USA/GLOBALNE: +1-949-461-9292
EUROPA: +39-011-3052-794
pl_PL PL
pl_PL PL en_US EN es_MX ES de_DE DE fr_FR FR it_IT IT zh_CN ZH ja JA pt_BR PT tr_TR TR ko_KR KO ar AR
KONTAKT

Test zużycia powłoki PTFE

BADANIE ZUŻYCIA POWŁOKI PTFE

Z WYKORZYSTANIEM TRIBOMETRA I TESTERA MECHANICZNEGO

Przygotowane przez

DUANJIE LI, PhD

WPROWADZENIE

Politetrafluoroetylen (PTFE), powszechnie znany jako teflon, jest polimerem o wyjątkowo niskim współczynniku tarcia (COF) i doskonałej odporności na zużycie w zależności od zastosowanych obciążeń. PTFE wykazuje doskonałą obojętność chemiczną, wysoką temperaturę topnienia 327°C (620°F) oraz zachowuje wysoką wytrzymałość, ciągliwość i samosmarowność w niskich temperaturach. Wyjątkowa odporność na zużycie powłok PTFE sprawia, że są one bardzo poszukiwane w wielu zastosowaniach przemysłowych, takich jak motoryzacja, lotnictwo, medycyna, a zwłaszcza naczynia kuchenne.

ZNACZENIE ILOŚCIOWEJ OCENY POWŁOK PTFE

Połączenie bardzo niskiego współczynnika tarcia (COF), doskonałej odporności na zużycie i wyjątkowej obojętności chemicznej w wysokich temperaturach sprawia, że PTFE jest idealnym wyborem do nieprzywierających powłok patelni. Aby jeszcze bardziej udoskonalić swoje procesy mechaniczne podczas prac badawczo-rozwojowych, a także zapewnić optymalną kontrolę nad zapobieganiem awariom i środkami bezpieczeństwa w procesie kontroli jakości, kluczowe znaczenie ma posiadanie niezawodnej techniki ilościowej oceny procesów trybomechanicznych powłok PTFE. Precyzyjna kontrola tarcia powierzchni, zużycia i przyczepności powłok jest niezbędna do zapewnienia ich zamierzonego działania.

CEL POMIARU

W tej aplikacji proces zużycia powłoki PTFE na nieprzywierającej patelni jest symulowany za pomocą trybometru NANOVEA w liniowym trybie posuwisto-zwrotnym.

NANOVEA T50

Kompaktowy trybometr z wolnym ciężarem

DOWIEDZ SIĘ WIĘCEJ

Ponadto tester mechaniczny NANOVEA został wykorzystany do przeprowadzenia testu przyczepności mikrozarysowań w celu określenia obciążenia krytycznego braku przyczepności powłoki PTFE.

NANOVEA PB1000

Tester mechaniczny dużej platformy

DOWIEDZ SIĘ WIĘCEJ

PROCEDURA TESTOWA

TEST ZUŻYCIA

LINIOWE ZUŻYCIE TAŁKOWE Z WYKORZYSTANIEM TRYBOMETRU

Zachowanie trybologiczne próbki powłoki PTFE, w tym współczynnik tarcia (COF) i odporność na zużycie, oceniano za pomocą NANOVEA Tribometr w trybie liniowym, posuwisto-zwrotnym. Na powłokę zastosowano kulistą końcówkę ze stali nierdzewnej 440 o średnicy 3 mm (klasa 100). Współczynnik COF był stale monitorowany podczas testu zużycia powłoki PTFE.

 

Szybkość zużycia K obliczono ze wzoru K=V/(F×s)=A/(F×n), gdzie V oznacza objętość zużycia, F to normalne obciążenie, s to droga poślizgu, A to pole przekroju poprzecznego toru zużycia, n to liczba uderzeń. Profile śladów zużycia oceniano za pomocą NANOVEA Profilometr optycznyi zbadano morfologię śladów zużycia za pomocą mikroskopu optycznego.

PARAMETRY BADANIA ZUŻYCIA

LOAD 30 N
CZAS TRWANIA TESTU 5 minut
SZYBKOŚĆ SUWAKU 80 obr./min
AMPLITUDA ŚCIEŻKI 8 mm
REWOLUCJE 300
ŚREDNICA KULKI 3 mm
MATERIAŁ KULKI Stal nierdzewna 440
SMAROWIDŁO Nic
ATMOSFERY Air
TEMPERATURA 230C (RT)
HUMIDITY 43%

PROCEDURA TESTOWA

TEST NA ZADRAŻNIENIA

BADANIE PRZYCZEPNOŚCI MIKRO ZARYSOWAŃ Z WYKORZYSTANIEM TESTERA MECHANICZNEGO

Pomiar przyczepności przy zarysowaniu PTFE przeprowadzono przy użyciu NANOVEA Tester mechaniczny za pomocą diamentowej igły 1200 Rockwell C (promień 200 μm) w trybie Micro Scratch Tester.

 

Aby zapewnić powtarzalność wyników, przeprowadzono trzy testy w identycznych warunkach testowych.

