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카테고리: 회전 마찰학

 

암석 마찰학

암석 트라이볼로지

NANOVEA 트리보미터 사용

작성자

DUANJIE LI, PhD

소개

암석은 광물 알갱이로 구성되어 있습니다. 이러한 광물의 종류와 풍부함, 그리고 광물 알갱이 사이의 화학적 결합 강도가 암석의 기계적, 마찰학적 특성을 결정합니다. 지질 암석 주기에 따라 암석은 변형을 겪을 수 있으며 일반적으로 화성암, 퇴적암, 변성암의 세 가지 주요 유형으로 분류됩니다. 이러한 암석은 다양한 광물 및 화학적 조성, 투과성 및 입자 크기를 나타내며 이러한 특성은 다양한 내마모성에 기여합니다. 암석 마찰학은 다양한 지질 및 환경 조건에서 암석의 마모 및 마찰 거동을 탐구합니다.

암석 마찰학의 중요성

마모 및 마찰을 포함한 암석에 대한 다양한 유형의 마모는 유정 굴착 과정에서 발생하며, 이는 드릴 비트 및 절단 도구의 수리 및 교체로 인해 직접적이고 결과적으로 상당한 손실을 초래합니다. 따라서 암석의 천공성, 천공성, 절단성 및 마모성에 대한 연구는 석유, 가스 및 광업 산업에서 매우 중요합니다. 암석 마찰학 연구는 가장 효율적이고 비용 효과적인 시추 전략을 선택하는 데 중추적인 역할을 하여 전반적인 효율성을 향상시키고 재료, 에너지 및 환경 보존에 기여합니다. 또한 표면 마찰을 최소화하면 드릴 비트와 암석 사이의 상호 작용을 줄여 도구 마모를 줄이고 드릴링/절단 효율을 향상시키는 데 매우 유리합니다.

측정 목표

본 연구에서는 NANOVEA T50의 성능을 보여주기 위해 두 가지 유형의 암석에 대한 마찰학적 특성을 시뮬레이션하고 비교했습니다. 트라이보미터 통제되고 모니터링되는 방식으로 암석의 마찰 계수와 마모율을 측정합니다.

나노베아

T50

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샘플

테스트 절차

두 암석 샘플의 마찰 계수, COF 및 내마모성은 Pin-on-Disc 마모 모듈을 사용하는 NANOVEA T50 마찰계로 평가되었습니다. Al2O3 볼(직경 6mm)을 카운터 재료로 사용했습니다. 테스트 후 NANOVEA 비접촉 프로파일로미터를 사용하여 마모 트랙을 검사했습니다. 테스트 매개변수는 아래에 요약되어 있습니다. 

마모율 K는 공식 K=V/(F×s)=A/(F×n)을 사용하여 평가되었으며, 여기서 V는 마모량, F는 일반 하중, s는 슬라이딩 거리, A는 마모 트랙의 단면적, n은 회전수입니다. NANOVEA Optical Profilometer를 사용하여 표면 거칠기와 마모 트랙 프로파일을 평가하고 광학 현미경을 사용하여 마모 트랙 형태를 검사했습니다. 

본 연구에서는 카운터 재료로 Al2O3 볼을 예로 사용했습니다. 실제 적용 상황을 시뮬레이션하기 위해 맞춤형 고정 장치를 사용하여 다양한 모양의 견고한 재료를 적용할 수 있습니다.

테스트 매개변수

강철 표면

석회석, 대리석

마모 반지름 5mm
일반 힘 10 N
테스트 기간 10 분
속도 100rpm

결과 및 토론

NANOVEA Mechanical Tester의 Micro Indentation 모듈을 활용하여 석회석과 대리석 샘플의 경도(H)와 탄성 계수(E)를 그림 1에서 비교합니다. 석회석 샘플은 H에 대해 1.07, E에 대해 49.6GPa의 값을 기록한 대리석과 달리 각각 0.53 및 25.9GPa로 측정된 더 낮은 H 및 E 값을 나타냈습니다. 석회석 샘플은 과립화 및 다공성 특성으로 인해 표면 불균질성이 더 크기 때문일 수 있습니다.

두 암석 샘플의 마모 테스트 중 COF의 변화는 그림 2에 나와 있습니다. 석회석은 초기에 마모 테스트 시작 시 COF가 약 0.8로 급격히 증가하여 테스트 기간 동안 이 값을 유지합니다. COF의 이러한 급격한 변화는 마모 트랙 내의 접촉면에서 발생하는 빠른 마모 및 거칠기 과정으로 인해 Al2O3 볼이 암석 샘플에 침투하기 때문일 수 있습니다. 대조적으로, 대리석 샘플은 약 5m의 슬라이딩 거리 후에 COF가 더 높은 값으로 눈에 띄게 증가하여 석회석과 비교할 때 내마모성이 우수함을 나타냅니다.

그림 1: 석회석과 대리석 샘플 간의 경도 및 영률 비교.

그림 2: 마모 테스트 중 석회석 및 대리석 샘플의 마찰계수(COF) 변화.

그림 3은 마모 테스트 후 석회석과 대리석 샘플의 단면 프로파일을 비교하고 표 1은 마모 추적 분석 결과를 요약합니다. 그림 4는 광학 현미경으로 관찰한 샘플의 마모 흔적을 보여줍니다. 마모 트랙 평가는 COF 진화 관찰과 일치합니다. 장기간 동안 낮은 COF를 유지하는 대리석 샘플은 석회석의 0.0353mm³/Nm에 비해 0.0046mm³/Nm의 더 낮은 마모율을 나타냅니다. 대리석의 우수한 기계적 특성은 석회석보다 내마모성이 우수합니다.

그림 3: 마모 트랙의 단면 프로파일.

밸리 지역 계곡 깊이 마모율
석회암 35.3±5.9×104 μm2 229±24μm 0.0353mm3/Nm
대리석 4.6±1.2×104 μm2 61±15μm 0.0046mm3/Nm

표 1: 마모궤적 분석 결과 요약.

그림 4: 광학 현미경으로 트랙을 착용합니다.

결론

본 연구에서 우리는 제어되고 모니터링되는 방식으로 대리석과 석회석이라는 두 암석 샘플의 마찰 계수와 내마모성을 평가하는 NANOVEA 마찰계의 성능을 보여주었습니다. 대리석의 우수한 기계적 특성은 뛰어난 내마모성에 기여합니다. 이러한 특성으로 인해 석유 및 가스 산업에서 드릴링 또는 절단 작업이 어려워집니다. 반대로, 바닥타일 등 고급 건축자재로 사용하면 수명이 대폭 연장됩니다.

