PL 
EN 
ES 
DE 
FR 
IT 
ZH 
JA 
PT 
TR 
KO 
AR Archiwa miesiąca: kwiecień 2020
Analiza materiałów kompozytowych z wykorzystaniem profilometrii 3D
Znaczenie profilometrii bezkontaktowej dla materiałów kompozytowych
Kluczowe znaczenie ma minimalizacja defektów, aby materiały kompozytowe były jak najbardziej wytrzymałe w zastosowaniach wzmacniających. Jako że jest to materiał anizotropowy, bardzo ważne jest, aby kierunek splotu był spójny, aby zachować wysoką przewidywalność wyników. Materiały kompozytowe mają jeden z najwyższych współczynników wytrzymałości do wagi, co sprawia, że w niektórych przypadkach są mocniejsze od stali. Ważne jest ograniczenie eksponowanej powierzchni w kompozytach, aby zminimalizować podatność chemiczną i efekty rozszerzalności cieplnej. Profilometryczna kontrola powierzchni jest krytyczna dla kontroli jakości produkcji kompozytów, aby zapewnić wysoką wydajność przez długi czas użytkowania.
Nanovea Bezkontaktowy profilometr 3D różni się od innych technik pomiaru powierzchni, takich jak sondy dotykowe lub interferometria. Nasze profilometry wykorzystują chromatyzm osiowy do pomiaru niemal każdej powierzchni, a otwarta konfiguracja umożliwia pobieranie próbek o dowolnej wielkości bez konieczności przygotowania. Pomiary w skali od nano do makro są uzyskiwane podczas pomiaru profilu powierzchni przy zerowym wpływie współczynnika odbicia lub absorpcji próbki. Nasze profilometry z łatwością mierzą dowolny materiał: przezroczysty, nieprzezroczysty, lustrzany, dyfuzyjny, polerowany i szorstki, dzięki zaawansowanej możliwości pomiaru dużych kątów powierzchni bez manipulacji oprogramowaniem. Technika bezkontaktowego profilometru zapewnia idealną i przyjazną dla użytkownika możliwość maksymalizacji badań powierzchni materiałów kompozytowych; wraz z korzyściami płynącymi z połączonych możliwości 2D i 3D.
Cel pomiaru
Profilometr Nanovea HS2000L użyty w tej aplikacji zmierzył powierzchnię dwóch splotów kompozytów z włókien węglowych. Chropowatość powierzchni, długość splotu, izotropowość, analiza fraktalna i inne parametry powierzchni zostały wykorzystane do scharakteryzowania kompozytów. Zmierzony obszar został wybrany losowo i założono, że jest wystarczająco duży, aby wartości właściwości mogły być porównane przy użyciu potężnego oprogramowania do analizy powierzchni Nanovea.
Wyniki i dyskusja
Analiza powierzchni
Parametry wysokościowe określają jak szorstkie będą części kompozytowe przy niskim stosunku włókien do matrycy. Nasze wyniki porównują różne rodzaje splotów i tkanin w celu określenia wykończenia powierzchni po przetworzeniu. Wykończenie powierzchni staje się krytyczne w zastosowaniach, w których aerodynamika może być zaangażowana.
Izotropia
Izotropia pokazuje kierunkowość splotu w celu określenia oczekiwanych wartości właściwości. Nasze badania pokazują, że kompozyt dwukierunkowy jest ~60% izotropowy zgodnie z oczekiwaniami. Tymczasem kompozyt jednokierunkowy jest ~13% izotropowy z powodu silnego pojedynczego włókna kierunkowego ścieżki.
Analiza splotu
Wielkość splotu określa spójność upakowania i szerokość włókien użytych w kompozycie. Nasze badanie pokazuje jak łatwo możemy zmierzyć wielkość splotu z dokładnością do mikrona, aby zapewnić jakość części.
Analiza tekstury
Analiza tekstury dominującej długości fali sugeruje, że grubość splotów dla obu kompozytów wynosi 4,27 mikrona. Analiza wymiaru fraktalnego powierzchni włókien określa gładkość, co pozwala stwierdzić, jak łatwo włókna osadzają się w matrycy. Wymiar fraktalny włókna jednokierunkowego jest wyższy niż włókna dwukierunkowego, co może mieć wpływ na przetwarzanie kompozytów.
