 핵심 구성 요소로 사용됩니다.

QCM을 위한 스크래치 테스트의 중요성

매우 정확한 장치인 QCM은 질량 변화를 0.1 나노그램까지 측정합니다. 석영 플레이트에서 전극의 질량 손실이나 박리는 석영 결정에 의해 감지되어 상당한 측정 오류를 유발합니다. 따라서 전극 코팅의 본질적인 품질과 코팅/기판 시스템의 계면 무결성은 정확하고 반복 가능한 질량 측정을 수행하는 데 필수적인 역할을 합니다. 마이크로 스크래치 테스트는 고장이 나타나는 임계 하중의 비교를 기반으로 코팅의 상대적 응집력 또는 접착 특성을 평가하기 위해 널리 사용되는 비교 측정입니다. QCM의 신뢰할 수 있는 품질 관리를 위한 탁월한 도구입니다.

측정 목표

이 애플리케이션에서는 나노비아 기계 테스터, 마이크로 스크래치 모드에서는 QCM 샘플의 석영 기판에 있는 금 코팅의 응집력 및 접착 강도를 평가하는 데 사용됩니다. 우리는 그 능력을 보여주고 싶습니다. 나노비아 기계식 테스터는 높은 정밀도와 반복성으로 섬세한 시료에 대한 미세 스크래치 테스트를 수행합니다.

나노비아

PB1000

나노 인덴터 및 스크래치 테스터 나노베아 PB1000
테스트 조건

The 나노비아 PB1000 기계식 테스터를 사용하여 아래에 요약된 테스트 매개변수를 사용하여 QCM 샘플에 대한 미세 스크래치 테스트를 수행했습니다. 결과의 재현성을 보장하기 위해 세 번의 스크래치를 수행했습니다.

로드 유형: 프로그레시브

초기 로드

0.01 N

최종 로드

30 N

분위기: 공기 24°C

슬라이딩 속도

2mm/min

슬라이딩 거리

2mm

결과 및 토론

QCM 샘플의 전체 마이크로 스크래치 트랙은 다음과 같습니다. 그림 1. 다양한 임계 부하에서의 고장 동작은 그림 2에 표시되어 있습니다.에서 임계 하중, LC1 는 스크래치 트랙에서 접착 실패의 첫 징후가 발생하는 하중으로 정의되며, LC2 은 반복적인 접착 실패가 발생하는 하중이며, LC3 는 코팅이 기판에서 완전히 제거되는 하중입니다. L에서 칩핑이 거의 발생하지 않는 것을 관찰할 수 있습니다.C1 코팅 실패의 첫 징후인 11.15N을 초과합니다. 

마이크로 스크래치 테스트 동안 정상 하중이 계속 증가함에 따라 L 후 반복적인 접착 실패가 발생합니다.C2 의 16.29 N. LC3 19.09N에 도달하면 코팅이 석영 기판에서 완전히 박리됩니다. 이러한 임계 하중은 코팅의 응집력과 접착력을 정량적으로 비교하고 대상 응용 분야에 가장 적합한 후보를 선택하는 데 사용할 수 있습니다.

그림 1: QCM 샘플의 전체 마이크로 스크래치 트랙.

그림 2: 다양한 임계 부하에서 마이크로 스크래치 트랙.

그림 3 은 미세 스크래치 테스트 중 코팅 실패 진행에 대한 더 많은 통찰력을 제공할 수 있는 마찰 계수 및 깊이의 변화를 플롯합니다.

그림 3: 마이크로 스크래치 테스트 중 COF와 깊이의 진화.

결론

이 연구에서 우리는 나노비아 기계적 테스터는 QCM 샘플에 대해 신뢰할 수 있고 정확한 마이크로 스크래치 테스트를 수행합니다. 제어되고 면밀히 모니터링되는 방식으로 선형적으로 증가된 하중을 가함으로써 스크래치 측정을 통해 사용자는 일반적인 응집력 및 접착 코팅 실패가 발생하는 임계 하중을 식별할 수 있습니다. 또한 코팅의 본질적인 품질과 코팅/기판 시스템의 계면 무결성을 정량적으로 평가하고 비교할 수 있는 우수한 도구를 제공하여 QCM에 적합합니다.