NANOVEA 마찰계는 회전 모드와 선형 모드 모두에서 ISO 및 ASTM 표준을 준수하면서 정확하고 반복 가능한 마모 및 마찰 테스트 기능을 제공합니다. 또한 고온 마모, 윤활 및 마찰 부식을 위한 옵션 모듈을 제공하며 모두 하나의 시스템에 원활하게 통합됩니다. NANOVEA의 탁월한 제품군은 얇거나 두꺼운, 부드럽거나 단단한 코팅, 필름, 기판 및 암석 마찰학의 모든 범위의 마찰공학 특성을 결정하는 데 이상적인 솔루션입니다.

산업용 코팅 스크래치 및 마모 평가

산업용 코팅

트라이보미터를 사용한 스크래치 및 마모 평가

작성자

DUANJIE LI, 박사 및 안드레아 헤르만(ANDREA HERRMANN)

소개

아크릴 우레탄 페인트는 바닥 페인트, 자동차 페인트 등 다양한 산업 분야에서 널리 사용되는 속건성 보호 코팅의 일종입니다. 바닥 페인트로 사용하면 보도, 연석 및 주차장과 같이 발과 고무 바퀴가 많이 다니는 구역에 사용할 수 있습니다.

품질 관리를 위한 스크래치 및 마모 테스트의 중요성

전통적으로 테이버 마모 테스트는 ASTM D4060 표준에 따라 아크릴 우레탄 바닥 페인트의 내마모성을 평가하기 위해 수행되었습니다. 그러나 표준에 언급된 바와 같이 "일부 재료의 경우, 테이버 연마기를 사용한 마모 테스트는 테스트 중 휠의 연마 특성 변화로 인해 편차가 발생할 수 있습니다."1 이로 인해 테스트 결과의 재현성이 떨어지고 다른 실험실에서 보고된 값을 비교하기 어려울 수 있습니다. 또한 테이퍼 마모 테스트에서 내마모성은 지정된 마모 사이클 횟수에서 무게의 손실로 계산됩니다. 그러나 아크릴 우레탄 바닥 페인트의 권장 건조막 두께는 37.5-50 μm2입니다.

테이버 연마기의 공격적인 마모 공정은 아크릴 우레탄 코팅을 빠르게 마모시키고 기판에 질량 손실을 일으켜 페인트 중량 손실 계산에 상당한 오류를 초래할 수 있습니다. 마모 테스트 중 페인트에 연마 입자를 주입하는 것도 오류의 원인이 됩니다. 따라서 페인트의 재현 가능한 마모 평가를 보장하려면 잘 제어되고 정량화 가능하며 신뢰할 수 있는 측정이 중요합니다. 또한 스크래치 테스트 를 사용하면 실제 응용 분야에서 조기에 접착/응집력 실패를 감지할 수 있습니다.

측정 목표

본 연구에서는 NANOVEA를 소개합니다. 트라이보미터 그리고 기계 테스터 산업용 코팅의 평가 및 품질 관리에 이상적입니다.

다양한 탑코트가 있는 아크릴 우레탄 바닥 페인트의 마모 과정은 나노베아 트라이보미터를 사용하여 제어 및 모니터링 방식으로 시뮬레이션됩니다. 마이크로 스크래치 테스트는 페인트의 응집력 또는 접착력 실패를 유발하는 데 필요한 하중을 측정하는 데 사용됩니다.

소형 공압 트라이보미터 T100
나노베아 T100

소형 공압 트라이보미터

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나노베아 PB1000

대형 플랫폼 기계 테스터

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테스트 절차

이 연구에서는 내구성을 향상시키기 위해 첨가제 배합에 약간의 변화를 주면서 동일한 프라이머(베이스 코트)와 동일한 포뮬러의 다른 탑코트를 가진 시판되는 4가지 수성 아크릴 바닥 코팅제를 평가합니다. 이 네 가지 코팅은 샘플 A, B, C 및 D로 식별됩니다.

착용 테스트

NANOVEA 마찰계는 마찰계수, COF, 내마모성과 같은 마찰학적 거동을 평가하기 위해 적용되었습니다. SS440 볼 팁(직경 6mm, 등급 100)을 테스트된 페인트에 적용했습니다. COF는 현장에서 기록되었습니다. 마모율 K는 공식 K=V/(F×s)=A/(F×n)을 사용하여 평가되었으며, 여기서 V는 마모량, F는 일반 하중, s는 슬라이딩 거리, A는 마모 트랙의 단면적, n은 회전수입니다. 표면 거칠기와 마모 트랙 프로파일은 NANOVEA에 의해 평가되었습니다. 광학 프로파일로미터, 마모 트랙 형태는 광학 현미경을 사용하여 검사되었습니다.

마모 테스트 매개변수

일반 힘

20 N

속도

15m/분

테스트 기간

100, 150, 300 및 800 사이클

스크래치 테스트

마이크로 스크래치 테스터 모드를 사용하여 페인트 샘플에 대한 점진적 하중 스크래치 테스트를 수행하기 위해 로크웰 C 다이아몬드 스타일러스(반경 200μm)가 장착된 나노베아 기계식 테스터를 사용했습니다. 두 가지 최종 하중이 사용되었습니다: 프라이머로부터 페인트 박리를 조사하기 위한 최종 하중 5N과 금속 기판으로부터 프라이머 박리를 조사하기 위한 최종 하중 35N이 사용되었습니다. 결과의 재현성을 보장하기 위해 각 샘플에 대해 동일한 테스트 조건에서 세 번의 테스트를 반복했습니다.

전체 스크래치 길이의 파노라마 이미지가 자동으로 생성되고 시스템 소프트웨어에 의해 임계 고장 위치가 적용된 하중과 상호 연관되었습니다. 이 소프트웨어 기능을 통해 사용자는 스크래치 테스트 직후 현미경으로 임계 하중을 결정할 필요 없이 언제든지 스크래치 트랙에 대한 분석을 수행할 수 있습니다.

스크래치 테스트 매개변수

로드 유형프로그레시브
초기 로드0.01mN
최종 로드5 N / 35 N
로딩 속도10 / 70 N/min
스크래치 길이3mm
스크래칭 속도, dx/dt6.0mm/분
들여쓰기 기하학120º 콘
들여쓰기 재료(팁)다이아몬드
들여쓰기 팁 반경200 μm

마모 테스트 결과

마모 변화를 모니터링하기 위해 각 샘플에 대해 다양한 회전 수(100, 150, 300, 800 사이클)로 4번의 핀 온 디스크 마모 테스트를 수행했습니다. 마모 테스트를 수행하기 전에 표면 거칠기를 정량화하기 위해 나노베아 3D 비접촉 프로파일러로 샘플의 표면 형태를 측정했습니다. 모든 샘플의 표면 거칠기는 그림 1에 표시된 것처럼 약 1μm로 비슷했습니다. 그림 2와 같이 마모 테스트가 진행되는 동안 COF는 현장에서 기록되었습니다. 그림 4는 100, 150, 300, 800 사이클 후 마모 트랙의 변화를 보여주며, 그림 3은 마모 과정의 여러 단계에서 다양한 샘플의 평균 마모율을 요약한 것입니다.