Wniosek
W tej aplikacji wykazaliśmy, że profilometr bezkontaktowy Nanovea HS2000L precyzyjnie charakteryzuje włóknistą powierzchnię materiałów kompozytowych. Wyróżniliśmy różnice pomiędzy rodzajami splotów włókien węglowych za pomocą parametrów wysokości, izotropowości, analizy tekstury i pomiarów odległości oraz wiele innych.
Nasze pomiary powierzchni profilometru precyzyjnie i szybko łagodzą uszkodzenia kompozytów, co zmniejsza defekty w częściach, maksymalizując możliwości materiałów kompozytowych. Prędkość profilometru 3D Nanovea waha się od <1mm/s do 500mm/s, co pozwala na zastosowanie w aplikacjach badawczych do potrzeb szybkiej inspekcji. Profilometr Nanovea jest rozwiązaniem
do wszelkich potrzeb związanych z pomiarami kompozytów.
TERAZ POROZMAWIAJMY O TWOJEJ APLIKACJI
Ocena twardości tkanek biologicznych za pomocą nanoindentacji
Znaczenie nanoindentacji tkanek biologicznych
Tradycyjne testy mechaniczne (twardość, przyczepność, ściskanie, przebicie, granica plastyczności, itp.) wymagają większej precyzji i niezawodności w dzisiejszych środowiskach kontroli jakości, w których stosuje się szeroki zakres zaawansowanych materiałów, od tkanek do materiałów kruchych. Tradycyjne oprzyrządowanie mechaniczne nie jest w stanie zapewnić czułej kontroli obciążenia i rozdzielczości wymaganej dla zaawansowanych materiałów. Wyzwania związane z biomateriałami wymagają opracowania testów mechanicznych umożliwiających dokładną kontrolę obciążenia w przypadku materiałów wyjątkowo miękkich. Materiały te wymagają zastosowania bardzo niskich obciążeń sub mN z dużym zakresem głębokości w celu zapewnienia prawidłowego pomiaru właściwości. Ponadto, wiele różnych rodzajów badań mechanicznych może być wykonywanych na jednym urządzeniu, co pozwala na uzyskanie większej funkcjonalności. Umożliwia to wykonanie szeregu ważnych pomiarów biomateriałów, w tym twardości, modułu sprężystości, modułu stratności i przechowywania oraz pełzania, a także odporności na zarysowania i granicy plastyczności.
Cel pomiaru
W tej aplikacji tester mechaniczny Nanovea w trybie nanoindentacji jest wykorzystywany do badania twardości i modułu sprężystości 3 oddzielnych obszarów substytutu biomateriału na regionach tłuszczu, jasnego mięsa i ciemnego mięsa prosciutto.
Nanoindentacja oparta jest na normach ASTM E2546 i ISO 14577. W badaniach wykorzystuje się metody, w których końcówka wgłębnika o znanej geometrii wbijana jest w określone miejsce badanego materiału z kontrolowanym wzrostem obciążenia normalnego. Po osiągnięciu zadanej głębokości maksymalnej, obciążenie normalne jest zmniejszane aż do całkowitego odprężenia. Obciążenie jest przykładane przez piezoelektryczny siłownik i mierzone w kontrolowanej pętli za pomocą ogniwa obciążnikowego o wysokiej czułości. Podczas eksperymentów pozycja wgłębnika względem powierzchni próbki jest monitorowana za pomocą precyzyjnego czujnika pojemnościowego. Uzyskane krzywe obciążenia i przemieszczenia dostarczają danych charakterystycznych dla mechanicznej natury badanego materiału. Opracowane modele obliczają ilościowe wartości twardości i modułów na podstawie zmierzonych danych. Nanoindentacja jest odpowiednia do pomiarów przy niskim obciążeniu i głębokości penetracji w skali nanometrów.
Wyniki i dyskusja
W poniższych tabelach przedstawiono zmierzone wartości twardości i modułu Younga ze średnimi i odchyleniami standardowymi. Duża chropowatość powierzchni może powodować duże różnice w wynikach ze względu na małą wielkość wgłębienia.
Obszar tłuszczu miał około połowy twardości obszarów mięsnych. Obróbka mięsa spowodowała, że ciemniejsza część mięsa była twardsza niż jasna. Moduł sprężystości i twardość są w bezpośrednim związku z odczuwaną w ustach gryznością części tłuszczowej i mięsnej. Tłuszcz i jasna część mięsa po 60 sekundach pełzają w większym tempie niż ciemne mięso.