나노, 마이크로 또는 매크로 모듈의 나노비아 기계식 테스터에는 모두 ISO 및 ASTM 준수 압흔, 스크래치 및 마모 테스터 모드가 포함되어 있어 단일 시스템에서 가장 광범위하고 사용자 친화적인 테스트 범위를 제공합니다. 나노비아의 탁월한 제품군은 경도, 영 계수, 파괴 인성, 접착력, 내마모성 등 얇거나 두꺼운, 연질 또는 경질 코팅, 필름 및 기판의 모든 기계적 특성을 측정하는 데 이상적인 솔루션입니다.

또한 옵션으로 제공되는 3D 비접촉 프로파일러와 AFM 모듈을 사용하면 거칠기, 휨과 같은 기타 표면 측정 외에도 압흔, 스크래치 및 마모 트랙의 고해상도 3D 이미징을 수행할 수 있습니다.

이제 애플리케이션에 대해 이야기해 보겠습니다.

라이브 채팅

세계 최고의 마이크로 기계 테스터

이제 세계 최고의

미세 기계 테스트

작성자

피에르 르루 & 두안지 리, PhD

소개

표준 비커스 마이크로 경도 시험기의 사용 가능한 하중 범위는 10~2000gf(그램포스)입니다. 표준 비커스 매크로 경도 시험기는 1 ~ 50 Kgf의 하중을 견딜 수 있습니다. 이러한 장비는 하중 범위가 매우 제한적일 뿐만 아니라 거친 표면이나 압흔이 너무 작아 육안으로 측정할 수 없는 낮은 하중을 처리할 때 부정확합니다. 이러한 한계는 구형 기술에 내재되어 있으며, 그 결과 더 높은 정확도와 성능을 제공하는 계측식 압입이 표준 선택이 되고 있습니다.

와 나노베아의 세계 최고의 마이크로 기계 테스트 시스템인 비커스 경도는 단일 모듈에서 가장 넓은 하중 범위(0.3그램~2Kg 또는 6그램~40Kg)로 깊이 대 하중 데이터에서 자동으로 계산됩니다. 나노베아 마이크로 모듈은 깊이 대 하중 곡선으로부터 경도를 측정하기 때문에 매우 탄성이 있는 재료를 포함한 모든 유형의 재료를 측정할 수 있습니다. 또한 비커스 경도뿐만 아니라 스크래치 접착 테스트, 마모, 피로 테스트, 항복 강도 및 파괴 인성과 같은 다른 유형의 테스트 외에도 정확한 탄성 계수 및 크리프 데이터를 제공하여 전체 범위의 품질 관리 데이터를 제공할 수 있습니다.

이제 세계 최고의 마이크로 기계 테스트

이 애플리케이션 노트에서는 마이크로 모듈이 어떻게 세계 최고의 계측식 압흔 및 스크래치 테스트를 제공하도록 설계되었는지 설명합니다. 마이크로 모듈의 광범위한 테스트 기능은 많은 응용 분야에 이상적입니다. 예를 들어, 하중 범위를 통해 얇은 하드 코팅의 정확한 경도 및 탄성 계수를 측정할 수 있으며, 훨씬 더 높은 하중을 가하여 동일한 코팅의 접착력을 측정할 수 있습니다.

측정 목표

마이크로 모듈의 용량은 다음과 같이 표시됩니다. 나노비아 CB500 기계 테스터 ~에 의해
0.03~200N의 넓은 하중 범위를 사용하여 뛰어난 정밀도와 신뢰성으로 압입 및 스크래치 테스트를 모두 수행합니다.

나노비아

CB500

자세히 알아보기

테스트 조건

비커스 압자를 사용하여 표준 강철 샘플에 일련의(3×4, 총 12개의 압자) 마이크로 압입을 수행했습니다. 전체 압입 테스트 주기에 대해 하중과 깊이를 측정하고 기록했습니다. 압입은 다양한 하중에서 정확한 압입 테스트를 수행할 수 있는 마이크로 모듈의 성능을 보여주기 위해 0.03N ~ 200N(0.0031 ~ 20.4kgf) 범위의 다양한 최대 하중으로 수행되었습니다. 0.3gf에서 2kgf까지의 낮은 하중 범위에서 테스트를 위해 10배 더 높은 해상도를 제공하는 20N의 로드셀 옵션도 사용할 수 있다는 점에 주목할 필요가 있습니다.