 

다른 세 샘플의 COF 값이 ~0.07인 것과 비교하면, 샘플 A는 처음에 ~0.15로 훨씬 높은 COF를 보이다가 점차 증가하여 300회 마모 사이클 후 ~0.3에서 안정화됩니다. 이러한 높은 COF는 마모 과정을 가속화하고 그림 4에 표시된 바와 같이 상당한 양의 페인트 잔해를 생성합니다(샘플 A의 탑코트는 처음 100회 회전에서 제거되기 시작함). 그림 3에서 볼 수 있듯이, 샘플 A는 처음 300회 동안 ~5μm2/N의 가장 높은 마모율을 나타내며, 금속 기판의 내마모성이 향상되어 ~3.5μm2/N으로 약간 감소합니다. 샘플 C의 탑코트는 그림 4에 표시된 것처럼 150회 마모 사이클 후에 실패하기 시작하며, 이는 그림 2에서 COF의 증가로도 알 수 있습니다.

 

이에 비해 샘플 B와 샘플 D는 향상된 마찰 특성을 보여줍니다. 샘플 B는 전체 테스트 기간 동안 낮은 COF를 유지하며, COF가 ~0.05에서 ~0.1로 약간 증가합니다. 이러한 윤활 효과는 내마모성을 크게 향상시켜 800회 마모 사이클 후에도 탑코트가 여전히 밑에 있는 프라이머에 우수한 보호 기능을 제공합니다. 800 사이클에서 샘플 B의 평균 마모율은 ~0.77 μm2/N에 불과한 최저치를 기록했습니다. 샘플 D의 탑코트는 375 사이클 후에 박리되기 시작하는데, 이는 그림 2의 갑작스러운 COF 증가에 반영되어 있습니다. 샘플 D의 평균 마모율은 800 사이클에서 ~1.1 μm2/N입니다.

 

기존의 테이버 마모 측정과 비교하여 나노베아 트라이보미터는 상업용 바닥/자동차 페인트의 재현 가능한 평가 및 품질 관리를 보장하는 잘 제어되고 정량화되고 신뢰할 수 있는 마모 평가를 제공합니다. 또한, 현장 COF 측정 기능을 통해 사용자는 마모 공정의 여러 단계를 COF의 변화와 연관시킬 수 있으며, 이는 다양한 페인트 코팅의 마모 메커니즘 및 마찰 특성에 대한 근본적인 이해를 향상시키는 데 매우 중요합니다.

그림 1: 페인트 샘플의 3D 형태 및 거칠기.

그림 2: 핀 온 디스크 테스트 중 COF.

그림 3: 다양한 페인트의 마모율의 진화.

그림 4: 핀 온 디스크 테스트 중 마모 트랙의 진화.

마모 테스트 결과

그림 5는 샘플 A의 스크래치 길이에 따른 정상 힘, 마찰력 및 실제 깊이의 플롯을 예로 들어 보여줍니다. 옵션으로 제공되는 음향 방출 모듈을 설치하면 더 많은 정보를 얻을 수 있습니다. 정상 하중이 선형적으로 증가함에 따라 압흔 팁은 실제 깊이의 점진적인 증가에 반영되어 테스트 샘플에 점차적으로 가라 앉습니다. 마찰력 및 실제 깊이 곡선의 기울기 변화는 코팅 실패가 발생하기 시작한다는 의미 중 하나로 사용할 수 있습니다.

그림 5: 스크래치 길이의 함수로서의 정상 힘, 마찰력 및 실제 깊이 최대 하중이 5N인 샘플 A의 스크래치 테스트.

그림 6과 그림 7은 각각 최대 하중 5N과 35N으로 테스트한 네 가지 페인트 샘플 모두의 전체 스크래치를 보여줍니다. 샘플 D는 프라이머를 박리하기 위해 50N의 더 높은 하중이 필요했습니다. 5N 최종 하중에서의 스크래치 테스트(그림 6)는 상단 페인트의 응집력/접착력 실패를 평가하고, 35N에서의 테스트(그림 7)는 프라이머의 박리를 평가합니다. 현미경 사진의 화살표는 상단 코팅 또는 프라이머가 프라이머 또는 기판에서 완전히 제거되기 시작하는 지점을 나타냅니다. 이 시점의 하중을 임계 하중(Lc)이라고 하며, 표 1에 요약된 대로 페인트의 응집력 또는 접착 특성을 비교하는 데 사용됩니다.

 

페인트 박리 시 4.04N, 프라이머 박리 시 36.61N의 가장 높은 Lc 값을 나타내는 페인트 샘플 D가 계면 접착력이 가장 우수하다는 것이 분명합니다. 샘플 B는 두 번째로 우수한 스크래치 저항성을 보여줍니다. 스크래치 분석 결과, 페인트 포뮬러의 최적화가 아크릴 바닥 페인트의 기계적 거동, 더 구체적으로는 스크래치 저항성과 접착 특성에 매우 중요하다는 것을 알 수 있습니다.

표 1: 임계 부하 요약.

그림 6: 최대 하중 5N의 전체 스크래치 현미경 사진.

그림 7: 최대 하중 35N의 전체 스크래치 현미경 사진.

결론

기존의 테이버 마모 측정과 비교했을 때, 나노베아 메카니컬 테스터와 트라이보미터는 상업용 바닥 및 자동차 코팅의 평가 및 품질 관리를 위한 탁월한 도구입니다. 스크래치 모드의 나노베아 메카니컬 테스터는 코팅 시스템의 접착/응집력 문제를 감지할 수 있습니다. 나노베아 트라이보미터는 페인트의 내마모성 및 마찰 계수에 대해 잘 제어되고 정량화 및 반복 가능한 마찰학적 분석을 제공합니다.

 

이 연구에서 테스트한 수성 아크릴 바닥 코팅에 대한 종합적인 마찰 및 기계적 분석에 따르면, 샘플 B가 가장 낮은 COF 및 마모율과 두 번째로 우수한 스크래치 저항성을 보였으며, 샘플 D는 가장 우수한 스크래치 저항성과 두 번째로 우수한 내마모성을 나타냈습니다. 이 평가를 통해 다양한 적용 환경의 요구 사항에 맞는 최적의 후보를 평가하고 선택할 수 있습니다.

 

나노베아 기계식 시험기의 나노 및 마이크로 모듈은 모두 ISO 및 ASTM을 준수하는 압흔, 스크래치 및 마모 시험기 모드를 포함하고 있어 단일 모듈에서 페인트 평가에 사용할 수 있는 가장 광범위한 테스트를 제공합니다. 나노베아 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. 나노베아의 탁월한 제품군은 경도, 영 계수, 파괴 인성, 접착력, 내마모성 등 얇거나 두꺼운, 연질 또는 경질 코팅, 필름 및 기판의 모든 기계적/ 마찰학적 특성을 측정하는 데 이상적인 솔루션입니다. 옵션으로 제공되는 나노베아 비접촉식 광학 프로파일러는 거칠기와 같은 기타 표면 측정 외에도 스크래치 및 마모 트랙의 고해상도 3D 이미징을 위해 사용할 수 있습니다.

