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AR 카테고리: 실험실 테스트
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
이제 애플리케이션에 대해 이야기해 보겠습니다.
비접촉 프로파일 측정을 통한 1페니의 3D 표면 분석
동전에 대한 비접촉 프로파일 측정의 중요성
화폐는 상품이나 서비스와 거래되기 때문에 현대 사회에서 매우 높은 가치를 지니고 있습니다. 동전과 종이 지폐 화폐는 많은 사람들의 손에 유통됩니다. 물리적 통화의 지속적인 이동은 표면 변형을 만듭니다. 나노베아의 3D 프로파일 미터 다양한 연도에 주조된 동전의 지형을 스캔하여 표면 차이를 조사합니다.
동전의 특징은 공통된 물건이기 때문에 일반 대중이 쉽게 알아볼 수 있습니다. 1페니는 Nanovea의 고급 표면 분석 소프트웨어인 Mountains 3D의 장점을 소개하는 데 이상적입니다. 3D 프로파일로미터로 수집된 표면 데이터를 사용하면 표면 빼기 및 2D 윤곽 추출을 통해 복잡한 형상에 대한 높은 수준의 분석이 가능합니다. 제어된 마스크, 스탬프 또는 몰드를 사용한 표면 추출은 제조 공정의 품질을 비교하는 반면, 윤곽선 추출은 치수 분석을 통해 공차를 식별합니다. Nanovea의 3D 프로파일로미터 및 Mountains 3D 소프트웨어는 동전과 같이 겉으로는 단순해 보이는 물체의 미크론 미만 지형을 조사합니다.
측정 목표
나노비아의 고속 라인 센서를 사용하여 5페니의 전체 윗면을 스캔했습니다. 각 페니의 내부 및 외부 반경은 마운틴 고급 분석 소프트웨어를 사용하여 측정했습니다. 관심 영역의 각 페니 표면에서 직접 표면 감산을 통해 표면 변형을 정량화했습니다.
결과 및 토론
3D 표면
나노베아 HS2000 프로파일로미터는 10um x 10um 스텝 크기로 20mm x 20mm 영역에서 4백만 개의 포인트를 스캔하여 동전 표면을 획득하는 데 24초밖에 걸리지 않았습니다. 아래는 스캔의 높이 맵과 3D 시각화입니다. 3D 보기는 눈으로 감지할 수 없는 작은 디테일까지 포착하는 고속 센서의 능력을 보여줍니다. 동전 표면 전체에 작은 스크래치가 많이 보입니다. 3D 보기에서 보이는 동전의 질감과 거칠기를 조사합니다.
차원 분석
페니의 윤곽을 추출하고 치수 분석을 통해 가장자리 피처의 내경과 외경을 얻었습니다. 외경은 평균 9.500mm ± 0.024, 내경은 평균 8.960mm ± 0.032였습니다. 2D 및 3D 데이터 소스에서 마운틴 3D가 수행할 수 있는 추가 치수 분석은 거리 측정, 단차 높이, 평탄도 및 각도 계산입니다.
표면 빼기
그림 5는 표면 차감 분석의 관심 영역을 보여줍니다. 2007년 페니는 4개의 오래된 페니에 대한 기준 표면으로 사용되었습니다. 2007년 동전 표면에서 표면 빼기는 구멍/피크가 있는 동전 간의 차이를 보여줍니다. 총 표면 부피 차이는 구멍/피크의 부피를 더하여 얻습니다. RMS 오차는 페니 표면이 서로 얼마나 밀접하게 일치하는지를 나타냅니다.
결론
나노비아의 고속 HS2000L은 서로 다른 해에 주조된 5페니 동전 5개를 스캔했습니다. 마운틴 3D 소프트웨어는 윤곽 추출, 치수 분석 및 표면 감산을 사용하여 각 동전의 표면을 비교했습니다. 이 분석은 동전 사이의 내부 및 외부 반경을 명확하게 정의하는 동시에 표면 특징 차이를 직접 비교합니다. 나노미터 수준의 해상도로 모든 표면을 측정할 수 있는 나노베아 3D 프로파일로미터의 기능과 마운틴 3D 분석 기능을 결합하면 연구 및 품질 관리 분야에서 활용할 수 있는 응용 분야는 무궁무진합니다.
이제 애플리케이션에 대해 이야기해 보겠습니다.