팁 반경이 500 μm 및 20 μm인 원뿔형 구형 다이아몬드 스타일러스를 사용하여 각각 0.01 N에서 200 N으로, 0.01 N에서 0.5 N으로 선형적으로 하중을 증가시킨 마이크로 모듈을 사용하여 두 번의 스크래치 테스트를 수행했습니다.

스물 마이크로 들여쓰기 강철 표준 시료에 대해 4N에서 테스트를 수행하여 기존 비커스 경도 시험기의 성능과 대조되는 마이크로 모듈의 우수한 반복성을 보여주었습니다.

*강철 샘플의 마이크로 인서트

테스트 매개변수

들여쓰기 매핑의

매핑: 3 바이 4 들여쓰기

결과 및 토론

새로운 마이크로 모듈은 Z-모터, 고출력 로드셀, 고정밀 정전용량식 수심 센서의 독특한 조합을 갖추고 있습니다. 독립적인 수심 및 하중 센서를 고유하게 활용하기 때문에 모든 조건에서 높은 정확도를 보장합니다.

기존의 비커스 경도 테스트는 다이아몬드 사각형 기반의 피라미드 압자 팁을 사용하여 사각형 모양의 압자를 생성합니다. 대각선의 평균 길이인 d를 측정하여 비커스 경도를 계산할 수 있습니다.

이에 비해 다음에서 사용하는 계측식 들여쓰기 기술은 나노비아의 마이크로 모듈은 압입 하중 및 변위 측정을 통해 기계적 특성을 직접 측정합니다. 압흔을 육안으로 관찰할 필요가 없습니다. 따라서 압흔의 d 값을 결정할 때 사용자 또는 컴퓨터 이미지 처리 오류가 발생하지 않습니다. 노이즈 레벨이 0.3nm로 매우 낮은 고정밀 커패시터 깊이 센서는 기존 비커스 경도 테스터로 현미경으로 육안으로 측정하기 어렵거나 불가능한 압흔의 깊이를 정확하게 측정할 수 있습니다.

또한 경쟁사에서 사용하는 캔틸레버 기술은 스프링에 의해 캔틸레버 빔에 일반 하중을 가하고, 이 하중은 다시 압자에 가해지는 방식입니다. 이러한 설계는 높은 하중이 가해질 경우 캔틸레버 빔이 충분한 구조적 강성을 제공하지 못해 캔틸레버 빔이 변형되고 압자의 정렬이 잘못될 수 있는 결함이 있습니다. 이에 비해 마이크로 모듈은 로드셀에 작용하는 Z 모터를 통해 일반 하중을 가한 다음 압자를 통해 직접 하중을 가합니다. 모든 요소는 최대 강성을 위해 수직으로 정렬되어 전체 하중 범위에서 반복 가능하고 정확한 압입 및 스크래치 측정을 보장합니다.

새로운 마이크로 모듈 클로즈업 보기

0.03~200n의 들여쓰기

압입 맵의 이미지는 그림 1에 표시되어 있습니다. 10N 이상의 인접한 두 압흔 사이의 거리는 0.5mm이고, 낮은 하중의 압흔은 0.25mm입니다. 샘플 스테이지의 고정밀 위치 제어를 통해 사용자는 기계적 특성 매핑을 위한 목표 위치를 선택할 수 있습니다. 구성 요소의 수직 정렬로 인한 마이크로 모듈의 뛰어난 강성 덕분에 비커스 압자는 최대 200N(400N 옵션)의 하중 하에서 강철 샘플을 관통할 때 완벽한 수직 방향을 유지합니다. 따라서 다양한 하중에서 시료 표면에 대칭적인 정사각형 모양의 인상이 생성됩니다.

그림 2와 같이 현미경으로 다양한 하중에서 개별 압흔을 두 개의 스크래치와 함께 표시하여 넓은 하중 범위에서 압흔 및 스크래치 테스트를 모두 고정밀로 수행할 수 있는 새로운 마이크로 모듈의 성능을 보여 줍니다. 일반 하중 대 스크래치 길이 플롯에서 볼 수 있듯이, 원뿔형 구형 다이아몬드 스타일러스가 강철 샘플 표면에서 미끄러지면서 일반 하중이 선형적으로 증가합니다. 폭과 깊이가 점진적으로 증가하는 부드러운 직선 스크래치 트랙을 생성합니다.