PARAMETRY BADANIA ZARYSOWANIA

TYP OBCIĄŻENIA Postępowe
OBCIĄŻENIE POCZĄTKOWE 0,01 mN
OBCIĄŻENIE KOŃCOWE 20 mN
PRĘDKOŚĆ ZAŁADUNKU 40 mN/min
DŁUGOŚĆ SKRATKI 3 mm
PRĘDKOŚĆ SKRATOWANIA, dx/dt 6,0 mm/min
GEOMETRIA WGŁĘBNIKA 120o Rockwell C
MATERIAŁ DO INDENTERÓW (końcówka) Diament
PROMIEŃ KOŃCÓWKI WGŁĘBNIKA 200 μm

WYNIKI I DYSKUSJA

LINIOWE ZUŻYCIE TAŁKOWE Z WYKORZYSTANIEM TRYBOMETRU

COF zarejestrowany in situ pokazano na FIGURZE 1. Próbka testowa wykazywała COF ~0,18 podczas pierwszych 130 obrotów, ze względu na niską lepkość PTFE. Jednakże nastąpił nagły wzrost COF do ~1, gdy powłoka przebiła się, odsłaniając podłoże pod spodem. Po liniowych testach ruchu posuwisto-zwrotnego zmierzono profil zużycia za pomocą NANOVEA Bezkontaktowy proflometr optycznyjak pokazano na RYSUNKU 2. Na podstawie uzyskanych danych obliczono odpowiednią szybkość zużycia na ~2,78 × 10-3 mm3/Nm, natomiast głębokość śladu zużycia określono na 44,94 µm.

Konfiguracja testu zużycia powłoki PTFE na trybometrze NANOVEA T50.

RYSUNEK 1: Ewolucja COF podczas testu zużycia powłoki PTFE.

RYSUNEK 2: Ekstrakcja profilu śladu zużycia PTFE.

PTFE Przed przełomem

Maksymalny współczynnik COF 0.217
Min. COF 0.125
Średni współczynnik COF 0.177

PTFE Po przebiciu

Maksymalny współczynnik COF 0.217
Min. COF 0.125
Średni współczynnik COF 0.177

TABELA 1: COF przed i po przebiciu podczas testu zużycia.

WYNIKI I DYSKUSJA

BADANIE PRZYCZEPNOŚCI MIKRO ZARYSOWAŃ Z WYKORZYSTANIEM TESTERA MECHANICZNEGO

Przyczepność powłoki PTFE do podłoża jest mierzona za pomocą testów zarysowania diamentowym trzpieniem o średnicy 200 µm. Mikrografię przedstawiono na RYSUNKU 3 i RYSUNKU 4, Ewolucja COF i głębokość penetracji na RYSUNKU 5. Wyniki testu zarysowania powłoki PTFE podsumowano w TABELI 4. Wraz ze wzrostem obciążenia trzpienia diamentowego stopniowo wnikał on w powłokę, co powoduje wzrost COF. Po osiągnięciu obciążenia ~8,5 N przebicie powłoki i odsłonięcie podłoża nastąpiło pod wysokim ciśnieniem, co doprowadziło do wysokiego współczynnika COF ~0,3. Niska wartość St Dev przedstawiona w TABELI 2 pokazuje powtarzalność testu zarysowania powłoki PTFE przeprowadzonego przy użyciu testera mechanicznego NANOVEA.

RYSUNEK 3: Mikrofotografia pełnej rysy na PTFE (10X).

RYSUNEK 4: Mikrofotografia pełnej rysy na PTFE (10X).

RYSUNEK 5: Wykres tarcia przedstawiający linię krytycznego punktu zniszczenia PTFE.

Scratch Punkt awarii [N] Siła tarcia [N] COF
1 0.335 0.124 0.285
2 0.337 0.207 0.310
3 0.380 0.229 0.295
Przeciętny 8.52 2.47 0.297
Św 0.17 0.16 0.012

TABELA 2: Podsumowanie obciążenia krytycznego, siły tarcia i COF podczas testu zarysowania.

PODSUMOWANIE

W tym badaniu przeprowadziliśmy symulację procesu zużycia powłoki PTFE na nieprzywierających patelniach za pomocą tribometru NANOVEA T50 w liniowym trybie posuwisto-zwrotnym. Powłoka PTFE wykazywała niski współczynnik COF wynoszący ~0,18. Powłoka uległa przebiciu przy około 130 obrotach. Ilościową ocenę przyczepności powłoki PTFE do podłoża metalowego przeprowadzono za pomocą testera mechanicznego NANOVEA, który w tym teście określił obciążenie krytyczne utraty przyczepności powłoki na ~8,5 N.

 

Trybometry NANOVEA oferują precyzyjne i powtarzalne możliwości testowania zużycia i tarcia przy użyciu trybów obrotowych i liniowych zgodnych z ISO i ASTM. Zapewniają opcjonalne moduły do zużycia w wysokich temperaturach, smarowania i tribokorozji, a wszystko to zintegrowane w jednym systemie. Ta wszechstronność pozwala użytkownikom dokładniej symulować rzeczywiste środowiska aplikacji i lepiej zrozumieć mechanizmy zużycia i właściwości tribologiczne różnych materiałów.

 

Testery mechaniczne NANOVEA oferują moduły Nano, Micro i Macro, z których każdy zawiera zgodne z ISO i ASTM tryby testowania wgnieceń, zarysowania i zużycia, zapewniając najszerszy i najbardziej przyjazny dla użytkownika zakres możliwości testowania dostępnych w jednym systemie.

TERAZ POROZMAWIAJMY O TWOJEJ APLIKACJI

LIVE CHAT

Komentarz

Prawa autorskie © 2024 Nanovea. Wszelkie prawa zastrzeżone.