이제 애플리케이션에 대해 이야기해 보겠습니다.

라이브 채팅

트라이보미터를 사용한 샌드페이퍼 마모 성능

사포 마모 성능

트라이보미터 사용

작성자

DUANJIE LI, PhD

소개

사포는 종이나 천의 한 면에 연마 입자를 붙인 것으로 구성됩니다. 입자에는 가닛, 탄화규소, 산화알루미늄, 다이아몬드 등 다양한 연마재를 사용할 수 있습니다. 사포는 목재, 금속 및 건식 벽체에 특정 표면 마감을 만들기 위해 다양한 산업 분야에서 널리 적용됩니다. 사포는 손이나 전동 공구로 고압의 압력을 가하여 작업하는 경우가 많습니다.

사포 마모 성능 평가의 중요성

사포의 효과는 다양한 조건에서의 연마 성능에 따라 결정되는 경우가 많습니다. 사포에 포함된 연마 입자의 크기인 입자 크기에 따라 사포의 마모 속도와 연마되는 소재의 스크래치 크기가 결정됩니다. 입자 수가 높은 사포는 입자가 작기 때문에 샌딩 속도가 느리고 표면 마감이 더 미세합니다. 입자 수가 같지만 다른 재질로 만들어진 사포는 건조하거나 습한 조건에서 서로 다른 거동을 보일 수 있습니다. 제조된 사포가 의도한 연마 거동을 갖도록 하려면 신뢰할 수 있는 마찰 평가가 필요합니다. 이러한 평가를 통해 사용자는 다양한 유형의 사포의 마모 거동을 통제되고 모니터링된 방식으로 정량적으로 비교하여 대상 용도에 가장 적합한 후보를 선택할 수 있습니다.

고부하 공압 트라이보미터

측정 목표

이 연구에서는 건식 및 습식 조건에서 다양한 사포 샘플의 마모 성능을 정량적으로 평가할 수 있는 나노베아 트라이보미터의 기능을 소개합니다.

나노베아

T2000

자세히 알아보기

테스트 절차

NANOVEA T100 Tribometer를 사용하여 두 종류의 사포의 마찰계수(COF)와 마모 성능을 평가했습니다. 카운터 재료로는 440 스테인리스 스틸 볼을 사용했습니다. NANOVEA를 사용하여 각 마모 테스트 후에 볼 마모 흉터를 검사했습니다. 3D 비접촉식 광학 프로파일러 정확한 볼륨 손실 측정을 보장합니다.

비교 연구를 위해 440 스테인리스 스틸 볼을 카운터 재료로 선택했지만, 다른 적용 조건을 시뮬레이션하기 위해 다른 고체 재료로 대체할 수 있습니다.

테스트 결과 및 토론

그림 1은 건조하고 습한 환경 조건에서 샌드페이퍼 1과 2의 COF 비교를 보여줍니다. 건조한 조건에서 샌드페이퍼 1은 테스트 초반에 0.4의 COF를 보이다가 점차 감소하여 0.3으로 안정화됩니다. 습한 조건에서 이 샘플은 0.27의 낮은 평균 COF를 나타냅니다. 이와 대조적으로 샘플 2의 COF 결과는 건식 COF 0.27, 습식 COF ~ 0.37을 보여줍니다. 

모든 COF 플롯의 데이터 진동은 거친 사포 표면에 대한 공의 슬라이딩 움직임으로 인해 발생한 진동으로 인해 발생했습니다.

그림 1: 마모 테스트 중 COF의 진화.

그림 2는 마모 흉터 분석 결과를 요약한 것입니다. 마모 흉터는 광학 현미경과 나노베아 3D 비접촉식 광학 프로파일러를 사용하여 측정했습니다. 그림 3과 그림 4는 샌드페이퍼 1과 2(습식 및 건식 조건)에서 마모 테스트 후 마모된 SS440 볼의 마모 흉터를 비교한 것입니다. 그림 4에서 볼 수 있듯이 나노베아 광학 프로파일러는 네 개의 볼과 각각의 마모 트랙의 표면 지형을 정밀하게 캡처한 다음 나노베아 마운틴 고급 분석 소프트웨어로 처리하여 체적 손실과 마모율을 계산합니다. 볼의 현미경과 프로파일 이미지에서 샌드페이퍼 1(건식) 테스트에 사용된 볼이 다른 볼에 비해 0.313의 체적 손실로 더 큰 평평한 마모 흉터를 보이는 것을 관찰할 수 있습니다. mm3. 반면, 샌드페이퍼 1(습식)의 볼륨 손실은 0.131이었습니다. mm3. 샌드페이퍼 2(건식)의 경우 볼륨 손실은 0.163이었습니다. mm3 샌드페이퍼 2(습식)의 경우 볼륨 손실이 0.237로 증가했습니다. mm3.

또한 COF가 사포의 마모 성능에 중요한 역할을 하는 것을 관찰한 것도 흥미롭습니다. 샌드페이퍼 1은 건조한 조건에서 더 높은 COF를 보였고, 이는 테스트에 사용된 SS440 볼의 마모율 상승으로 이어졌습니다. 이에 비해 습한 조건에서 샌드페이퍼 2의 COF가 높을수록 마모율이 더 높았습니다. 측정 후 샌드페이퍼의 마모 트랙은 그림 5에 표시되어 있습니다.

Sandpapers 1과 2는 모두 건조하고 습한 환경에서 작동한다고 주장합니다. 그러나 건조조건과 습윤조건에서 서로 다른 마모성능을 보였다. 나노베아 트라이보미터 재현 가능한 마모 평가를 보장하는 잘 제어된 정량화 가능하고 신뢰할 수 있는 마모 평가 기능을 제공합니다. 또한 현장 COF 측정 기능을 통해 사용자는 마모 프로세스의 다양한 단계를 COF의 진화와 연관시킬 수 있습니다. 이는 사포의 마모 메커니즘 및 마찰 특성에 대한 근본적인 이해를 높이는 데 중요합니다.

그림 2: 다양한 조건에서 볼의 마모 흉터 부피와 평균 COF를 확인합니다.

그림 3: 테스트 후 공의 흉터를 착용하십시오.

그림 4: 공의 마모 흉터의 3D 형태.

그림 5: 다양한 조건에서 샌드페이퍼에 트랙을 착용하세요.

