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

Badanie zużycia tłoka

Badanie zużycia tłoka

Używanie trybometru

Przygotowane przez

FRANK LIU

WPROWADZENIE

Straty wynikające z tarcia stanowią około 10% całkowitej energii zawartej w paliwie dla silnika Diesla[1]. 40-55% strat tarcia pochodzi z układu siłownika. Straty energii wynikające z tarcia można zmniejszyć poprzez lepsze zrozumienie oddziaływań tribologicznych występujących w układzie siłownika.

Znaczna część strat wynikających z tarcia w układzie cylindra mocy wynika z kontaktu pomiędzy spódnicą tłoka a tuleją cylindra. Interakcja pomiędzy spódnicą tłoka, środkiem smarnym i interfejsami cylindra jest dość złożona ze względu na ciągłe zmiany siły, temperatury i prędkości w rzeczywistym silniku. Optymalizacja każdego czynnika jest kluczem do uzyskania optymalnych osiągów silnika. Niniejsze badania skupią się na odtworzeniu mechanizmów powodujących siły tarcia i zużycie na styku spódnica tłoka - środek smarny - tuleja cylindrowa (P-L-C).

 Schemat układu cylindrów mocy i interfejsu spódnica tłokowa - smar - tuleja cylindrowa.

[1] Bai, Dongfang. Modelowanie smarowania spódnicy tłoka w silnikach spalinowych. Diss. MIT, 2012

ZNACZENIE BADANIA TŁOKÓW ZA POMOCĄ TRYBOMETRÓW

Olej silnikowy jest środkiem smarnym, który jest dobrze zaprojektowany do swojego zastosowania. Oprócz oleju bazowego, aby poprawić jego działanie, dodaje się dodatki, takie jak detergenty, dyspergatory, polepszacze lepkości (VI), środki przeciwzużyciowe/przeciwtarciowe i inhibitory korozji. Dodatki te wpływają na to, jak olej zachowuje się w różnych warunkach pracy. Zachowanie oleju wpływa na interfejsy P-L-C i określa, czy występuje znaczne zużycie w wyniku kontaktu metal-metal, czy też smarowanie hydrodynamiczne (bardzo małe zużycie).

Trudno jest zrozumieć interfejsy P-L-C bez odizolowania tego obszaru od zmiennych zewnętrznych. Bardziej praktyczna jest symulacja zdarzenia z warunkami reprezentatywnymi dla jego rzeczywistego zastosowania. Strona NANOVEA Tribometr jest do tego idealny. Wyposażony w wiele czujników siły, czujnik głębokości, moduł smarowania kropla po kropli i liniowy stopień posuwisto-zwrotny NANOVEA T2000 jest w stanie ściśle naśladować zdarzenia zachodzące w bloku silnika i uzyskać cenne dane pozwalające lepiej zrozumieć interfejsy P-L-C.

Moduł cieczy na tribometrze NANOVEA T2000

Moduł "drop-by-drop" jest kluczowy dla tego badania. Ponieważ tłoki mogą poruszać się z bardzo dużą prędkością (powyżej 3000 obr/min), trudno jest stworzyć cienką warstwę środka smarnego poprzez zanurzenie próbki. Aby rozwiązać ten problem, moduł "kropla po kropli" jest w stanie konsekwentnie nakładać stałą ilość środka smarnego na powierzchnię spódnicy tłoka.

Zastosowanie świeżego środka smarnego usuwa również obawy o wpływ na właściwości środka smarnego zanieczyszczeń powstałych w wyniku zużycia.

Tribometr pneumatyczny do dużych obciążeń

NANOVEA T2000

Tribometr do dużych obciążeń

CEL POMIARU

W niniejszym raporcie zostaną zbadane interfejsy spódnica tłoka - środek smarny - tuleja cylindrowa. Interfejsy te zostaną odtworzone poprzez przeprowadzenie liniowej próby zużycia posuwisto-zwrotnego z modułem smarowania kropla po kropli.

Środek smarny będzie stosowany w temperaturze pokojowej i w warunkach podgrzewania, aby porównać zimny start i optymalne warunki pracy. COF i wskaźnik zużycia będą obserwowane, aby lepiej zrozumieć, jak interfejsy zachowują się w rzeczywistych zastosowaniach.

PARAMETRY BADANIA

do badań tribologicznych tłoków

LOAD ............................ 100 N

CZAS TRWANIA TESTU ............................ 30 min

PRĘDKOŚĆ ............................ 2000 obr.

AMPLITUDE ............................ 10 mm

ODLEGŁOŚĆ CAŁKOWITA ............................ 1200 m

POWLEKANIE SPODNI ............................ Moly-grafit

MATERIAŁ NA PIN ............................ Stop aluminium 5052

ŚREDNICA PINU ............................ 10 mm

SMAROWIDŁO ............................ Olej silnikowy (10W-30)

APPROX. PRĘDKOŚĆ PRZEPŁYWU ............................ 60 mL/min

TEMPERATURA ............................ Temperatura pokojowa i 90°C

WYNIKI BADANIA METODĄ LINIOWO-PRZECIWSOBNĄ

W tym eksperymencie, A5052 został użyty jako materiał przeciwny. Podczas gdy bloki silnika są zwykle wykonane z odlewu aluminiowego, takiego jak A356, A5052 ma właściwości mechaniczne podobne do A356 dla tego symulacyjnego badania [2].