그림 1: 들여쓰기 맵

팁 반경이 500 μm 및 20 μm인 원뿔형 구형 다이아몬드 스타일러스를 사용하여 각각 0.01 N에서 200 N으로, 0.01 N에서 0.5 N으로 선형적으로 하중을 증가시킨 마이크로 모듈을 사용하여 두 번의 스크래치 테스트를 수행했습니다.

강철 표준 시료에 대해 4N에서 20회의 마이크로 인덴테이션 테스트를 수행하여 기존 비커스 경도 시험기의 성능과 대조되는 마이크로 모듈 결과의 우수한 반복성을 보여주었습니다.

A: 현미경으로 들여다본 움푹 들어간 부분 및 스크래치(360배)

B: 현미경으로 들여다본 움푹 들어간 부분 및 스크래치(3000배)

그림 2: 다양한 최대 하중에서의 하중 대 변위 플롯.

다양한 최대 하중에서 압입 중 하중-변위 곡선은 다음과 같습니다. 그림 3. 경도와 탄성 계수는 그림 4에 요약되어 비교되어 있습니다. 강철 샘플은 0.03~200N(가능한 범위 0.003~400N) 범위의 시험 하중에서 일정한 탄성 계수를 나타내며, 평균값은 ~211 GPa입니다. 경도는 100N 이상의 최대 하중에서 측정된 ~6.5 GPa의 비교적 일정한 값을 나타내며, 하중이 2~10N 범위로 감소함에 따라 평균 경도는 ~9 GPa로 측정됩니다.

그림 3: 다양한 최대 하중에서의 하중 대 변위 플롯.

그림 4: 다양한 최대 하중으로 측정한 강철 샘플의 경도 및 영탄성계수.

0.03~200n의 들여쓰기

최대 하중 4N에서 20회의 마이크로 인덴테이션 테스트를 수행했습니다. 하중-변위 곡선은 다음과 같이 표시됩니다. 그림 5 에 표시되며, 그 결과 비커스 경도 및 영 계수가 그림 6.

그림 5: 4N에서 미세 압입 테스트를 위한 하중-변위 곡선.

그림 6: 4N에서 20개의 미세 압흔에 대한 비커스 경도 및 영탄성계수.

하중-변위 곡선은 새로운 마이크로 모듈의 우수한 반복성을 보여줍니다. 강철 표준은 새로운 마이크로 모듈로 측정한 842±11 HV의 비커스 경도를 가지며, 기존의 비커스 경도 시험기로 측정한 817±18 HV와 비교됩니다. 경도 측정의 표준 편차가 작기 때문에 산업 분야와 학계 연구 모두에서 재료의 R&D 및 품질 관리에서 기계적 특성의 신뢰할 수 있고 재현 가능한 특성화를 보장합니다.

또한 압입 중 깊이 측정이 누락되어 기존 비커스 경도 시험기에서는 사용할 수 없는 하중-변위 곡선으로부터 208±5 GPa의 영스 계수를 계산할 수 있습니다. 하중이 감소하고 압입의 크기가 감소함에 따라 나노비아 마이크로 모듈은 육안 검사를 통한 압입 측정이 더 이상 불가능할 때까지 반복성 측면에서 비커스 경도 시험기와 비교하여 장점이 증가합니다.

경도를 계산하기 위해 깊이를 측정하는 것의 장점은 거칠거나 비커스 경도계에서 제공하는 표준 현미경으로 관찰하기 어려운 시료를 다룰 때도 분명해집니다.

결론

이 연구에서는 세계를 선도하는 새로운 나노베아 마이크로 모듈(200N 범위)이 0.03~200N(3gf~20.4kgf)의 넓은 하중 범위에서 어떻게 재현성이 뛰어나고 정밀한 압입 및 스크래치 측정을 수행하는지 보여주었습니다. 옵션으로 제공되는 더 낮은 범위의 마이크로 모듈은 0.003 ~ 20N(0.3gf ~ 2kgf)의 테스트를 제공할 수 있습니다. Z-모터, 고강도 로드셀 및 깊이 센서의 고유한 수직 정렬은 측정 중 구조적 강성을 최대로 보장합니다. 다양한 하중에서 측정된 압흔은 모두 시료 표면에서 대칭적인 정사각형 모양을 갖습니다. 최대 하중 200N의 스크래치 테스트에서는 폭과 깊이가 점진적으로 증가하는 직선 스크래치 트랙이 생성됩니다.