결론

이 연구에서는 동일한 입자 수를 가진 두 종류의 사포의 마모 성능을 건식 및 습식 조건에서 평가했습니다. 사포의 사용 조건은 작업 성능의 효과에 중요한 역할을 합니다. 사포 1은 건조한 조건에서 마모 거동이 훨씬 우수했고, 사포 2는 습한 조건에서 더 우수한 성능을 보였습니다. 샌딩 공정 중 마찰은 마모 성능을 평가할 때 고려해야 할 중요한 요소입니다. 나노베아 광학 프로파일러는 공의 마모 흉터와 같은 모든 표면의 3D 형태를 정밀하게 측정하여 이 연구에서 샌드페이퍼의 마모 성능을 신뢰할 수 있게 평가합니다. 나노베아 트라이보미터는 마모 테스트 중 현장에서 마찰 계수를 측정하여 마모 공정의 여러 단계에 대한 통찰력을 제공합니다. 또한 ISO 및 ASTM을 준수하는 회전 및 선형 모드를 사용하여 반복 가능한 마모 및 마찰 테스트를 제공하며, 사전 통합된 하나의 시스템에서 고온 마모 및 윤활 모듈을 옵션으로 사용할 수 있습니다. 이 독보적인 제품군을 통해 사용자는 높은 응력, 마모 및 고온 등 볼 베어링의 다양한 가혹한 작업 환경을 시뮬레이션할 수 있습니다. 또한 고하중 하에서 우수한 내마모성 소재의 마찰 거동을 정량적으로 평가할 수 있는 이상적인 도구를 제공합니다.

이제 애플리케이션에 대해 이야기해 보겠습니다.

라이브 채팅

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 나노베아 습도 컨트롤러가 장착된 T100 트라이보미터는 다양한 습도에서 셀프 클리닝 유리 코팅의 내마모성을 조사하는 데 이상적인 도구입니다.

나노베아

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.


나노베아 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

나노베아 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.


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 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.

라이브 채팅

고온에서의 현장 마모 측정

현장 마모 측정 고온에서

트라이보미터 사용

현장 마모 측정 항공 우주 트라이보미터

작성자

Duanjie Li, PhD

소개

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.

나노베아

T50

테스트 절차

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.

테스트 매개변수

핀 온 디스크 측정의

트라이보미터 LVDT 샘플

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.

결과 및 토론

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 핀 온 데스크 테스트 중 COF

그림 1. 다양한 온도에서 핀 온 디스크 테스트 중 마찰 계수

다양한 온도에서 알루미나 실리케이트 세라믹 플레이트의 마모 트랙 깊이

그림 2. 다양한 온도에서 알루미나 실리케이트 세라믹 플레이트의 마모 트랙 깊이의 변화

다양한 온도에서 알루미나 규산염 세라믹 플레이트의 평균 마모율과 마모 트랙 깊이를 다음을 사용하여 측정했습니다. 나노베아 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.

 
다양한 온도에서 시료의 마모 속도 및 마모 트랙 깊이 1

그림 3. 다양한 온도에서 샘플의 마모 속도 및 마모 트랙 깊이

결론

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.

현장 마모 측정

이제 애플리케이션에 대해 이야기해 보겠습니다.

라이브 채팅

볼 베어링: 높은 힘의 내마모성 연구



소개

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.

높은 하중에서의 볼 베어링 마모 평가

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.

측정 목표

이번 연구에서는 Nanovea를 선보입니다. 트라이보미터 높은 하중에서 다양한 볼 베어링의 내마모성을 비교하기 위한 이상적인 도구입니다.

그림 1: 베어링 테스트 설정.

테스트 절차

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.

그림 2: 사포 위의 볼 베어링에 대한 나선형 패스 그림.
표 1: 마모 측정의 테스트 매개변수.

 

결과 및 토론

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 3: 마모 테스트 중 COF의 진화.

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 4: 테스트 후 볼 베어링의 마모 흉터.

그림 5: 볼 베어링 마모 흉터의 3D 형태.

표 2: 볼 베어링의 마모 흉터 분석.

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.

그림 6: 다양한 볼 베어링에 대해 사포 위의 트랙을 마모시킵니다.

결론

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

동적 하중 마찰학

동적 하중 마찰학

소개

마모는 거의 모든 산업 부문에서 발생하며 GDP의 약 0.75%에 달하는 비용을 부과합니다1. 마찰학 연구는 생산 효율성, 애플리케이션 성능을 개선하고 재료, 에너지 및 환경을 보존하는 데 필수적입니다. 진동과 진동은 광범위한 마찰 응용 분야에서 필연적으로 발생합니다. 과도한 외부 진동은 마모 과정을 가속화하고 서비스 성능을 저하시켜 기계 부품에 치명적인 고장을 일으킵니다.

기존의 불감하중 트라이보미터는 질량 추에 의해 정상 하중을 적용합니다. 이러한 하중 기법은 하중 옵션을 일정한 하중으로 제한할 뿐만 아니라 높은 하중과 속도에서 제어되지 않은 강렬한 진동을 발생시켜 마모 거동 평가가 제한적이고 일관되지 않습니다. 제어 진동이 재료의 마모 거동에 미치는 영향에 대한 신뢰할 수 있는 평가는 다양한 산업 응용 분야의 R&D 및 QC에 바람직합니다.

나노베아의 획기적인 고부하 트라이보미터 동적 하중 제어 시스템을 갖춘 최대 하중 용량은 2000N입니다. 고급 공압 압축 공기 로딩 시스템을 통해 사용자는 마모 과정에서 발생하는 원치 않는 진동을 감쇠시키는 이점을 통해 높은 일반 하중 하에서 재료의 마찰학적 거동을 평가할 수 있습니다. 따라서 기존 설계에 사용된 완충 스프링이 필요 없이 하중을 직접 측정할 수 있습니다. 병렬 전자석 진동 로딩 모듈은 최대 20N의 원하는 진폭과 최대 150Hz의 주파수를 잘 제어된 진동에 적용합니다.

마찰은 상부 홀더에 가해지는 측면 힘에서 직접 높은 정확도로 측정됩니다. 변위는 현장에서 모니터링되어 테스트 샘플의 마모 거동 변화에 대한 통찰력을 제공합니다. 제어된 진동 하중 하의 마모 테스트는 부식, 고온, 습도 및 윤활 환경에서 수행되어 마찰 공학 응용 분야의 실제 작업 조건을 시뮬레이션할 수도 있습니다. 통합된 고속 비접촉 프로파일로미터 몇 초 안에 마모 트랙 형태와 마모량을 자동으로 측정합니다.

측정 목표

이 연구에서는 제어된 진동 하중 조건에서 다양한 코팅 및 금속 시료의 마찰 거동을 연구하는 데 있어 나노베아 T2000 동적 하중 트라이보미터의 성능을 소개합니다.

 

테스트 절차

300 µm 두께의 내마모성 코팅의 마찰 계수, COF 및 내마모성과 같은 마찰 거동을 평가하고 나노베아 T2000 트라이보미터와 ASTM G992에 따른 핀 온 디스크 설정을 사용하는 기존 무부하 트라이보미터를 비교했습니다.