W warunkach testowych nastąpiło znaczne zużycie
obserwowane na spódnicy tłoka w temperaturze pokojowej
w porównaniu do temperatury 90°C. Głębokie rysy widoczne na próbkach sugerują, że kontakt pomiędzy materiałem statycznym a spódnicą tłoka występuje często w trakcie badania. Wysoka lepkość w temperaturze pokojowej może ograniczać olej do całkowitego wypełnienia szczelin w miejscach styku i wytworzenia kontaktu metal-metal. W wyższej temperaturze olej rozrzedza się i jest w stanie przepływać pomiędzy sworzniem a tłokiem. W rezultacie w wyższej temperaturze obserwuje się znacznie mniejsze zużycie. RYSUNEK 5 pokazuje, że jedna strona blizny po zużyciu zużyła się znacznie mniej niż druga. Jest to najprawdopodobniej spowodowane umiejscowieniem wyjścia oleju. Grubość filmu smarnego była grubsza po jednej stronie niż po drugiej, co spowodowało nierównomierne zużycie.

 

 

[2] "5052 Aluminum vs 356.0 Aluminum." MakeItFrom.com, makeitfrom.com/compare/5052-O-Aluminium/A356.0-SG70B-A13560-Cast-Aluminium.

Współczynnik COF w badaniach tribologicznych z liniowym ruchem posuwisto-zwrotnym można podzielić na wysoki i niski. Przejście wysokie odnosi się do próbki poruszającej się w kierunku dodatnim, a przejście niskie do próbki poruszającej się w kierunku przeciwnym, czyli ujemnym. Zaobserwowano, że średni COF dla oleju RT był poniżej 0,1 dla obu kierunków. Średni COF pomiędzy przejściami wynosił 0,072 i 0,080. Stwierdzono, że średni COF dla oleju 90°C był różny pomiędzy przejściami. Zaobserwowano średnie wartości COF wynoszące 0,167 i 0,09. Różnica w COF stanowi dodatkowy dowód na to, że olej był w stanie prawidłowo nawilżyć tylko jedną stronę trzpienia. Wysoki współczynnik COF uzyskano, gdy pomiędzy sworzniem a denkiem tłoka utworzył się gruby film w wyniku występującego smarowania hydrodynamicznego. Niższy współczynnik COF obserwuje się w drugą stronę, gdy występuje smarowanie mieszane. Więcej informacji na temat smarowania hydrodynamicznego i mieszanego można znaleźć w naszej nocie aplikacyjnej na stronie Krzywe Stribecka.

Tabela 1: Wyniki badań zużycia tłoków w stanie nasmarowanym.

RYSUNEK 1: Wykresy COF dla testu zużycia oleju w temperaturze pokojowej A surowy profil B wysoki przebieg C niski przebieg.

RYSUNEK 2: Wykresy COF dla testu oleju zużywalnego w 90°C A profil surowy B profil wysoki C profil niski.

RYSUNEK 3: Obraz optyczny blizny po zużyciu z testu zużycia oleju silnikowego RT.

RYSUNEK 4: Objętość otworu analiza blizny po zużyciu z testu zużycia oleju silnikowego RT.

RYSUNEK 5: Skan profilometryczny blizny po zużyciu w teście zużycia oleju silnikowego RT.

RYSUNEK 6: Optyczny obraz blizny po zużyciu oleju silnikowego w 90°C

RYSUNEK 7: Objętość analizy otworu blizny po zużyciu z testu zużycia oleju silnikowego w 90°C.

RYSUNEK 8: Skan profilometryczny blizny po zużyciu w teście zużycia oleju silnikowego w 90°C.

PODSUMOWANIE

Przeprowadzono badania zużycia liniowego smarowanego tłoka w celu symulacji zdarzeń występujących w
silnik pracujący w warunkach rzeczywistych. Połączenie spódnicy tłoka, smaru i tulei cylindrowej jest kluczowe dla działania silnika. Grubość środka smarnego na styku jest odpowiedzialna za straty energii spowodowane tarciem lub zużyciem pomiędzy spódnicą tłoka a tuleją cylindra. Aby zoptymalizować pracę silnika, grubość filmu musi być jak najcieńsza, nie dopuszczając do stykania się spódnicy tłoka i tulei cylindrowej. Wyzwaniem jest jednak to, jak zmiany temperatury, prędkości i siły wpłyną na interfejsy P-L-C.

Dzięki szerokiemu zakresowi obciążenia (do 2000 N) i prędkości (do 15000 obr/min) trybometr NANOVEA T2000 jest w stanie zasymulować różne warunki możliwe w silniku. Możliwe przyszłe badania na ten temat obejmują zachowanie się interfejsów P-L-C pod różnymi obciążeniami stałymi, obciążeniami oscylacyjnymi, temperaturą środka smarnego, prędkością i metodą nakładania środka smarnego. Parametry te można łatwo dostosować za pomocą trybometru NANOVEA T2000, aby uzyskać pełne zrozumienie mechanizmów działania interfejsów spódnica tłoka - smar - tuleja cylindrowa.