새로운 마이크로 모듈은 PB1000(150 x 200mm) 또는 CB500(100 x 50mm) 기계식 베이스에 z 모터(50mm 범위)로 구성할 수 있습니다. 이 시스템은 강력한 카메라 시스템(위치 정확도 0.2미크론)과 결합하여 업계 최고의 자동화 및 매핑 기능을 제공합니다. 또한 나노베아는 전체 하중 범위에서 한 번의 인덴트를 수행하여 비커스 인덴터를 검증하고 보정할 수 있는 고유한 특허 기능(EP 번호 30761530)을 제공합니다. 반면 표준 비커스 경도 시험기는 한 가지 하중에서만 교정을 제공할 수 있습니다.

또한, 나노베아 소프트웨어를 사용하면 필요한 경우 압입 대각선을 측정하는 전통적인 방법을 통해 비커스 경도를 측정할 수 있습니다(ASTM E92 및 E384용). 이 문서에서 볼 수 있듯이, 나노베아 마이크로 모듈로 수행한 깊이 대 하중 경도 테스트(ASTM E2546 및 ISO 14577)는 기존 경도 시험기에 비해 정확하고 재현성이 뛰어납니다. 특히 현미경으로 관찰/측정할 수 없는 시료의 경우 더욱 그렇습니다.

결론적으로, 광범위한 하중과 테스트, 높은 자동화 및 매핑 옵션을 갖춘 마이크로 모듈 설계의 높은 정확도와 반복성으로 인해 기존의 비커스 경도 시험기는 더 이상 쓸모가 없게 되었습니다. 그러나 현재 여전히 제공되고 있지만 1980년대에 결함이 있는 스크래치 및 마이크로 스크래치 테스터도 마찬가지입니다.

이 기술의 지속적인 개발과 개선으로 나노베아는 마이크로 기계 테스트 분야의 세계적인 리더가 되었습니다.

이제 애플리케이션에 대해 이야기해 보겠습니다.

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사포 거칠기 프로파일 미터

샌드페이퍼: 거칠기 및 입자 지름 분석

샌드페이퍼: 거칠기 및 입자 지름 분석

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샌드페이퍼

거칠기 및 입자 직경 분석

작성자

프랭크 리우

소개

사포는 연마제로 사용되는 시중에서 흔히 볼 수 있는 제품입니다. 사포의 가장 일반적인 용도는 코팅을 제거하거나 연마 특성으로 표면을 닦는 것입니다. 이러한 연마 특성은 그릿으로 분류되며, 각 그릿은 얼마나 매끄러운지와 관련이 있습니다.
거친 표면 마감을 제공합니다. 원하는 연마 특성을 얻기 위해 사포 제조업체는 연마 입자가 특정 크기이고 편차가 거의 없는지 확인해야 합니다. 사포의 품질을 정량화하기 위해 나노베아의 3D 비접촉식 프로파일 미터 를 사용하여 샘플 영역의 산술 평균(Sa) 높이 매개변수와 평균 입자 지름을 구할 수 있습니다.

3D 비접촉 광학의 중요성 사포용 프로파일러

사포를 사용할 때 연마 입자와 샌딩되는 표면 사이의 상호작용이 균일해야 일관된 표면 마감을 얻을 수 있습니다. 이를 정량화하기 위해 나노베아의 3D 비접촉 광학 프로파일러로 사포의 표면을 관찰하여 입자 크기, 높이, 간격의 편차를 확인할 수 있습니다.

측정 목표

이 연구에서는 다섯 가지 샌드페이퍼 그릿(120,
180, 320, 800 및 2000)을 사용하여 스캔합니다.
나노베아 ST400 3D 비접촉식 광학 프로파일러.
스캔과 파티클에서 Sa를 추출합니다.
크기는 모티프 분석을 수행하여 다음과 같이 계산됩니다.
등가 직경 찾기

나노비아

ST400

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결과 및 토론

사포는 예상대로 그릿이 증가함에 따라 표면 거칠기(Sa)와 입자 크기가 감소합니다. Sa는 42.37μm에서 3.639μm 범위였습니다. 입자 크기는 127 ± 48.7에서 21.27 ± 8.35 범위입니다. 입자가 크고 높이 변화가 크면 높이 변화가 적은 작은 입자와는 반대로 표면에 더 강력한 연마 작용을 합니다.
주어진 높이 매개변수의 모든 정의는 페이지.A.1에 나열되어 있습니다.