제어된 진동 하에서 6mm Al²O₃ 볼에 대해 별도의 Cu 및 TiN 코팅 샘플을 Nanovea T2000 마찰계의 동적 부하 마찰학 모드로 평가했습니다.

테스트 매개변수는 표 1에 요약되어 있습니다.

라인 센서가 장착된 통합 3D 프로파일로미터는 테스트 후 마모 트랙을 자동으로 스캔하여 몇 초 만에 가장 정확한 마모량 측정을 제공합니다.

결과 및 토론

 

공압식 로딩 시스템과 데드로드 시스템 비교

 

나노베아 T2000 트라이보미터를 사용한 내마모성 코팅의 마찰 거동을 기존의 사하중(DL) 트라이보미터와 비교합니다. 코팅의 COF 변화는 그림 2에 나와 있습니다. 마모 테스트 동안 코팅이 ~0.6의 비슷한 COF 값을 나타내는 것을 관찰했습니다. 그러나 그림 3의 마모 트랙의 여러 위치에서 20개의 단면 프로파일을 보면 코팅이 사하중 시스템 하에서 훨씬 더 심한 마모를 경험했음을 알 수 있습니다.

높은 하중과 속도에서 데드 로드 시스템의 마모 과정에서 강렬한 진동이 발생했습니다. 높은 슬라이딩 속도와 결합된 접촉면에 집중된 엄청난 압력은 상당한 무게와 구조물 진동을 발생시켜 마모를 가속화합니다. 기존의 부하시 트라이보미터는 질량 추를 사용하여 하중을 가합니다. 이 방법은 경미한 마모 조건에서 낮은 접촉 하중에서는 신뢰할 수 있지만, 더 높은 하중과 속도의 공격적인 마모 조건에서는 상당한 진동으로 인해 무게추가 반복적으로 튕겨져 고르지 않은 마모 트랙이 발생하여 신뢰할 수 없는 마찰 평가를 초래합니다. 계산된 마모율은 8.0±2.4 x 10-4 mm3/N m로 높은 마모율과 큰 표준 편차를 보여줍니다.

나노베아 T2000 트라이보미터는 동적 제어 하중 시스템으로 설계되어 진동을 감쇠시킵니다. 이 시스템은 압축 공기로 정상 하중을 가하여 마모 과정에서 발생하는 원치 않는 진동을 최소화합니다. 또한 액티브 폐쇄 루프 하중 제어를 통해 마모 테스트 내내 일정한 하중이 적용되고 스타일러스가 마모 트랙의 깊이 변화를 따라갑니다. 그림 3a와 같이 훨씬 더 일관된 마모 트랙 프로파일이 측정되어 3.4±0.5 x 10-4 mm3/N m의 낮은 마모율을 기록합니다.

그림 4에 표시된 마모 트랙 분석은 나노베아 T2000 트라이보미터의 공압 압축 공기 로딩 시스템으로 수행된 마모 테스트가 기존의 무부하 트라이보미터에 비해 더 부드럽고 일관된 마모 트랙을 생성한다는 것을 확인시켜 줍니다. 또한 나노베아 T2000 트라이보미터는 마모 프로세스 동안 스타일러스 변위를 측정하여 현장에서의 마모 진행 상황에 대한 추가 통찰력을 제공합니다.

 

 

Cu 샘플의 마모에 따른 진동 제어

나노베아 T2000 트라이보미터의 병렬 진동 하중 전자석 모듈을 통해 사용자는 제어된 진폭 및 주파수 진동이 재료의 마모 거동에 미치는 영향을 조사할 수 있습니다. 그림 6과 같이 Cu 샘플의 COF는 현장에서 기록됩니다. Cu 샘플은 첫 번째 330회전 측정 동안 ~0.3의 일정한 COF를 나타내며, 이는 계면에서 안정적인 접촉이 형성되고 비교적 매끄러운 마모 트랙이 형성되었음을 나타냅니다. 마모 테스트가 계속됨에 따라 COF의 변화는 마모 메커니즘의 변화를 나타냅니다. 이에 비해 50N에서 5N 진폭 제어 진동 하에서의 마모 테스트는 다른 마모 거동을 보여줍니다. 마모 공정이 시작될 때 COF가 즉시 증가하고 마모 테스트 전반에 걸쳐 상당한 변화를 보입니다. 이러한 COF의 거동은 정상 하중에서 부과된 진동이 접점에서의 불안정한 슬라이딩 상태에 영향을 미친다는 것을 나타냅니다.

그림 7은 통합 비접촉식 광학 프로파일로미터로 측정한 마모 트랙 형태를 비교한 것입니다. 진동 진폭이 5N으로 제어된 Cu 샘플은 진동이 부과되지 않은 5.03 x 108 µm3에 비해 1.35 x 109 µm3의 부피로 훨씬 더 큰 마모 트랙을 나타내는 것을 관찰할 수 있습니다. 제어 진동은 마모 속도를 약 2.7배까지 크게 가속화하여 마모 거동에 대한 진동이 중요한 영향을 미친다는 것을 보여줍니다.

 

TiN 코팅의 마모에 따른 진동 제어

TiN 코팅 샘플의 COF 및 마모 트랙은 그림 8에 나와 있습니다. TiN 코팅은 테스트 중 COF의 변화에서 알 수 있듯이 진동 하에서 상당히 다른 마모 거동을 나타냅니다. TiN 코팅은 마모 테스트 시작 시 런인 기간 이후에도 ~0.3의 일정한 COF를 보이는데, 이는 TiN 코팅과 Al₂O₃ 볼 사이의 계면에서 안정적인 슬라이딩 접촉이 이루어지기 때문입니다. 그러나 TiN 코팅이 실패하기 시작하면 Al₂O₃ 볼이 코팅을 관통하여 그 아래의 새로운 강철 기판으로 미끄러집니다. 동시에 마모 트랙에 상당한 양의 단단한 TiN 코팅 파편이 생성되어 안정적인 2체 슬라이딩 마모가 3체 마모 마모로 전환됩니다. 이러한 재료 커플 특성의 변화는 COF의 진화에서 더 많은 변화를 초래합니다. 5N 및 10N 진동이 가해지면 TiN 코팅 파손이 ~400 회전에서 100 회전 이하로 가속화됩니다. 제어 진동 하에서 마모 테스트 후 TiN 코팅 샘플에서 더 큰 마모 트랙이 나타나는 것은 이러한 COF의 변화와 일치합니다.

결론

나노베아 T2000 트라이보미터의 첨단 공압식 로딩 시스템은 기존의 데드 로드 시스템에 비해 자연적으로 빠른 진동 댐퍼라는 본질적인 이점을 가지고 있습니다. 공압 시스템의 이러한 기술적 장점은 서보 모터와 스프링을 조합하여 하중을 가하는 부하 제어 시스템과 비교할 때 사실입니다. 이 기술은 이 연구에서 입증된 바와 같이 높은 부하에서 안정적이고 더 잘 제어된 마모 평가를 보장합니다. 또한 능동 폐쇄 루프 부하 시스템은 마모 테스트 중에 정상 부하를 원하는 값으로 변경하여 브레이크 시스템에서 볼 수 있는 실제 적용을 시뮬레이션할 수 있습니다.