TERAZ POROZMAWIAJMY O TWOJEJ APLIKACJI

LIVE CHAT

Topografia powierzchni organicznych z wykorzystaniem przenośnego profilometru 3D

TOPOGRAFIA POWIERZCHNI ORGANICZNEJ

STOSOWANIE PRZENOŚNEGO PROFILOMETRU 3D

Przygotowane przez

CRAIG LEISING

WPROWADZENIE

Natura stała się ważnym źródłem inspiracji dla rozwoju ulepszonej struktury powierzchni. Zrozumienie struktur powierzchni występujących w przyrodzie doprowadziło do badań adhezji opartych na stopach gekonów, badań odporności opartych na zmianach tekstury ogórków morskich oraz badań repelentów opartych na liściach, wśród wielu innych. Powierzchnie te mają wiele potencjalnych zastosowań, od biomedycznych po odzieżowe i motoryzacyjne. Aby którykolwiek z tych przełomowych odkryć w dziedzinie powierzchni odniósł sukces, należy opracować techniki wytwarzania, które pozwolą naśladować i odtwarzać właściwości powierzchni. To właśnie ten proces będzie wymagał identyfikacji i kontroli.

ZNACZENIE PRZENOŚNEGO BEZDOTYKOWEGO PROFILERA OPTYCZNEGO 3D DLA POWIERZCHNI ORGANICZNYCH

Wykorzystując technologię światła chromatycznego, przenośny NANOVEA Jr25 Profiler optyczny ma doskonałe możliwości pomiaru prawie każdego materiału. Obejmuje to unikalne i strome kąty, powierzchnie odblaskowe i pochłaniające występujące w szerokim zakresie cech powierzchni natury. Bezdotykowe pomiary 3D zapewniają pełny obraz 3D, co pozwala na pełniejsze zrozumienie cech powierzchni. Bez możliwości analizy 3D identyfikacja powierzchni natury opierałaby się wyłącznie na informacjach 2D lub obrazach mikroskopowych, które nie dostarczają informacji wystarczających do prawidłowego odwzorowania badanej powierzchni. Zrozumienie pełnego zakresu właściwości powierzchni, w tym tekstury, formy, wymiarów i wielu innych, będzie miało kluczowe znaczenie dla pomyślnej produkcji.

Możliwość łatwego uzyskania w terenie wyników o jakości laboratoryjnej otwiera drzwi do nowych możliwości badawczych.

CEL POMIARU

W tej aplikacji NANOVEA Jr25 służy do pomiaru powierzchni liścia. Istnieje niekończąca się lista parametrów powierzchni, które mogą być automatycznie obliczone po skanowaniu powierzchni 3D.

Tutaj dokonamy przeglądu powierzchni 3D i wybierzemy
obszary zainteresowania do dalszej analizy, w tym
ilościowe określenie i zbadanie chropowatości powierzchni, kanałów i topografii

NANOVEA

JR25

WARUNKI BADANIA

GŁĘBOKOŚĆ RUNA

Średnia gęstość bruzd: 16,471 cm/cm2
Średnia głębokość bruzd: 97,428 μm
Maksymalna głębokość: 359,769 μm

PODSUMOWANIE

W tej aplikacji pokazaliśmy, jak NANOVEA Jr25 przenośny 3D Non-Contact Optical Profiler może precyzyjnie scharakteryzować zarówno topografię jak i szczegóły w skali nanometrowej powierzchni liścia w terenie. Na podstawie tych pomiarów powierzchni 3D można szybko zidentyfikować obszary zainteresowania, a następnie przeanalizować je za pomocą listy nieskończonych badań (Wymiar, Chropowatość Tekstura wykończenia, Kształt Topografia, Płaskość Wypaczenie Planarność, Objętość Powierzchnia, Wysokość kroku i inne). Przekrój 2D może być łatwo wybrany do analizy dalszych szczegółów. Dzięki tym informacjom powierzchnie organiczne mogą być szeroko badane przy użyciu kompletnego zestawu środków do pomiaru powierzchni. Specjalne obszary zainteresowania mogły być dalej analizowane przy użyciu zintegrowanego modułu AFM na modelach stołowych.

NANOVEA oferuje również przenośne szybkie profilometry do badań terenowych oraz szeroki zakres systemów laboratoryjnych, a także świadczy usługi laboratoryjne.

TERAZ POROZMAWIAJMY O TWOJEJ APLIKACJI

LIVE CHAT

Właściwości adhezyjne powłoki złotej na podłożu kryształu kwarcowego

Właściwości adhezyjne powłoki złotej

na podłożu kryształu kwarcowego

Przygotowane przez

DUANJIE LI, dr

WPROWADZENIE

Mikrowaga kwarcowa (QCM) jest niezwykle czułym czujnikiem masy, zdolnym do wykonywania precyzyjnych pomiarów małych mas w zakresie nanogramów. QCM mierzy zmiany masy na powierzchni poprzez wykrywanie zmian w częstotliwości rezonansowej kryształu kwarcu z dwoma elektrodami przymocowanymi do każdej strony płytki. Zdolność do pomiaru ekstremalnie małej masy czyni go kluczowym elementem w wielu badaniach i instrumentach przemysłowych do wykrywania i monitorowania zmian masy, adsorpcji, gęstości i korozji, itp.