폴리머 튜브의 치수 및 표면 마감 처리
고분자 튜브의 치수 및 표면 분석의 중요성
고분자 재료로 만든 튜브는 자동차, 의료, 전기 및 기타 다양한 산업 분야에서 일반적으로 사용됩니다. 본 연구에서는 Nanovea를 사용하여 다양한 고분자 재료로 만들어진 의료용 카테터를 연구했습니다. 3D 비접촉 프로파일로미터 를 사용하여 표면 거칠기, 형태 및 치수를 측정합니다. 감염, 물리적 외상, 염증 등 카테터와 관련된 많은 문제가 카테터 표면과 관련이 있을 수 있으므로 표면 거칠기는 카테터에 매우 중요합니다. 마찰 계수와 같은 기계적 특성도 표면 특성을 관찰하여 연구할 수 있습니다. 이러한 정량화 가능한 데이터를 통해 카테터를 의료용으로 사용할 수 있는지 확인할 수 있습니다.
광학 현미경 및 전자 현미경에 비해 축색법을 사용하는 3D 비접촉식 프로파일 분석은 각도/곡률 측정, 투명도 또는 반사율에 관계없이 재료 표면을 측정할 수 있는 능력, 최소한의 샘플 준비, 비침습적 특성으로 인해 카테터 표면을 특성화하는 데 매우 선호됩니다. 기존 광학 현미경과 달리 표면의 높이를 얻어 치수를 구하고 형태를 제거하여 표면 거칠기를 찾는 등 계산 분석에 사용할 수 있습니다. 전자 현미경과 달리 시료 전처리가 거의 필요 없고 비접촉식이기 때문에 시료 전처리로 인한 오염과 오류의 우려 없이 신속하게 데이터를 수집할 수 있습니다.
측정 목표
이 애플리케이션에서는 나노베아 3D 비접촉식 프로파일로미터를 사용하여 TPE(열가소성 엘라스토머)로 제작된 카테터와 PVC(폴리염화비닐)로 제작된 카테터 두 개의 표면을 스캔합니다. 두 카테터의 형태, 방사형 치수 및 높이 매개변수를 얻고 비교합니다.
결과 및 토론
3D 표면
나노베아 3D 비접촉식 프로파일로미터는 폴리머 튜브의 곡률에도 불구하고 카테터 표면을 스캔할 수 있습니다. 스캔이 완료되면 3D 이미지를 얻어 표면을 빠르고 직접 육안으로 검사할 수 있습니다.
2D 차원 분석
외부 반경 치수는 원본 스캔에서 프로파일을 추출하고 프로파일에 호를 맞춤으로써 얻었습니다. 이는 품질 관리 애플리케이션을 위한 빠른 치수 분석을 수행하는 3D 비접촉식 프로파일로미터의 능력을 보여줍니다. 카테터 길이를 따라 여러 개의 프로파일을 쉽게 얻을 수도 있습니다.
표면 분석 거칠기
외부 반경 치수는 원본 스캔에서 프로파일을 추출하고 프로파일에 호를 맞춤으로써 얻었습니다. 이는 품질 관리 애플리케이션을 위한 빠른 치수 분석을 수행하는 3D 비접촉식 프로파일로미터의 능력을 보여줍니다. 카테터 길이를 따라 여러 개의 프로파일을 쉽게 얻을 수도 있습니다.
결론
이 애플리케이션에서는 나노비아 3D 비접촉식 프로파일로미터를 사용하여 폴리머 튜브를 특성화하는 방법을 보여주었습니다. 특히 의료용 카테터에 대한 표면 계측, 반경 치수 및 표면 거칠기를 얻었습니다. TPE 카테터의 외부 반경은 2.40mm, PVC 카테터는 1.27mm로 확인되었습니다. TPE 카테터의 표면이 PVC 카테터보다 거칠다는 것을 알 수 있었습니다. TPE의 표면 거칠기(Sa)는 0.9740µm로 PVC의 0.1791µm에 비해 높았습니다. 이 응용 분야에는 의료용 카테터가 사용되었지만 3D 비접촉식 프로파일 측정은 다양한 표면에도 적용될 수 있습니다. 얻을 수 있는 데이터와 계산은 표시된 것에 국한되지 않습니다.
이제 애플리케이션에 대해 이야기해 보겠습니다.