테스트 중 제어되지 않은 진동 조건의 영향을 받지 않고 나노베아 T2000 동적-하중 트라이보미터를 사용하면 다양한 제어 진동 조건에서 재료의 마찰 거동을 정량적으로 평가할 수 있습니다. 진동은 금속 및 세라믹 코팅 샘플의 마모 거동에 중요한 역할을 합니다.

병렬 전자석 진동 하중 모듈은 설정된 진폭과 주파수에서 정밀하게 제어된 진동을 제공하므로 환경 진동이 중요한 요소인 실제 조건에서 마모 과정을 시뮬레이션할 수 있습니다. 마모 중에 진동이 가해진 경우 Cu와 TiN 코팅 샘플 모두 마모 속도가 상당히 증가했습니다. 마찰 계수의 변화와 현장에서 측정된 스타일러스 변위는 마찰 응용 분야에서 재료의 성능을 나타내는 중요한 지표입니다. 통합된 3D 비접촉식 프로파일로미터는 마모량을 정밀하게 측정하고 마모 트랙의 세부적인 형태를 몇 초 만에 분석할 수 있는 도구를 제공하여 마모 메커니즘에 대한 근본적인 이해에 더 많은 통찰력을 제공합니다.

T2000에는 20비트 내부 속도와 16비트 외부 위치 인코더를 갖춘 자체 튜닝된 고품질, 고토크 모터가 장착되어 있습니다. 이를 통해 트라이보미터는 0.01~5000rpm의 탁월한 회전 속도 범위를 제공할 수 있으며, 단계적으로 점프하거나 연속적으로 변경할 수 있습니다. 하단에 위치한 토크 센서를 사용하는 시스템과 달리 나노베아 트라이보미터는 상단에 위치한 고정밀 로드셀을 사용하여 마찰력을 정확하고 개별적으로 측정합니다.

나노베아 트라이보미터는 ISO 및 ASTM을 준수하는 회전 및 선형 모드(4볼, 스러스트 와셔 및 블록 온 링 테스트 포함)를 사용하여 정밀하고 반복 가능한 마모 및 마찰 테스트를 제공하며, 고온 마모, 윤활 및 트리보 부식 모듈을 하나의 사전 통합된 시스템에서 옵션으로 사용할 수 있습니다. 나노베아 T2000의 탁월한 제품군은 얇거나 두꺼운, 연질 또는 경질 코팅, 필름 및 기판의 모든 범위의 마찰 특성을 측정하는 데 이상적인 솔루션입니다.

이제 애플리케이션에 대해 이야기해 보겠습니다.

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습도가 DLC 코팅 마찰학에 미치는 영향

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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극저속에서의 마찰 평가
 

저속에서의 마찰 평가의 중요성

마찰은 서로 미끄러지는 고체 표면의 상대 운동에 저항하는 힘입니다. 두 접촉면의 상대적인 움직임이 발생하면 계면에서의 마찰로 인해 운동 에너지가 열로 변환됩니다. 이 과정에서 소재가 마모되어 사용 중인 부품의 성능이 저하될 수 있습니다.
신축성이 크고 탄성이 높을 뿐만 아니라 방수성과 내마모성이 뛰어난 고무는 자동차 타이어, 앞 유리 와이퍼 블레이드, 신발 밑창 등 마찰이 중요한 역할을 하는 다양한 응용 분야와 제품에 광범위하게 적용됩니다. 이러한 응용 분야의 특성과 요구 사항에 따라 다양한 재료에 대한 높은 마찰력 또는 낮은 마찰력이 요구됩니다. 따라서 다양한 표면에 대한 고무의 마찰을 제어되고 신뢰할 수 있는 방식으로 측정하는 것이 매우 중요합니다.



측정 목표

다양한 재료에 대한 고무의 마찰 계수(COF)는 Nanovea를 사용하여 제어되고 모니터링되는 방식으로 측정됩니다. 트라이보미터. 본 연구에서는 매우 낮은 속도에서 다양한 재료의 COF를 측정할 수 있는 Nanovea 마찰계의 성능을 소개하고자 합니다.




결과 및 토론

세 가지 재료(스테인리스 스틸 SS 316, Cu 110 및 옵션 아크릴)에 대한 고무 공(직경 6mm, RubberMill)의 마찰 계수(COF)를 나노베아 트라이보미터로 평가했습니다. 테스트된 금속 샘플은 측정 전에 거울과 같은 표면 마감으로 기계적으로 연마되었습니다. 적용된 정상 하중 하에서 고무 볼의 약간의 변형으로 인해 면적 접촉이 발생하여 샘플 표면 마감의 불균일성 또는 불균일성이 COF 측정에 미치는 영향을 줄이는 데 도움이 됩니다. 테스트 파라미터는 표 1에 요약되어 있습니다.


 

네 가지 속도에서 서로 다른 재료에 대한 고무 공의 COF는 그림 2에 나와 있습니다. 2에 표시되어 있으며, 소프트웨어에 의해 자동으로 계산된 평균 COF는 그림 3에 요약되어 비교되어 있습니다. 흥미로운 점은 금속 샘플(SS 316 및 Cu 110)의 경우 회전 속도가 0.01rpm의 매우 낮은 값에서 5rpm으로 증가함에 따라 고무/SS 316 커플의 COF 값이 0.29에서 0.8로, 고무/Cu 110 커플의 경우 0.65에서 1.1로 크게 증가한다는 것입니다. 이 결과는 여러 실험실에서 보고된 결과와 일치합니다. Grosch가 제안한 대로4 고무의 마찰은 주로 두 가지 메커니즘에 의해 결정됩니다: (1) 고무와 다른 재료 사이의 접착력, (2) 표면 이형성으로 인한 고무의 변형으로 인한 에너지 손실. 스칼라마흐5 부드러운 고무 구체와 딱딱한 표면 사이의 계면을 가로질러 카운터 재료에서 고무가 분리되는 파동을 관찰했습니다. 고무가 기판 표면에서 벗겨지는 힘과 분리 파동 속도는 테스트 중 다른 속도에서 다른 마찰을 설명할 수 있습니다.

이에 비해 고무/아크릴 소재 커플은 다양한 회전 속도에서 높은 COF를 나타냅니다. 회전 속도가 0.01rpm에서 5rpm으로 증가함에 따라 COF 값은 ~ 1.02에서 ~ 1.09로 약간 증가합니다. 이러한 높은 COF는 테스트 중에 형성된 접촉면의 국소 화학 결합이 더 강해졌기 때문일 수 있습니다.