ZNACZENIE TESTU ZDRAPKI DLA QCM

Jako niezwykle dokładne urządzenie, QCM mierzy zmiany masy z dokładnością do 0,1 nanograma. Wszelkie ubytki masy lub rozwarstwienia elektrod na płytce kwarcowej zostaną wykryte przez kryształ kwarcu i spowodują znaczne błędy pomiarowe. W związku z tym, wewnętrzna jakość powłoki elektrody i integralność międzyfazowa systemu powłoka/podłoże odgrywają zasadniczą rolę w wykonywaniu dokładnych i powtarzalnych pomiarów masy. Test mikro zarysowania jest szeroko stosowanym pomiarem porównawczym do oceny względnej spójności lub właściwości adhezyjnych powłok na podstawie porównania obciążeń krytycznych, przy których pojawiają się uszkodzenia. Jest to doskonałe narzędzie do rzetelnej kontroli jakości QCM.

CEL POMIARU

W tej aplikacji NANOVEA Tester mechaniczny, w trybie Micro Scratch, służy do oceny siły spójności i przyczepności złotej powłoki na podłożu kwarcowym próbki QCM. Chcielibyśmy zaprezentować możliwości tzw NANOVEA Tester mechaniczny w wykonywaniu testów mikro zarysowań na delikatnej próbce z wysoką precyzją i powtarzalnością.

NANOVEA

PB1000

Nanoindenter i tester zarysowań Nanovea PB1000
WARUNKI BADANIA

Na stronie NANOVEA Tester mechaniczny PB1000 został użyty do przeprowadzenia testów mikro zarysowań na próbce QCM przy użyciu parametrów testowych podsumowanych poniżej. Wykonano trzy zarysowania w celu zapewnienia powtarzalności wyników.

TYP LOAD: Postępowe

OBCIĄŻENIE POCZĄTKOWE

0.01 N

OBCIĄŻENIE KOŃCOWE

30 N

ATMOSFERY: Powietrze 24°C

PRĘDKOŚĆ PRZESUWANIA

2 mm/min

ODLEGŁOŚĆ PRZESUWU

2 mm

WYNIKI I DYSKUSJA

Pełny ślad mikro zarysowań na próbce QCM jest pokazany w RYSUNEK 1. Zachowanie się uszkodzeń przy różnych obciążeniach krytycznych przedstawiono na RYSUNKU 2, gdzie obciążenie krytyczne, LC1 definiuje się jako obciążenie, przy którym pojawiają się pierwsze oznaki uszkodzenia kleju w śladzie zarysowania, LC2 jest obciążeniem, po którym następuje powtarzalne uszkodzenie kleju, a LC3 to obciążenie, przy którym powłoka zostaje całkowicie usunięta z podłoża. Można zauważyć, że niewielkie wykruszanie ma miejsce przy LC1 o wartości 11,15 N, co stanowiło pierwszą oznakę uszkodzenia powłoki. 

Ponieważ obciążenie normalne wzrasta podczas badania mikropęknięć, powtarzające się uszkodzenia kleju występują po LC2 o wartości 16,29 N. Gdy LC3 Po osiągnięciu wartości 19,09 N powłoka całkowicie oddziela się od podłoża kwarcowego. Takie obciążenia krytyczne mogą być wykorzystane do ilościowego porównania wytrzymałości kohezyjnej i adhezyjnej powłoki i wyboru najlepszego kandydata do docelowych zastosowań.

RYSUNEK 1: Pełny ślad mikro zarysowań na próbce QCM.

RYSUNEK 2: Ścieżka mikro zarysowań przy różnych obciążeniach krytycznych.

RYSUNEK 3 Przedstawiono ewolucję współczynnika tarcia i głębokości, która może zapewnić lepszy wgląd w progresję uszkodzeń powłoki podczas testu mikro zarysowania.

RYSUNEK 3: Ewolucja COF i Depth podczas testu mikro zarysowania.

PODSUMOWANIE

W tym badaniu wykazaliśmy, że NANOVEA Mechanical Tester wykonuje wiarygodne i dokładne testy mikro zarysowań na próbce QCM. Poprzez zastosowanie liniowo wzrastających obciążeń w sposób kontrolowany i ściśle monitorowany, pomiar zarysowania pozwala użytkownikom zidentyfikować krytyczne obciążenie, przy którym następuje typowe uszkodzenie powłoki kohezyjnej i adhezyjnej. Zapewnia to doskonałe narzędzie do ilościowej oceny i porównania wewnętrznej jakości powłoki i integralności międzyfazowej systemu powłoka/podłoże dla QCM.