표 1: 사포 입자와 높이 매개변수 간의 비교.

표 2: 샌드페이퍼 입자와 입자 지름의 비교.

샌드페이퍼의 2D 및 3D 보기 

아래는 사포 샘플의 가색 및 3D 보기입니다.
0.8mm의 가우시안 필터를 사용하여 형태나 물결 모양을 제거했습니다.

모티프 분석

표면의 입자를 정확하게 찾기 위해 높이 스케일 임계값을 재정의하여 사포의 상층만 표시하도록 했습니다. 그런 다음 모티프 분석을 수행하여 피크를 감지했습니다.

결론

나노베아의 3D 비접촉 광학 프로파일러는 마이크로 및 나노 특징이 있는 표면을 정밀하게 스캔할 수 있기 때문에 다양한 사포 입자의 표면 특성을 검사하는 데 사용되었습니다.

3D 스캔을 분석하기 위해 고급 소프트웨어를 사용하여 각 사포 샘플에서 표면 높이 파라미터와 등가 입자 직경을 얻었습니다. 입자 크기가 증가함에 따라 표면 거칠기(Sa)와 입자 크기는 예상대로 감소하는 것으로 관찰되었습니다.

이제 애플리케이션에 대해 이야기해 보겠습니다.

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스티로폼 표면 경계 측정 프로파일로메트리

표면 경계 측정

3D 프로파일 측정을 이용한 표면 경계 측정

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표면 경계 측정

3D 프로파일 측정 사용

작성자

크레이그 라이징

소개

표면 특징, 패턴, 모양 등의 인터페이스를 방향에 대해 평가하는 연구에서는 전체 측정 프로파일에서 관심 영역을 빠르게 식별하는 것이 유용합니다. 표면을 중요한 영역으로 세분화하면 경계, 피크, 구덩이, 면적, 부피 등을 빠르게 평가하여 연구 중인 전체 표면 프로파일에서 기능적 역할을 이해할 수 있습니다. 예를 들어 금속의 입자 경계 이미징과 같이 분석에서 중요한 것은 많은 구조의 인터페이스와 전체적인 방향입니다. 각 관심 영역을 이해함으로써 전체 영역 내의 결함 또는 이상을 식별할 수 있습니다. 입자 경계 이미징은 일반적으로 프로파일로미터 기능을 능가하는 범위에서 연구되며 2D 이미지 분석에 불과하지만, 3D 표면 측정의 장점과 함께 더 큰 규모로 표시되는 개념을 설명하는 데 유용한 참고 자료가 됩니다.

표면 분리 연구를 위한 3D 비접촉식 프로파일로미터의 중요성

터치 프로브나 간섭계와 같은 다른 기술과 달리 3D 비접촉 프로파일로미터, 축 색수차를 사용하여 거의 모든 표면을 측정할 수 있으며, 개방형 스테이징으로 인해 샘플 크기가 크게 달라질 수 있으며 샘플 준비가 필요하지 않습니다. 나노부터 매크로까지의 범위는 샘플 반사나 흡수의 영향이 전혀 없는 표면 프로필 측정 중에 얻어지며, 높은 표면 각도를 측정하는 고급 기능을 갖추고 있으며 결과를 소프트웨어로 조작할 필요가 없습니다. 투명, 불투명, 반사, 확산, 광택, 거친 등 모든 재료를 쉽게 측정합니다. 비접촉 프로파일로미터 기술은 표면 경계 분석이 필요할 때 표면 연구를 극대화할 수 있는 이상적이고 광범위하며 사용자 친화적인 기능을 제공합니다. 2D 및 3D 기능 결합의 이점도 함께 제공됩니다.

측정 목표

이 애플리케이션에서는 나노베아 ST400 프로파일로미터를 사용하여 스티로폼의 표면적을 측정합니다. 나노베아 ST400을 사용하여 동시에 획득한 지형과 함께 반사된 강도 파일을 결합하여 경계를 설정했습니다. 그런 다음 이 데이터를 사용하여 각 스티로폼 "입자"의 다양한 모양과 크기 정보를 계산했습니다.