 
 

 

 




결론



이 연구에서는 매우 낮은 속도에서 고무가 독특한 마찰 거동을 보이는데, 상대적인 움직임의 속도가 증가함에 따라 딱딱한 표면과의 마찰이 증가한다는 것을 보여줍니다. 고무는 다른 재료 위에서 미끄러질 때 다른 마찰을 보입니다. 나노베아 트라이보미터는 다양한 속도에서 제어 및 모니터링 방식으로 재료의 마찰 특성을 평가할 수 있으므로 사용자는 재료의 마찰 메커니즘에 대한 근본적인 이해를 높이고 목표 마찰 공학 응용 분야에 가장 적합한 재료 조합을 선택할 수 있습니다.

나노베아 트라이보미터는 하나의 사전 통합된 시스템에서 고온 마모, 윤활 및 트리보 부식 모듈(옵션)을 사용할 수 있는 ISO 및 ASTM 준수 회전 및 선형 모드를 사용하여 정밀하고 반복 가능한 마모 및 마찰 테스트를 제공합니다. 이 시스템은 0.01rpm의 극도로 낮은 속도에서 회전 단계를 제어할 수 있으며 현장에서 마찰의 변화를 모니터링할 수 있습니다. 나노비아의 독보적인 제품군은 얇거나 두꺼운, 연질 또는 경질 코팅, 필름 및 기판의 모든 마찰 특성을 측정하는 데 이상적인 솔루션입니다.

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폴리머의 마찰학

소개

폴리머는 다양한 용도로 광범위하게 사용되어 왔으며 일상 생활에서 없어서는 안 될 필수품이 되었습니다. 호박, 실크, 천연 고무와 같은 천연 폴리머는 인류 역사에서 필수적인 역할을 해왔습니다. 합성 폴리머의 제조 공정은 인성, 점탄성, 자체 윤활성 등 고유한 물리적 특성을 달성하기 위해 최적화될 수 있습니다.

폴리머의 마모와 마찰의 중요성

폴리머는 일반적으로 타이어, 베어링 및 컨베이어 벨트와 같은 마찰 응용 분야에 사용됩니다.
폴리머의 기계적 특성, 접촉 조건, 마모 과정에서 형성되는 이물질 또는 전사막의 특성에 따라 다양한 마모 메커니즘이 발생합니다. 폴리머가 서비스 조건에서 충분한 내마모성을 갖도록 하려면 신뢰할 수 있고 정량화할 수 있는 마찰 평가가 필요합니다. 마찰 평가를 통해 다양한 폴리머의 마모 거동을 제어 및 모니터링 방식으로 정량적으로 비교하여 대상 애플리케이션에 적합한 소재 후보를 선택할 수 있습니다.

나노베아 트라이보미터는 ISO 및 ASTM을 준수하는 회전 및 선형 모드를 사용하여 반복 가능한 마모 및 마찰 테스트를 제공하며, 사전 통합된 하나의 시스템에서 고온 마모 및 윤활 모듈을 옵션으로 사용할 수 있습니다. 이 독보적인 제품군을 통해 사용자는 집중 응력, 마모, 고온 등 폴리머의 다양한 작업 환경을 시뮬레이션할 수 있습니다.

측정 목표

이번 연구에서 우리는 Nanovea가 트라이보미터 잘 제어되고 정량적인 방식으로 다양한 폴리머의 마찰 및 내마모성을 비교하는 데 이상적인 도구입니다.

테스트 절차

다양한 일반 폴리머의 마찰 계수(COF)와 내마모성은 Nanovea Tribometer로 평가되었습니다. Al2O3 볼은 카운터 재료(핀, 고정 샘플)로 사용되었습니다. 폴리머의 마모 트랙(동적 회전 샘플)은 다음을 사용하여 측정되었습니다. 비접촉 3D 프로파일로미터 테스트가 끝난 후 광학 현미경. 옵션으로 마모 테스트 중에 핀이 동적 샘플을 관통하는 깊이를 측정하기 위해 비접촉 내시경 센서를 사용할 수 있다는 점에 유의해야 합니다. 시험 변수는 표 1에 요약되어 있습니다. 마모율 K는 K=Vl(Fxs) 공식을 사용하여 평가되었으며, 여기서 V는 마모량, F는 일반 하중, s는 슬라이딩 거리입니다.

이 연구에서는 Al2O3 볼을 카운터 재료로 사용했습니다. 실제 적용 조건에서 두 시편의 성능을 보다 면밀히 시뮬레이션하기 위해 다른 고체 재료로 대체할 수 있습니다.

결과 및 토론

마모율은 재료의 서비스 수명을 결정하는 데 중요한 요소이며 마찰은 마찰 응용 분야에서 중요한 역할을 합니다. 그림 2는 마모 테스트 중 Al2O3 볼에 대한 다양한 폴리머의 COF 변화를 비교한 것입니다. COF는 고장이 발생하고 마모 공정이 새로운 단계로 진입하는 시점을 나타내는 지표로 작용합니다. 테스트된 폴리머 중 HDPE는 마모 테스트 내내 ~0.15의 가장 낮은 일정한 COF를 유지했습니다. 부드러운 COF는 안정적인 트라이보 접촉이 형성되었음을 의미합니다.

그림 3과 그림 4는 광학 현미경으로 테스트를 측정한 후 폴리머 샘플의 마모 트랙을 비교한 것입니다. 현장 비접촉식 3D 프로파일로미터는 폴리머 샘플의 마모량을 정밀하게 측정하여 각각 0.0029, 0.0020 및 0.0032m3/N m의 마모율을 정확하게 계산할 수 있습니다. 이에 비해 CPVC 샘플은 0.1121m3/N m의 가장 높은 마모율을 보였으며, CPVC의 마모 트랙에는 깊은 평행 마모 흉터가 존재합니다.

결론

폴리머의 내마모성은 서비스 성능에 중요한 역할을 합니다. 이 연구에서는 나노베아 트라이보미터가 다양한 폴리머의 마찰 계수와 마모율을 평가하는 것을 보여주었습니다.
잘 제어되고 정량적인 방식으로. HDPE는 테스트한 폴리머 중 가장 낮은 0.15의 COF를 보였습니다. HDPE, 나일론 66 및 폴리프로필렌 샘플은 각각 0.0029, 0.0020 및 0.0032 m3/N m의 낮은 마모율을 보였습니다. 낮은 마찰과 뛰어난 내마모성이 결합된 HDPE는 폴리머 마찰 응용 분야에 적합한 후보입니다.

현장 비접촉식 3D 프로파일로미터는 정밀한 마모량 측정이 가능하며 마모 트랙의 세부적인 형태를 분석할 수 있는 도구를 제공하여 마모 메커니즘에 대한 근본적인 이해에 대한 통찰력을 제공합니다.

이제 애플리케이션에 대해 이야기해 보겠습니다.

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