나노 인덴테이션을 이용한 치아 경도 평가
바이오 소재를 위한 나노인덴테이션의 중요성
기존의 많은 기계적 테스트(경도, 접착력, 압축, 펑크, 항복 강도 등)를 통해 젤에서 부서지기 쉬운 재료에 이르기까지 첨단 민감 재료를 사용하는 오늘날의 품질 관리 환경에서는 이제 더 높은 정밀도와 신뢰성 제어가 요구됩니다. 기존의 기계식 계측기는 벌크 재료에 사용하도록 설계되어 필요한 민감한 부하 제어 및 분해능을 제공하지 못합니다. 테스트 대상 재료의 크기에 대한 관심이 높아짐에 따라 다음과 같은 개발이 이루어졌습니다. 나노 인덴테이션 는 생체 재료 연구와 같이 작은 표면에서 필수적인 기계적 정보를 얻을 수 있는 신뢰할 수 있는 방법을 제공했습니다. 특히 생체 재료와 관련된 문제로 인해 매우 부드럽거나 부서지기 쉬운 재료에 대한 정확한 하중 제어가 가능한 기계적 테스트의 개발이 필요했습니다. 또한 다양한 기계적 테스트를 수행하기 위해서는 여러 대의 장비가 필요하지만 이제 단일 시스템에서 수행할 수 있습니다. 나노인덴테이션은 민감한 어플리케이션을 위해 나노 제어 하중에서 정밀한 분해능으로 광범위한 측정을 제공합니다.
측정 목표
이 애플리케이션에서 나노베아 기계 테스터, 나노압입 모드에서는 치아의 상아질, 충치 및 치수의 경도와 탄성 계수를 연구하는 데 사용됩니다. Nanoindentation 테스트에서 가장 중요한 측면은 샘플을 확보하는 것입니다. 여기서는 테스트를 위해 세 가지 관심 영역을 모두 노출시킨 채로 얇게 썬 치아와 에폭시를 장착했습니다.
결과 및 토론
이 섹션에는 여러 샘플의 주요 수치 결과를 비교하는 요약 표와 각 압입을 포함한 전체 결과 목록이 압입의 현미경 사진과 함께 제공됩니다(가능한 경우). 이러한 전체 결과에는 경도 및 영 계수의 측정값이 평균 및 표준 편차와 함께 침투 깊이로 표시됩니다. 표면 거칠기가 압흔과 동일한 크기 범위에 있는 경우 결과에 큰 편차가 발생할 수 있다는 점을 고려해야 합니다.
주요 수치 결과 요약 표입니다:
결론
결론적으로, 나노인덴테이션 모드에서 나노베아 메카니컬 테스터가 치아의 기계적 특성을 정밀하게 측정하는 방법을 살펴보았습니다. 이 데이터는 실제 치아의 기계적 특성과 더 잘 일치하는 충전재를 개발하는 데 사용할 수 있습니다. 나노베아 메카니컬 테스터의 포지셔닝 기능을 통해 다양한 영역에 걸쳐 치아의 경도를 완벽하게 매핑할 수 있습니다.
동일한 시스템을 사용하여 최대 200N의 높은 하중에서 치아 재료 파단 인성을 테스트할 수 있습니다. 다공성 재료에 대해 다중 사이클 하중 테스트를 사용하여 남은 탄성 수준을 평가할 수 있습니다. 평평한 원통형 다이아몬드 팁을 사용하면 각 영역의 항복 강도 정보를 얻을 수 있습니다. 또한 DMA "동적 기계 분석"을 사용하면 손실 및 저장 계수를 포함한 점탄성 특성을 평가할 수 있습니다.
나노베아 나노 모듈은 고유한 피드백 응답을 사용하여 가해지는 하중을 정밀하게 제어하기 때문에 이러한 테스트에 이상적입니다. 이 때문에 나노 모듈은 정확한 나노 스크래치 테스트에도 사용할 수 있습니다. 치아 재료와 충전재의 스크래치 및 내마모성에 대한 연구는 기계식 테스터의 전반적인 유용성을 더합니다. 날카로운 2미크론 팁을 사용하여 충전재의 마모를 정량적으로 비교하면 실제 적용 시 거동을 더 잘 예측할 수 있습니다. 멀티 패스 마모 또는 직접 회전 마모 테스트도 장기적인 생존 가능성에 대한 중요한 정보를 제공하는 일반적인 테스트입니다.
이제 애플리케이션에 대해 이야기해 보겠습니다.
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.