나노비아

ST400

결과 및 토론: 2D 표면 경계 측정

지형 이미지(왼쪽 아래)를 반사된 강도 이미지(오른쪽 아래)로 마스킹하여 입자 경계를 명확하게 정의합니다. 필터를 적용하여 직경 565µm 이하의 모든 입자는 무시되었습니다.

총 곡물 수: 167
곡물이 차지하는 총 투영 면적: 166.917mm²(64.5962 %)
경계가 차지하는 총 예상 면적: (35.4038 %)
입자의 밀도: 0.646285 입자/mm2

면적 = 0.999500 mm² +/- 0.491846 mm²
둘레 = 9114.15 µm +/- 4570.38 µm
등가 직경 = 1098.61 µm +/- 256.235 µm
평균 직경 = 945.373 µm +/- 248.344 µm
최소 직경 = 675.898 µm +/- 246.850 µm
최대 직경 = 1312.43 µm +/- 295.258 µm

결과 및 토론: 3D 표면 경계 측정

획득한 3D 지형 데이터를 사용하여 각 입자의 부피, 높이, 피크, 종횡비 및 일반 형상 정보를 분석할 수 있습니다. 총 3D 면적: 2.525mm3

결론

이 애플리케이션에서는 나노베아 3D 비접촉식 프로파일로미터가 스티로폼 표면을 정밀하게 특성화할 수 있는 방법을 보여주었습니다. 관심 있는 전체 표면 또는 개별 입자(피크 또는 피트)에 대한 통계 정보를 얻을 수 있습니다. 이 예에서는 사용자가 정의한 크기보다 큰 모든 입자를 사용하여 면적, 둘레, 지름 및 높이를 표시했습니다. 여기에 표시된 기능은 바이오 의료에서 미세 가공 응용 분야에 이르기까지 다양한 자연 표면 및 사전 가공된 표면의 연구 및 품질 관리에 중요할 수 있습니다. 

이제 애플리케이션에 대해 이야기해 보겠습니다.

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트라이보미터를 이용한 유리 코팅 습도 마모 테스트

트라이보미터를 이용한 유리 코팅 습도 마모 테스트

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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

소형 공압 트라이보미터 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. 

이제 애플리케이션에 대해 이야기해 보겠습니다.

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나노 인덴테이션을 이용한 폴리머의 크리프 변형

나노 인덴테이션을 이용한 폴리머의 크리프 변형

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크립 변형

나노 인덴테이션을 사용한 폴리머의 비율

작성자

DUANJIE LI, 박사

소개

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.

크리프 측정의 중요성 폴리머

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

나노 인덴터 및 스크래치 테스터 나노베아 PB1000
테스트 조건

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.

최대 부하 40mN
로딩 속도
80mN/min
하역 요금 80mN/min
크리프 시간
30 s

들여쓰기 유형

Berkovich

다이아몬드

*나노 인덴테이션 테스트 설정

결과 및 토론

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.

결론

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.

이제 애플리케이션에 대해 이야기해 보겠습니다.

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나노 인덴테이션을 사용한 다상 재료 NANOVEA

다상 금속 나노 인덴테이션

나노 인덴테이션을 이용한 다상 재료의 야금학 연구

자세히 알아보기

야금학 연구
다상 재료의

나노 들여쓰기 사용

작성자

DUANJIE LI, 박사 & 알렉시스 셀레스틴

소개

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.

국부적 기계적 특성의 중요성 재료 설계를 위한 국부적 기계적 특성

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

나노 인덴터 및 스크래치 테스터 나노베아 PB1000
테스트 조건

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.

그림 1: 샘플 표면에서 나노 압입 위치를 선택합니다.
결과: 다양한 단계의 나노 인덴테이션

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 2: 하중-변위 곡선
나노 인덴테이션의

그림 3: 다양한 위상의 경도 및 영탄성계수

결론

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

이제 애플리케이션에 대해 이야기해 보겠습니다.

