PL 
EN 
ES 
DE 
FR 
IT 
ZH 
JA 
PT 
TR 
KO 
AR Archiwa miesiąca: luty 2020
Wpływ wilgotności na trybologię powłok DLC
Znaczenie oceny zużycia płyt DLC w warunkach wilgotności
Powłoki z węgla diamentopodobnego (DLC) charakteryzują się podwyższonymi właściwościami tribologicznymi, a mianowicie doskonałą odpornością na zużycie i bardzo niskim współczynnikiem tarcia (COF). Powłoki DLC nadają właściwości diamentu po osadzeniu na różnych materiałach. Korzystne właściwości trybomechaniczne sprawiają, że powłoki DLC są preferowane w różnych zastosowaniach przemysłowych, takich jak części lotnicze, żyletki, narzędzia do cięcia metalu, łożyska, silniki motocykli i implanty medyczne.
Powłoki DLC wykazują bardzo niski współczynnik COF (poniżej 0,1) w stosunku do kulek stalowych w warunkach wysokiej próżni i suchości12. Powłoki DLC są jednak wrażliwe na zmiany warunków środowiskowych, zwłaszcza wilgotności względnej (RH)3. Środowiska o dużej wilgotności i stężeniu tlenu mogą prowadzić do znacznego wzrostu COF4. Niezawodna ocena zużycia w kontrolowanej wilgotności symuluje realistyczne warunki środowiskowe powłok DLC do zastosowań tribologicznych. Użytkownicy wybierają najlepsze powłoki DLC do zastosowań docelowych, po odpowiednim porównaniu
zużycia DLC w warunkach różnej wilgotności.
Cel pomiaru
W tym badaniu zaprezentowano Nanoveę Tribometr wyposażony w regulator wilgotności jest idealnym narzędziem do badania zużycia powłok DLC przy różnej wilgotności względnej.
Procedura badania
Odporność na tarcie i zużycie powłok DLC oceniano za pomocą Tribometru Nanovea. Parametry testu zestawiono w tabeli 1. Zamontowany w trybokomorze regulator wilgotności precyzyjnie kontrolował wilgotność względną (RH) z dokładnością ±1%. Po badaniach zbadano ślady zużycia na powłokach DLC oraz ślady zużycia na kulkach SiN za pomocą mikroskopu optycznego.
Uwaga: Do symulacji działania sprzęgła z różnych materiałów w warunkach środowiskowych, np. w smarze lub w wysokiej temperaturze, można zastosować dowolny materiał, z którego wykonane są kulki.
Wyniki i dyskusja
Powłoki DLC są doskonałe do zastosowań trybologicznych ze względu na ich niskie tarcie i doskonałą odporność na zużycie. Tarcie powłoki DLC wykazuje zachowanie zależne od wilgotności, co przedstawiono na rysunku 2. Powłoka DLC wykazuje bardzo niski współczynnik COF wynoszący ~0,05 podczas całego testu zużycia w warunkach stosunkowo suchych (10% RH). W miarę wzrostu wilgotności względnej do 30% powłoka DLC wykazuje stały współczynnik COF wynoszący ~0,1 podczas testu. Początkowy etap docierania COF jest obserwowany w pierwszych 2000 obrotach, gdy RH wzrasta powyżej 50%. Powłoka DLC wykazuje maksymalny COF wynoszący ~0,20, ~0,26 i ~0,33 przy RH odpowiednio 50, 70 i 90%. Po okresie docierania, COF powłoki DLC pozostaje na stałym poziomie ~0,11, 0,13 i 0,20 przy RH odpowiednio 50, 70 i 90%.
Na rysunku 3 porównano blizny po zużyciu kulek SiN, a na rysunku 4 ślady zużycia powłoki DLC po testach zużycia. Średnica blizny po zużyciu była mniejsza, gdy powłoka DLC była wystawiona na działanie środowiska o niskiej wilgotności. Transferowa warstwa DLC gromadzi się na powierzchni kulki SiN podczas powtarzającego się procesu ślizgania na powierzchni styku. Na tym etapie powłoka DLC ślizga się względem własnej warstwy transferowej, która działa jako skuteczny środek smarny ułatwiający ruch względny i powstrzymujący dalszą utratę masy spowodowaną odkształceniem ścinającym. Warstwa transferowa jest obserwowana w bliźnie po zużyciu kulki SiN w środowiskach o niskiej wilgotności względnej (np. 10% i 30%), co powoduje spowolnienie procesu zużycia kulki. Ten proces zużycia odbija się na morfologii śladu zużycia powłoki DLC, jak pokazano na rysunku 4. Powłoka DLC wykazuje mniejszy ślad zużycia w środowisku suchym, ze względu na tworzenie się stabilnego filmu transferowego DLC na interfejsie kontaktowym, co znacznie zmniejsza tarcie i szybkość zużycia.
Wniosek
Wilgotność odgrywa kluczową rolę w działaniu tribologicznym powłok DLC. Powłoka DLC charakteryzuje się znacznie zwiększoną odpornością na zużycie i wyjątkowo niskim tarciem w warunkach suchych dzięki utworzeniu stabilnej warstwy grafitowej przeniesionej na element ślizgowy (w tym badaniu kulka SiN). Powłoka DLC ślizga się po własnej warstwie transferowej, która działa jak skuteczny środek smarny, ułatwiając ruch względny i powstrzymując dalszą utratę masy spowodowaną odkształceniem ścinającym. Wraz ze wzrostem wilgotności względnej na kulce SiN nie pojawia się film, co prowadzi do zwiększonego zużycia kulki SiN i powłoki DLC.