이제 애플리케이션에 대해 이야기해 보겠습니다.
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.
3D 프로파일 측정을 통한 허니콤 패널 표면 마감
소개
허니콤 패널 표면의 거칠기, 다공성 및 질감은 최종 패널 설계를 위해 정량화해야 하는 중요한 요소입니다. 이러한 표면 품질은 패널 표면의 미적 및 기능적 특성과 직접적인 상관관계가 있습니다. 표면 질감과 다공성을 더 잘 이해하면 패널 표면 처리 및 제조 가능성을 최적화하는 데 도움이 될 수 있습니다. 허니콤 패널의 정량적이고 정밀하며 신뢰할 수 있는 표면 측정은 애플리케이션 및 도장 요구 사항에 대한 표면 매개변수를 제어하는 데 필요합니다. 나노비아 3D 비접촉 센서는 이러한 패널 표면을 정밀하게 측정할 수 있는 고유한 색채 공초점 기술을 활용합니다.
측정 목표
본 연구에서는 고속 라인 센서가 장착된 Nanovea HS2000 플랫폼을 사용하여 표면 마감이 다른 두 개의 허니컴 패널을 측정하고 비교했습니다. 나노베아를 선보입니다. 비접촉 프로파일로미터빠르고 정확한 3D 프로파일링 측정과 표면 마감에 대한 포괄적이고 심층적인 분석을 제공하는 의 능력입니다.
결과 및 토론
다양한 표면 마감을 가진 두 개의 허니콤 패널 샘플, 즉 샘플 1과 샘플 2의 표면을 측정했습니다. 샘플 1과 샘플 2 표면의 가색 및 3D 뷰는 각각 그림 3과 그림 4에 나와 있습니다. 거칠기 및 평탄도 값은 고급 분석 소프트웨어로 계산되었으며 표 1에서 비교됩니다. 샘플 2는 샘플 1에 비해 더 다공성 표면을 나타냅니다. 그 결과, 샘플 2의 거칠기 Sa는 14.7µm로 샘플 1의 Sa 값인 4.27µm에 비해 더 높습니다.
벌집 패널 표면의 2D 프로파일을 그림 5에서 비교하여 샘플 표면의 여러 위치에서 높이 변화를 시각적으로 비교할 수 있습니다. 샘플 1은 가장 높은 피크와 가장 낮은 골짜기 위치 사이에 약 25µm의 높이 변화가 있음을 관찰할 수 있습니다. 반면에 샘플 2는 2D 프로파일 전체에 걸쳐 여러 개의 깊은 기공을 보여줍니다. 고급 분석 소프트웨어는 그림 4.b 샘플 2의 표에 표시된 것처럼 상대적으로 깊은 6개의 기공을 자동으로 찾아 깊이를 측정할 수 있는 기능을 갖추고 있습니다. 6개의 기공 중 가장 깊은 기공은 최대 깊이가 거의 90µm에 달합니다(4단계).
샘플 2의 기공 크기와 분포를 추가로 조사하기 위해 기공 평가를 수행하고 다음 섹션에서 논의했습니다. 슬라이스 보기는 그림 5에 표시되어 있으며 결과는 표 2에 요약되어 있습니다. 그림 5에서 파란색으로 표시된 기공이 샘플 표면에 비교적 균일하게 분포되어 있는 것을 관찰할 수 있습니다. 기공의 투영 면적은 전체 샘플 표면의 18.9%를 차지합니다. 전체 기공의 mm²당 부피는 ~0.06 mm³입니다. 기공의 평균 깊이는 42.2 µm이고 최대 깊이는 108.1 µm입니다.
결론
이 애플리케이션에서는 고속 라인 센서가 장착된 나노베아 HS2000 플랫폼이 허니콤 패널 샘플의 표면 마감을 빠르고 정확하게 분석하고 비교하는 데 이상적인 도구임을 보여주었습니다. 고급 분석 소프트웨어와 결합된 고해상도 프로파일 측정 스캔을 통해 허니콤 패널 샘플의 표면 마감을 종합적이고 정량적으로 평가할 수 있습니다.
여기에 표시된 데이터는 분석 소프트웨어에서 사용할 수 있는 계산의 일부에 불과합니다. 나노베아 프로파일로미터는 반도체, 마이크로전자, 태양광, 광섬유, 자동차, 항공우주, 야금, 기계 가공, 코팅, 제약, 생의학, 환경 및 기타 여러 산업 분야의 광범위한 응용 분야에서 거의 모든 표면을 측정합니다.