Nano, Micro lub Makro moduły NANOVEA Tester mechaniczny zawiera tryby pracy zgodne z normami ISO i ASTM - wgłębianie, zarysowanie i ścieranie, zapewniając najszerszy i najbardziej przyjazny dla użytkownika zakres badań dostępny w jednym systemie. NANOVEANiezrównana oferta stanowi idealne rozwiązanie do określania pełnego zakresu właściwości mechanicznych cienkich lub grubych, miękkich lub twardych powłok, filmów i substratów, w tym twardości, modułu Younga, odporności na pękanie, przyczepności, odporności na zużycie i wielu innych.

Ponadto, opcjonalny profiler bezdotykowy 3D i moduł AFM są dostępne dla wysokiej rozdzielczości obrazowania 3D wgłębień, zarysowań i śladów zużycia, oprócz innych pomiarów powierzchni, takich jak chropowatość i odkształcenia.

TERAZ POROZMAWIAJMY O TWOJEJ APLIKACJI

LIVE CHAT

Wiodący na świecie tester mikromechaniczny

OBECNIE WIODĄCY NA ŚWIECIE

BADANIA MIKROMECHANICZNE

Przygotowane przez

PIERRE LEROUX & DUANJIE LI, PhD

WPROWADZENIE

Standardowe mikrotwardościomierze Vickersa posiadają zakres obciążenia użytkowego od 10 do 2000 gramów siły (gf). Standardowe Makrotwardościomierze Vickersa posiadają zakres obciążeń od 1 do 50 Kgf. Urządzenia te są nie tylko bardzo ograniczone w zakresie obciążeń, ale również niedokładne w przypadku chropowatych powierzchni lub niskich obciążeń, kiedy wgniecenia stają się zbyt małe, aby można je było zmierzyć wzrokowo. Ograniczenia te są nierozerwalnie związane ze starszą technologią i w rezultacie oprzyrządowanie do badań wgłębnych staje się standardowym wyborem ze względu na wyższą dokładność i wydajność.

Z Twardość Vickersa jest automatycznie obliczana na podstawie danych z wykresu zależności siły od głębokości i obciążenia, przy najszerszym zakresie obciążeń w pojedynczym module, jaki kiedykolwiek był dostępny (0,3 grama do 2 kg lub 6 gramów do 40 kg). Ponieważ NANOVEA Micro Module mierzy twardość na podstawie krzywych zależności siły od głębokości, może mierzyć każdy rodzaj materiałów, w tym również bardzo elastyczne. Może dostarczyć nie tylko twardości Vickersa, ale również dokładnych danych dotyczących modułu sprężystości i pełzania, a także innych rodzajów testów, takich jak badanie przyczepności do podłoża, zużycia, testów zmęczeniowych, granicy plastyczności i odporności na pękanie, zapewniając pełny zakres danych do kontroli jakości.

OBECNIE ŚWIATOWY LIDER W DZIEDZINIE BADAŃ MIKROMECHANICZNYCH

W niniejszej nocie aplikacyjnej wyjaśniono, w jaki sposób moduł Micro został zaprojektowany, aby zaoferować wiodące na świecie oprzyrządowanie do badań wgłębnych i zarysowań. Szeroki zakres możliwości badawczych modułu Micro jest idealny dla wielu zastosowań. Na przykład, zakres obciążeń umożliwia dokładne pomiary twardości i modułu sprężystości cienkich twardych powłok, a następnie zastosowanie znacznie większych obciążeń do pomiaru przyczepności tych samych powłok.

CEL POMIARU

Pojemność mikromodułu jest przedstawiona za pomocą NANOVEA CB500 Tester mechaniczny przez
Wykonywanie testów wgnieceń i zarysowań z najwyższą precyzją i niezawodnością w szerokim zakresie obciążeń od 0,03 do 200 N.

NANOVEA

CB500

DOWIEDZ SIĘ WIĘCEJ

WARUNKI BADANIA

Wykonano serię (3×4, łącznie 12 wgnieceń) mikroindentacji na standardowej próbce stalowej przy użyciu wgłębnika Vickersa. Zmierzono i zarejestrowano obciążenie oraz głębokość wgłębienia dla całego cyklu badania wgłębnego. Wgniecenia wykonywano przy różnych maksymalnych obciążeniach w zakresie od 0,03 N do 200 N (0,0031 do 20,4 kgf), aby zaprezentować możliwości mikromodułu w wykonywaniu dokładnych badań wgnieceń przy różnych obciążeniach. Warto zauważyć, że opcjonalnie dostępna jest również głowica pomiarowa o wartości 20 N, która zapewnia 10-krotnie wyższą rozdzielczość dla badań w dolnym zakresie obciążeń od 0,3 gf do 2 kgf.

Wykonano dwa testy zarysowania przy użyciu Mikro Modułu z liniowo zwiększanym obciążeniem od 0,01 N do 200 N i od 0,01 N do 0,5 N, odpowiednio, przy użyciu stożkowo-sferycznego trzpienia diamentowego o promieniu końcówki 500 μm i 20 μm.

Dwadzieścia Mikroindentacja Testy przeprowadzono na standardowej próbce stalowej przy 4 N, wykazując doskonałą powtarzalność wyników modułu Micro Module, które kontrastują z wydajnością konwencjonalnych twardościomierzy Vickersa.