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나노베아의 프로파일로미터를 이용한 윤곽 측정

고무 트레드 윤곽 측정

고무 트레드 윤곽 측정

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고무 트레드 윤곽 측정

3D 광학 프로파일러 사용

고무 트레드 윤곽 측정 - 나노베아 프로파일러

작성자

안드레아 헤르만

소개

모든 재료와 마찬가지로 고무의 마찰 계수는 다음과 관련이 있습니다. 부분적으로는 표면 거칠기 때문입니다. 차량용 타이어는 노면과의 마찰력이 매우 중요합니다. 표면 거칠기와 타이어 트레드가 모두 중요한 역할을 합니다. 이 연구에서는 고무 표면과 트레드의 거칠기와 치수를 분석합니다.

* 샘플

중요성

3D 비접촉 프로파일 측정의

고무 연구용

터치 프로브나 간섭계와 같은 다른 기술과 달리 NANOVEA의 3D 비접촉식 광학 프로파일러 축 색수차를 사용하여 거의 모든 표면을 측정합니다. 

프로파일러 시스템의 개방형 스테이징은 다양한 시료 크기를 허용하며 시료 전처리가 전혀 필요하지 않습니다. 시료 반사율이나 흡수의 영향을 전혀 받지 않고 한 번의 스캔으로 나노부터 매크로 범위의 특징을 검출할 수 있습니다. 또한 이 프로파일러는 소프트웨어로 결과를 조작할 필요 없이 높은 표면 각도를 측정할 수 있는 고급 기능을 갖추고 있습니다.

투명, 불투명, 반사, 확산, 광택, 거칠기 등 모든 재료를 쉽게 측정할 수 있습니다. 나노베아 3D 비접촉 프로파일러의 측정 기술은 2D 및 3D 기능 결합의 장점과 함께 표면 연구를 극대화할 수 있는 이상적이고 광범위하며 사용자 친화적인 기능을 제공합니다.

측정 목표

이 애플리케이션에서는 나노베아 ST400을 소개합니다, 3D 비접촉식 광학 프로파일러 측정 고무 타이어의 표면과 트레드.

다음을 나타낼 수 있을 만큼 충분히 큰 샘플 표면적 전체 타이어 표면이 무작위로 선택되었습니다. 이 연구를 위해. 

고무의 특성을 정량화하기 위해 다음을 사용했습니다. 나노베아 울트라 3D 분석 소프트웨어로 윤곽선 치수, 깊이를 측정합니다, 표면의 거칠기 및 개발 면적입니다.

나노비아

ST400

분석: 타이어 트레드

트레드의 3D 보기 및 가색 보기는 3D 표면 디자인 매핑의 가치를 보여줍니다. 이 도구는 트레드의 크기와 모양을 다양한 각도에서 직접 관찰할 수 있는 간단한 도구를 제공합니다. 고급 윤곽 분석과 스텝 높이 분석은 샘플 모양과 디자인의 정확한 치수를 측정하는 데 매우 강력한 도구입니다.

고급 윤곽 분석

스텝 높이 분석

분석: 고무 표면

고무 표면은 내장된 소프트웨어 도구를 사용하여 다음 그림과 같이 다양한 방법으로 정량화할 수 있습니다. 표면 거칠기는 2.688 μm이고, 개발 면적 대 투영 면적은 9.410 mm² 대 8.997 mm²임을 확인할 수 있습니다. 이 정보를 통해 표면 마감과 다양한 고무 배합 또는 다양한 표면 마모 정도를 가진 고무의 견인력 사이의 관계를 조사할 수 있습니다.

결론

이 애플리케이션에서는 나노베아(NANOVEA) 3D 비접촉식 광학 프로파일러는 고무의 표면 거칠기와 트레드 치수를 정밀하게 특성화할 수 있습니다.

데이터에 따르면 표면 거칠기는 2.69µm, 개발 면적은 9.41mm², 투영 면적은 9mm²입니다. 고무 트레드의 다양한 치수와 반경은 다음과 같습니다. 도 측정됩니다.

이 연구에 제시된 정보는 트레드 디자인, 배합 또는 마모 정도가 다른 고무 타이어의 성능을 비교하는 데 사용할 수 있습니다. 여기에 표시된 데이터는 전체 데이터의 일부일 뿐입니다. Ultra 3D 분석 소프트웨어에서 계산할 수 있습니다.

이제 애플리케이션에 대해 이야기해 보겠습니다.

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