Trybometr Nanovea umożliwia powtarzalne badania zużycia i tarcia przy użyciu trybów obrotowych i liniowych zgodnych z normami ISO i ASTM, z opcjonalnymi modułami wilgotności dostępnymi w jednym wstępnie zintegrowanym systemie. Pozwala użytkownikom symulować środowisko pracy przy różnej wilgotności, zapewniając użytkownikom idealne narzędzie do ilościowej oceny zachowań tribologicznych materiałów w różnych warunkach pracy.
Dowiedz się więcej o trybometrze Nanovea i usługach laboratoryjnych
1 C. Donnet, Surf. Coat. Technol. 100-101 (1998) 180.
2 K. Miyoshi, B. Pohlchuck, K.W. Street, J.S. Zabinski, J.H. Sanders, A.A. Voevodin, R.L.C. Wu, Wear 225-229 (1999) 65.
3 R. Gilmore, R. Hauert, Surf. Coat. Technol. 133-134 (2000) 437.
4 R. Memming, H.J. Tolle, P.E. Wierenga, Thin Solid Coatings 143 (1986) 31
TERAZ POROZMAWIAJMY O TWOJEJ APLIKACJI
Analiza powierzchni 3D groszku za pomocą profilometrii bezdotykowej
Znaczenie profilometrii bezkontaktowej dla monet
Waluta jest bardzo ceniona we współczesnym społeczeństwie, ponieważ wymienia się ją na towary i usługi. Monety i banknoty krążą w rękach wielu ludzi. Ciągły transfer waluty fizycznej powoduje deformację powierzchni. Nanovea 3D Profilometr skanuje topografię monet bitych w różnych latach w celu zbadania różnic w ich powierzchni.
Cechy monet są łatwo rozpoznawalne dla ogółu społeczeństwa, ponieważ są to zwykłe przedmioty. Grosz jest idealny, aby przedstawić możliwości zaawansowanego oprogramowania do analizy powierzchni Nanovea: Mountains 3D. Dane powierzchniowe zebrane za pomocą naszego Profilometru 3D pozwalają na zaawansowane analizy złożonej geometrii z odejmowaniem powierzchni i ekstrakcją konturów 2D. Odejmowanie powierzchni za pomocą kontrolowanej maski, stempla lub formy porównuje jakość procesów produkcyjnych, podczas gdy ekstrakcja konturów identyfikuje tolerancje na podstawie analizy wymiarowej. Profilometr 3D i oprogramowanie Mountains 3D firmy Nanovea badają submikronową topografię pozornie prostych obiektów, takich jak grosze.
Cel pomiaru
Pełna górna powierzchnia pięciu groszy została zeskanowana przy użyciu High-Speed Line Sensor firmy Nanovea. Wewnętrzny i zewnętrzny promień każdego grosza został zmierzony przy użyciu oprogramowania do zaawansowanej analizy Mountains. Ekstrakcja z powierzchni każdego grosza w obszarze zainteresowania z bezpośrednim odejmowaniem powierzchni pozwoliła na ilościowe określenie deformacji powierzchni.
Wyniki i dyskusja
Powierzchnia 3D
Profilometr Nanovea HS2000 potrzebował zaledwie 24 sekund na zeskanowanie 4 milionów punktów w obszarze 20mm x 20mm z krokiem 10um x 10um, aby pozyskać powierzchnię grosza. Poniżej znajduje się mapa wysokości i wizualizacja 3D skanowania. Widok 3D pokazuje zdolność czujnika High-Speed do wychwytywania drobnych szczegółów niewidocznych dla oka. Na powierzchni monety widoczne jest wiele małych rys. Tekstura i chropowatość monety widoczne w widoku 3D są badane.
Analiza wymiarowa
Wyodrębniono kontury grosza i w wyniku analizy wymiarowej uzyskano średnicę wewnętrzną i zewnętrzną cechy krawędziowej. Promień zewnętrzny wynosił średnio 9.500 mm ± 0.024, podczas gdy promień wewnętrzny wynosił średnio 8.960 mm ± 0.032. Dodatkowe analizy wymiarowe, jakie może przeprowadzić Mountains 3D na źródłach danych 2D i 3D to pomiary odległości, wysokości stopni, planarności i obliczanie kątów.
Odejmowanie powierzchni
Rysunek 5 przedstawia obszar zainteresowania dla analizy odejmowania powierzchni. Grosz z 2007 roku został użyty jako powierzchnia referencyjna dla czterech starszych groszy. Odejmowanie powierzchni od powierzchni grosza z 2007 roku pokazuje różnice pomiędzy groszami z otworami/dziurkami. Całkowita różnica objętości powierzchni jest uzyskiwana z dodania objętości otworów/szczytów. Błąd RMS odnosi się do tego, jak blisko powierzchnie groszy zgadzają się ze sobą.
Wniosek
Nanovea's High-Speed HS2000L zeskanowała pięć groszy wybitych w różnych latach. Oprogramowanie Mountains 3D porównało powierzchnie każdej monety wykorzystując ekstrakcję konturów, analizę wymiarową i odejmowanie powierzchni. Analiza wyraźnie określa wewnętrzny i zewnętrzny promień pomiędzy groszami, jednocześnie bezpośrednio porównując różnice cech powierzchni. Dzięki zdolności profilometru 3D Nanovea do pomiaru dowolnych powierzchni z rozdzielczością na poziomie nanometrów, w połączeniu z możliwościami analizy Mountains 3D, możliwe zastosowania w badaniach i kontroli jakości są nieskończone.