*mikroindent na próbce stali

PARAMETRY BADANIA

odwzorowania wcięć

MAPPING: 3 PRZEZ 4 INDENTY

WYNIKI I DYSKUSJA

Nowy moduł Micro posiada unikalną kombinację silnika Z, ogniwa obciążeniowego o dużej sile i wysokiej precyzji pojemnościowego czujnika głębokości. Unikalne wykorzystanie niezależnych czujników głębokości i obciążenia zapewnia wysoką dokładność w każdych warunkach.

W konwencjonalnych testach twardości Vickersa stosuje się końcówki wgłębników w kształcie piramidek diamentowych, które tworzą kwadratowe wgłębienia. Poprzez pomiar średniej długości przekątnej, d, można obliczyć twardość Vickersa.

Dla porównania, technika oprzyrządowanego wgłębiania stosowana przez NANOVEAMicro Module bezpośrednio mierzy właściwości mechaniczne na podstawie pomiarów obciążenia i przemieszczenia wgłębnika. Nie jest wymagana wizualna obserwacja wgłębienia. Eliminuje to błędy użytkownika lub komputerowego przetwarzania obrazu przy określaniu wartości d wgłębienia. Kondensatorowy czujnik głębokości o wysokiej dokładności i bardzo niskim poziomie szumów 0,3 nm może dokładnie mierzyć głębokość wgnieceń, które są trudne lub niemożliwe do zmierzenia wizualnie pod mikroskopem za pomocą tradycyjnych twardościomierzy Vickersa.

Ponadto, technika wspornikowa stosowana przez konkurencję powoduje, że normalne obciążenie na belce wspornikowej jest przenoszone przez sprężynę, a to obciążenie z kolei jest przenoszone na wgłębnik. Taka konstrukcja ma wadę w przypadku przyłożenia dużego obciążenia - belka wspornikowa nie jest w stanie zapewnić wystarczającej sztywności konstrukcyjnej, co prowadzi do odkształcenia belki wspornikowej, a w konsekwencji do niewspółosiowości wgłębnika. Dla porównania, w mikromodule normalne obciążenie jest przenoszone przez silnik Z działający na głowicę pomiarową, a następnie na wgłębnik w celu bezpośredniego przyłożenia obciążenia. Wszystkie elementy są ustawione pionowo w celu uzyskania maksymalnej sztywności, zapewniając powtarzalne i dokładne pomiary wgłębników i zarysowań w pełnym zakresie obciążeń.

Widok z bliska nowego modułu Micro

WGŁĘBIENIE OD 0,03 DO 200 N

Obraz mapy wgnieceń przedstawiono na RYS. 1. Odległość pomiędzy dwoma sąsiednimi wgłębieniami powyżej 10 N wynosi 0,5 mm, natomiast przy mniejszych obciążeniach 0,25 mm. Bardzo precyzyjna kontrola położenia stopnia próbki pozwala użytkownikom na wybór miejsca docelowego do mapowania właściwości mechanicznych. Dzięki doskonałej sztywności mikromodułu, wynikającej z pionowego ustawienia jego elementów, wgłębnik Vickersa zachowuje idealną orientację pionową podczas wnikania w próbkę stali pod obciążeniem do 200 N (400 N opcjonalnie). Dzięki temu przy różnych obciążeniach na powierzchni próbki powstają odciski o symetrycznym, kwadratowym kształcie.

Pojedyncze wgniecenia przy różnych obciążeniach pod mikroskopem są wyświetlane obok dwóch zarysowań, jak pokazano na RYSUNKU 2, aby zaprezentować zdolność nowego mikromodułu do wykonywania testów wgnieceń i zarysowań w szerokim zakresie obciążeń z wysoką precyzją. Jak widać na wykresach zależności obciążenia normalnego od długości zarysowania, obciążenie normalne wzrasta liniowo w miarę jak stożkowo-sferyczny trzpień diamentowy przesuwa się po powierzchni próbki stalowej. Tworzy on gładki, prosty ślad zarysowania o stopniowo zwiększanej szerokości i głębokości.

RYSUNEK 1: Mapa wcięć

Wykonano dwa testy zarysowania przy użyciu Mikro Modułu z liniowo zwiększanym obciążeniem od 0,01 N do 200 N i od 0,01 N do 0,5 N, odpowiednio, przy użyciu stożkowo-sferycznego trzpienia diamentowego o promieniu końcówki 500 μm i 20 μm.

Przeprowadzono dwadzieścia testów mikroindentacji na standardowej próbce stali pod ciśnieniem 4 N, wykazując doskonałą powtarzalność wyników uzyskanych za pomocą modułu Micro, które kontrastują z wynikami uzyskanymi za pomocą konwencjonalnych twardościomierzy Vickersa.

A: WGNIECENIE I ZARYSOWANIE POD MIKROSKOPEM (360X)

B: WGNIECENIE I ZARYSOWANIE POD MIKROSKOPEM (3000X)

RYSUNEK 2: Wykresy zależności obciążenia od przemieszczenia przy różnych maksymalnych obciążeniach.