Wyniki szczegółowe - Tłuszcz
Szczegółowe wyniki - Mięso jasne
Szczegółowe wyniki - Mięso ciemne
Wniosek
W tej aplikacji Nanovea tester mechaniczny w trybie nanoindentacji wiarygodnie określił właściwości mechaniczne obszarów tłuszczu i mięsa, pokonując jednocześnie dużą chropowatość powierzchni próbki. Pokazało to szerokie i niezrównane możliwości testera mechanicznego Nanovea. System zapewnia jednocześnie precyzyjne pomiary właściwości mechanicznych niezwykle twardych materiałów i miękkich tkanek biologicznych.
Ogniwo obciążające w zamkniętej pętli sterowania ze stolikiem piezoelektrycznym zapewnia precyzyjny pomiar twardych lub miękkich materiałów żelowych od 1 do 5kPa. Przy użyciu tego samego systemu możliwe jest badanie biomateriałów przy wyższych obciążeniach do 400N. Obciążenie wielocyklowe może być stosowane do badań zmęczeniowych, a informacje o granicy plastyczności w każdej strefie można uzyskać za pomocą płaskiej cylindrycznej końcówki diamentowej. Dodatkowo, dzięki dynamicznej analizie mechanicznej (DMA), można z dużą dokładnością ocenić właściwości lepkosprężyste, utratę właściwości i moduł magazynowania, wykorzystując zamkniętą pętlę kontroli obciążenia. Badania w różnych temperaturach i pod wpływem cieczy są również dostępne w tym samym systemie.
Tester mechaniczny firmy Nanovea nadal stanowi doskonałe narzędzie do zastosowań biologicznych i miękkich polimerów/żeli.
TERAZ POROZMAWIAJMY O TWOJEJ APLIKACJI
Ocena zużycia i zarysowania drutu miedzianego poddanego obróbce powierzchniowej
Znaczenie oceny zużycia i zarysowania drutu miedzianego
Miedź ma długą historię stosowania w okablowaniu elektrycznym od czasu wynalezienia elektromagnesu i telegrafu. Przewody miedziane są stosowane w szerokiej gamie urządzeń elektronicznych, takich jak panele, mierniki, komputery, maszyny biznesowe i urządzenia, dzięki ich odporności na korozję, możliwości lutowania i wydajności w podwyższonych temperaturach do 150°C. Około połowa wydobywanej miedzi jest wykorzystywana do produkcji przewodów i kabli elektrycznych.
Jakość powierzchni drutu miedzianego ma kluczowe znaczenie dla wydajności i żywotności aplikacji. Mikro defekty w drutach mogą prowadzić do nadmiernego zużycia, inicjacji i propagacji pęknięć, zmniejszenia przewodności i nieodpowiedniej lutowności. Właściwa obróbka powierzchni drutów miedzianych usuwa defekty powierzchniowe powstałe podczas ciągnienia drutu, poprawiając odporność na korozję, zarysowania i zużycie. Wiele zastosowań lotniczych z drutami miedzianymi wymaga kontrolowanego zachowania, aby zapobiec nieoczekiwanym awariom sprzętu. Wymierne i wiarygodne pomiary są potrzebne do prawidłowej oceny odporności na zużycie i zarysowania powierzchni drutu miedzianego.
Cel pomiaru
W tej aplikacji symulujemy kontrolowany proces zużycia różnych obróbek powierzchni drutu miedzianego. Testowanie zarysowań mierzy obciążenie wymagane do spowodowania zniszczenia obrabianej warstwy powierzchniowej. W tym badaniu zaprezentowano Nanoveę Tribometr oraz Tester mechaniczny jako idealne narzędzia do oceny i kontroli jakości przewodów elektrycznych.
Procedura badania i procedury
Współczynnik tarcia (COF) i odporność na zużycie dwóch różnych obróbek powierzchni drutów miedzianych (drut A i drut B) oceniano za pomocą trybometru Nanovea przy użyciu liniowego modułu zużycia posuwisto-zwrotnego. Materiałem przeciwstawnym stosowanym w tym zastosowaniu jest kulka Al₂O₃ (o średnicy 6 mm). Ślad zużycia zbadano za pomocą urządzenia Nanovea Bezkontaktowy profilometr 3D. Parametry testu podsumowano w Tabeli 1.