이제 애플리케이션에 대해 이야기해 보겠습니다.
나노 인덴테이션을 이용한 스트레스 이완 측정
소개
점탄성 소재는 점성과 탄성 소재 특성을 모두 가지고 있는 것이 특징입니다. 이러한 소재는 일정한 변형 하에서 시간에 따른 응력 감소(응력 '이완')가 발생하여 초기 접촉력이 크게 손실될 수 있습니다. 응력 이완은 재료의 유형, 질감, 온도, 초기 응력 및 시간에 따라 달라집니다. 응력 이완을 이해하는 것은 특정 용도에 필요한 강도와 유연성(이완)을 갖춘 최적의 소재를 선택하는 데 매우 중요합니다.
스트레스 이완 측정의 중요성
ASTM E328i, "재료 및 구조물의 응력 이완을 위한 표준 시험 방법"에 따라, 압자를 사용하여 재료 또는 구조물에 미리 정해진 최대 힘에 도달할 때까지 처음에는 외력을 가합니다. 최대 힘에 도달하면 압자의 위치는 이 깊이에서 일정하게 유지됩니다. 그런 다음 압자의 위치를 유지하는 데 필요한 외력의 변화를 시간에 따른 함수로 측정합니다. 응력 이완 테스트의 어려움은 깊이를 일정하게 유지하는 것입니다. 나노베아 기계식 테스터의 나노 인덴테이션 모듈은 압전 액추에이터로 깊이에 대한 폐쇄형(피드백) 루프 제어를 적용하여 응력 이완을 정확하게 측정합니다. 액추에이터는 실시간으로 반응하여 깊이를 일정하게 유지하며, 고감도 하중 센서가 하중 변화를 측정하고 기록합니다. 이 테스트는 엄격한 샘플 치수 요구 사항 없이 거의 모든 유형의 재료에 대해 수행할 수 있습니다. 또한 단일 평면 시료에 대해 여러 테스트를 수행하여 테스트 반복성을 보장할 수 있습니다.
측정 목표
이 응용 분야에서 Nanovea Mechanical Tester의 나노인덴테이션 모듈은 아크릴 및 구리 샘플의 응력 완화 동작을 측정합니다. 나노베아(Nanovea)를 선보입니다. 기계 테스터 폴리머 및 금속 재료의 시간에 따른 점탄성 거동을 평가하는 데 이상적인 도구입니다.
테스트 조건
아크릴과 구리 시료의 응력 완화는 나노베아 메카니컬 테스터의 나노 압입 모듈로 측정했습니다. 1 ~ 10 µm/분 범위의 다양한 압입 하중 속도가 적용되었습니다. 목표 최대 하중에 도달하면 고정된 깊이에서 이완을 측정했습니다. 고정 깊이에서 100초의 유지 기간을 구현하고 유지 시간이 경과함에 따라 하중의 변화를 기록했습니다. 모든 테스트는 주변 조건(실온 23°C)에서 수행되었으며 압입 테스트 매개변수는 표 1에 요약되어 있습니다.
결과 및 토론
그림 2 은 아크릴 시료의 응력 완화 측정 중 시간에 따른 변위 및 하중의 변화와 3µm/min의 압입 하중 속도를 예로 보여줍니다. 이 테스트의 전체 과정은 세 단계로 나눌 수 있습니다: 로딩, 이완 및 언로딩. 로딩 단계에서는 하중이 점진적으로 증가함에 따라 깊이가 선형적으로 증가했습니다. 최대 하중에 도달하면 이완 단계가 시작되었습니다. 이 단계에서는 계측기의 폐쇄 피드백 루프 수심 제어 기능을 사용하여 100초 동안 일정한 수심을 유지했으며 시간이 지남에 따라 하중이 감소하는 것을 관찰했습니다. 전체 테스트는 아크릴 샘플에서 압자를 제거하기 위한 언로딩 단계로 마무리되었습니다.