Krzywe obciążenie-przemieszczenie podczas wgłębiania przy różnych obciążeniach maksymalnych przedstawiono w RYSUNEK 3. Twardość i moduł sprężystości są podsumowane i porównane na RYSUNKU 4. Próbka stali wykazuje stały moduł sprężystości w całym zakresie obciążenia testowego od 0,03 do 200 N (możliwy zakres 0,003 do 400 N), co daje średnią wartość ~211 GPa. Twardość wykazuje względnie stałą wartość ~6,5 GPa mierzoną przy maksymalnym obciążeniu powyżej 100 N. Gdy obciążenie maleje do zakresu od 2 do 10 N, mierzona jest średnia twardość ~9 GPa.

RYSUNEK 3: Wykresy zależności obciążenia od przemieszczenia przy różnych maksymalnych obciążeniach.

RYSUNEK 4: Twardość i moduł Younga próbki stalowej mierzone przy różnych maksymalnych obciążeniach.

WGŁĘBIENIE OD 0,03 DO 200 N

Wykonano dwadzieścia prób mikroindentacji przy maksymalnym obciążeniu 4N. Krzywe obciążenie-przemieszczenie przedstawiono w RYSUNEK 5 a otrzymane twardość Vickersa i moduł Younga są przedstawione w RYSUNEK 6.

RYSUNEK 5: Krzywe obciążenie-przemieszczenie dla badań mikroindentacji przy obciążeniu 4 N.

RYSUNEK 6: Twardość Vickersa i moduł Younga dla 20 mikroindentacji przy 4 N.

Krzywe obciążenie-przemieszczenie wykazują doskonałą powtarzalność nowego mikromodułu. Stalowy wzorzec posiada twardość Vickersa 842±11 HV zmierzoną przez nowy mikromoduł, w porównaniu do 817±18 HV zmierzonej przy użyciu konwencjonalnego twardościomierza Vickersa. Małe odchylenie standardowe pomiaru twardości zapewnia wiarygodną i powtarzalną charakterystykę właściwości mechanicznych w pracach badawczo-rozwojowych i kontroli jakości materiałów zarówno w sektorze przemysłowym jak i w badaniach naukowych.

Ponadto, na podstawie krzywej obciążenie-przemieszczenie obliczono moduł Younga o wartości 208±5 GPa, który nie jest dostępny dla konwencjonalnego twardościomierza Vickersa ze względu na brak pomiaru głębokości podczas wgłębiania. Wraz ze spadkiem obciążenia i zmniejszeniem rozmiaru wgłębienia, moduł NANOVEA Zalety modułu Micro w zakresie powtarzalności w porównaniu do twardościomierzy Vickersa wzrastają do momentu, gdy nie jest już możliwy pomiar wgłębienia poprzez kontrolę wzrokową.

Zaleta pomiaru głębokości w celu obliczenia twardości staje się również oczywista, gdy mamy do czynienia z próbkami szorstkimi lub trudniejszymi do obserwacji pod standardowymi mikroskopami, w które wyposażone są twardościomierze Vickersa.

PODSUMOWANIE

W tym badaniu pokazaliśmy, jak nowy wiodący na świecie NANOVEA Micro Module (zakres 200 N) wykonuje niezrównanie powtarzalne i precyzyjne pomiary wgłębienia i zarysowania w szerokim zakresie obciążeń od 0,03 do 200 N (3 gf do 20,4 kgf). Opcjonalny moduł Micro o niższym zakresie może zapewnić wykonanie badań w zakresie od 0,003 do 20 N (0,3 gf do 2 kgf). Unikalne pionowe ustawienie silnika Z, ogniwa obciążeniowego o dużej sile oraz czujnika głębokości zapewnia maksymalną sztywność konstrukcji podczas pomiarów. Wgłębienia mierzone przy różnych obciążeniach mają symetryczny kwadratowy kształt na powierzchni próbki. Prosty ślad zarysowania o stopniowo zwiększanej szerokości i głębokości powstaje w teście zarysowania przy maksymalnym obciążeniu 200 N.

Nowy Micro Module może być skonfigurowany na podstawie mechanicznej PB1000 (150 x 200 mm) lub CB500 (100 x 50 mm) z motoryką z (zakres 50 mm). W połączeniu z wydajnym systemem kamer (dokładność pozycji 0,2 mikrona) systemy te zapewniają najlepsze na rynku możliwości automatyzacji i mapowania. NANOVEA oferuje również unikalną opatentowaną funkcję (EP No. 30761530), która umożliwia weryfikację i kalibrację wgłębników Vickersa poprzez wykonanie pojedynczego wgłębienia w pełnym zakresie obciążeń. W przeciwieństwie do tego, standardowe testery twardości Vickersa mogą zapewnić kalibrację tylko przy jednym obciążeniu.

Dodatkowo, oprogramowanie NANOVEA umożliwia użytkownikowi wykonanie pomiaru twardości metodą Vickersa z zastosowaniem tradycyjnej metody pomiaru przekątnych wgłębienia (dla norm ASTM E92 i E384). Jak pokazano w niniejszym dokumencie, badania twardości wgłębnej w funkcji obciążenia (ASTM E2546 i ISO 14577) wykonane przy użyciu mikromodułu NANOVEA są precyzyjne i powtarzalne w porównaniu z tradycyjnymi twardościomierzami. Szczególnie w przypadku próbek, które nie mogą być obserwowane/pomiarowane za pomocą mikroskopu.