Gładka kulka Al₂O₃ jako materiał przeciwny została użyta jako przykład w tym badaniu. Każdy materiał lity o innym kształcie i wykończeniu powierzchni może być zastosowany przy użyciu niestandardowego oprzyrządowania, aby zasymulować rzeczywistą sytuację zastosowania.
Tester mechaniczny firmy Nanovea wyposażony w trzpień diamentowy Rockwell C (promień 100 μm) wykonał testy zarysowania drutów powlekanych pod obciążeniem progresywnym z wykorzystaniem trybu mikro zarysowania. Parametry testu zarysowania oraz geometrię końcówki przedstawiono w tabeli 2.
Wyniki i dyskusja
Zużycie drutu miedzianego:
Rysunek 2 przedstawia ewolucję COF drutów miedzianych podczas testów zużycia. Drut A wykazuje stabilny COF na poziomie ~0,4 podczas całej próby zużycia, natomiast drut B wykazuje COF na poziomie ~0,35 w pierwszych 100 obrotach i stopniowo wzrasta do ~0,4.
Rysunek 3 porównuje ślady zużycia drutów miedzianych po testach. Bezkontaktowy profilometr 3D firmy Nanovea oferował doskonałą analizę szczegółowej morfologii śladów zużycia. Pozwala on na bezpośrednie i dokładne określenie objętości śladów zużycia, zapewniając fundamentalne zrozumienie mechanizmu zużycia. Powierzchnia drutu B ma znaczące uszkodzenia po 600 obrotach w teście zużycia. Widok profilometru 3D pokazuje, że warstwa obrabiana powierzchniowo drutu B została całkowicie usunięta, co znacznie przyspieszyło proces zużycia. Pozostawił to spłaszczoną ścieżkę zużycia na drucie B, gdzie odsłonięty jest miedziany substrat. Może to skutkować znacznym skróceniem żywotności urządzeń elektrycznych, w których drut B jest używany. Dla porównania, drut A wykazuje stosunkowo łagodne zużycie, na co wskazuje płytka ścieżka zużycia na powierzchni. Warstwa poddana obróbce powierzchniowej na drucie A nie została usunięta tak jak warstwa na drucie B w tych samych warunkach.
Odporność na zarysowania powierzchni drutu miedzianego:
Na rysunku 4 przedstawiono ślady zarysowań na przewodach po badaniach. Warstwa ochronna drutu A wykazuje bardzo dobrą odporność na zarysowania. Rozwarstwia się przy obciążeniu ~12,6 N. Dla porównania, warstwa ochronna drutu B uległa zniszczeniu przy obciążeniu ~1,0 N. Tak znacząca różnica w odporności na zarysowania dla tych drutów przyczynia się do ich odporności na zużycie, gdzie drut A posiada znacznie większą odporność na zużycie. Ewolucja siły normalnej, COF i głębokości podczas testów zarysowania pokazana na Rys. 5 dostarcza więcej informacji na temat uszkodzenia powłoki podczas testów.
Wniosek
W tym kontrolowanym badaniu zaprezentowaliśmy trybometr Nanovea przeprowadzający ilościową ocenę odporności na zużycie drutów miedzianych poddanych obróbce powierzchniowej oraz tester mechaniczny Nanovea zapewniający wiarygodną ocenę odporności drutów miedzianych na zarysowania. Obróbka powierzchni drutu odgrywa kluczową rolę we właściwościach tribo-mechanicznych w całym okresie eksploatacji. Odpowiednia obróbka powierzchni drutu A znacznie zwiększyła odporność na zużycie i zarysowania, co ma kluczowe znaczenie dla wydajności i żywotności przewodów elektrycznych w trudnych warunkach.
Trybometr Nanovea oferuje precyzyjne i powtarzalne testy zużycia i tarcia przy użyciu trybów obrotowych i liniowych zgodnych z normami ISO i ASTM, z opcjonalnymi modułami zużycia w wysokich temperaturach, smarowania i tribokorozji dostępnymi w jednym wstępnie zintegrowanym systemie. Niezrównana gama urządzeń Nanovea jest idealnym rozwiązaniem do określania pełnego zakresu właściwości trybologicznych cienkich lub grubych, miękkich lub twardych powłok, folii i podłoży.