동일한 압자 하중 속도를 사용하되 이완(크리프) 기간을 제외한 추가 압자 테스트를 수행했습니다. 이러한 테스트에서 하중 대 변위 플롯을 획득하여 아크릴 및 구리 샘플에 대한 그림 3의 그래프에 결합했습니다. 압자 로딩 속도가 10µm/min에서 1µm/min으로 감소함에 따라 하중-변위 곡선은 아크릴과 구리 모두에서 더 높은 침투 깊이를 향해 점진적으로 이동했습니다. 이러한 시간 의존적 변형률 증가는 재료의 점탄성 크리프 효과로 인해 발생합니다. 하중 속도가 낮을수록 점탄성 소재가 외부 응력에 반응하고 그에 따라 변형할 수 있는 시간이 더 길어집니다.
다양한 압입 하중 속도를 사용하여 일정한 변형률에서 하중의 변화를 테스트한 두 재료에 대해 그림 4에 표시했습니다. 하중은 테스트의 이완 단계(100초 유지 기간)의 초기 단계에서 더 빠른 속도로 감소했으며 유지 시간이 최대 50초에 도달하면 속도가 느려졌습니다. 폴리머 및 금속과 같은 점탄성 소재는 압입 하중이 높을 때 하중 손실률이 더 크게 나타납니다. 압입 하중 속도가 1에서 10µm/min으로 증가함에 따라 이완 중 하중 손실률은 아크릴의 경우 51.5에서 103.2mN으로, 구리의 경우 15.0에서 27.4mN으로 각각 증가했으며, 이는 다음과 같이 요약할 수 있습니다. 그림 5.
ASTM 표준 E328ii에서 언급했듯이 응력 완화 테스트에서 발생하는 주요 문제는 기기가 일정한 변형률/깊이를 유지하지 못한다는 것입니다. 나노베아 기계식 테스터는 고속 작동 압전 액추에이터와 독립 커패시터 깊이 센서 사이의 깊이에 대한 폐쇄 피드백 루프 제어를 적용할 수 있기 때문에 매우 정확한 응력 완화 측정값을 제공합니다. 이완 단계 동안 압전 액추에이터는 압자를 조정하여 실시간으로 일정한 깊이 제약을 유지하며, 독립적인 고정밀 하중 센서가 하중 변화를 측정하고 기록합니다.
결론
아크릴과 구리 시료의 응력 완화는 다양한 하중 속도에서 나노베아 기계 시험기의 나노인덴테이션 모듈을 사용하여 측정되었습니다. 하중을 가하는 동안 재료의 크리프 효과로 인해 낮은 하중 속도로 압입을 수행하면 더 큰 최대 깊이에 도달할 수 있습니다. 아크릴과 구리 시료 모두 목표 최대 하중에서 압흔 위치를 일정하게 유지하면 응력 완화 거동을 나타냅니다. 압입 하중 속도가 높은 테스트에서 이완 단계 동안 하중 손실의 더 큰 변화가 관찰되었습니다.
나노베아 기계식 테스터가 생산하는 응력 완화 테스트는 폴리머 및 금속 재료의 시간 의존적 점탄성 거동을 정량화하고 안정적으로 측정할 수 있는 계측기 기능을 보여줍니다. 이 제품은 단일 플랫폼에 타의 추종을 불허하는 다기능 나노 및 마이크로 모듈을 갖추고 있습니다. 습도 및 온도 제어 모듈을 이 기기와 함께 사용하면 다양한 산업에 적용할 수 있는 환경 테스트 기능을 사용할 수 있습니다. 나노 및 마이크로 모듈에는 스크래치 테스트, 경도 테스트, 마모 테스트 모드가 포함되어 있어 단일 시스템에서 가장 광범위하고 사용자 친화적인 기계 테스트 기능을 제공합니다.
이제 애플리케이션에 대해 이야기해 보겠습니다.
스크래치 테스트를 사용한 코팅 실패 이해
소개:
재료의 표면 공학은 장식적인 외관부터 마모, 부식 및 기타 형태의 공격으로부터 기판을 보호하는 것까지 다양한 기능적 응용 분야에서 중요한 역할을 합니다. 코팅의 품질과 서비스 수명을 결정하는 중요하고 가장 중요한 요소는 응집력과 접착력입니다.
비접촉식 프로파일 측정 기능을 갖춘 고속 스캐닝
소개:
빠르고 쉬운 설정 표면 측정은 시간과 노력을 절약해 주며 품질 관리, 연구 개발, 생산 시설에 필수적입니다. 나노베아 비접촉 프로파일로미터 3D 및 2D 표면 스캔을 모두 수행하여 모든 표면에서 나노부터 매크로까지의 특징을 측정할 수 있어 광범위한 유용성을 제공합니다.