Podsumowując, wyższa dokładność i powtarzalność konstrukcji mikromodułu z szerokim zakresem obciążeń i testów, wysoką automatyzacją i opcjami mapowania sprawia, że tradycyjne twardościomierze Vickersa stają się przestarzałe. Podobnie jest z testerami zarysowania i mikro zarysowania, które są nadal oferowane, ale zostały zaprojektowane z wadami w latach 80-tych.

Ciągły rozwój i doskonalenie tej technologii sprawia, że NANOVEA jest światowym liderem w dziedzinie badań mikromechanicznych.

TERAZ POROZMAWIAJMY O TWOJEJ APLIKACJI

LIVE CHAT
Profilometr chropowatości papieru ściernego

Papier ścierny: Analiza chropowatości i średnicy cząstek

Papier ścierny: Analiza chropowatości i średnicy cząstek

Dowiedz się więcej

SANDPAPER

Analiza chropowatości i średnicy cząstek

Przygotowane przez

FRANK LIU

WPROWADZENIE

Papier ścierny jest powszechnie dostępnym w handlu produktem używanym jako materiał ścierny. Najczęstszym zastosowaniem papieru ściernego jest usuwanie powłok lub polerowanie powierzchni za pomocą jego właściwości ściernych. Te właściwości ścierne są podzielone na ziarna, każde związane z tym, jak gładka lub
szorstkie wykończenie powierzchni, które to da. Aby osiągnąć pożądane właściwości ścierne, producenci papieru ściernego muszą zapewnić, że cząstki ścierne mają określony rozmiar i niewielkie odchylenia. Aby określić ilościowo jakość papieru ściernego, NANOVEA 3D Non-Contact Profilometr można użyć do uzyskania średniego arytmetycznego parametru wysokości (Sa) i średniej średnicy cząstek obszaru próbki.

ZNACZENIE BEZKONTAKTOWEGO OPTYCZNEGO PROFILERA 3D PROFILARKA DO PAPIERU ŚCIERNEGO

Przy stosowaniu papieru ściernego, aby uzyskać jednolite wykończenie powierzchni, interakcja pomiędzy cząstkami ściernymi a szlifowaną powierzchnią musi być jednolita. Aby to określić, powierzchnia papieru ściernego może być obserwowana za pomocą bezkontaktowego profilera optycznego 3D NANOVEA, aby zobaczyć odchylenia w rozmiarach cząstek, ich wysokości i odstępach.

CEL POMIARU

W tym badaniu zastosowano pięć różnych ziarnistości papieru ściernego (120,
180, 320, 800 i 2000) są skanowane za pomocą
NANOVEA ST400 3D Non-Contact Optical Profiler.
Sa jest wyodrębniany ze skanu, a cząstka
wielkość obliczana jest poprzez przeprowadzenie analizy motywów w celu
znaleźć ich równoważną średnicę

NANOVEA

ST400

DOWIEDZ SIĘ WIĘCEJ
WYNIKI I DYSKUSJA

Zgodnie z oczekiwaniami wraz ze wzrostem ziarna papieru ściernego zmniejsza się chropowatość powierzchni (Sa) i wielkość cząstek. Sa wynosiła od 42,37 μm do 3,639 μm. Wielkość cząstek wynosiła od 127 ± 48,7 do 21,27 ± 8,35. Większe cząstki i duże zmiany wysokości tworzą silniejsze działanie ścierne na powierzchniach w przeciwieństwie do mniejszych cząstek o małej zmianie wysokości.
Należy pamiętać, że wszystkie definicje podanych parametrów wysokościowych znajdują się na stronie.A.1.

TABELA 1: Porównanie ziarnistości papieru ściernego i parametrów wysokościowych.

TABELA 2: Porównanie ziarnistości papieru ściernego i średnicy cząstek.

WIDOK 2D I 3D PAPIERU ŚCIERNEGO 

Poniżej przedstawiono widok false-color i 3D dla próbek papieru ściernego.
Do usunięcia kształtu lub falistości zastosowano filtr gaussowski 0,8 mm.

ANALIZA MOTYWÓW

Aby dokładnie znaleźć cząstki na powierzchni, próg skali wysokości został przedefiniowany tak, aby pokazywał tylko górną warstwę papieru ściernego. Następnie przeprowadzono analizę motywów w celu wykrycia szczytów.

PODSUMOWANIE

Bezkontaktowy profiler optyczny 3D firmy NANOVEA został wykorzystany do kontroli właściwości powierzchniowych różnych ziaren papieru ściernego dzięki możliwości precyzyjnego skanowania powierzchni z mikro i nano elementami.

Parametry wysokości powierzchni oraz równoważne średnice cząstek uzyskano z każdej z próbek papieru ściernego przy użyciu zaawansowanego oprogramowania do analizy skanów 3D. Zaobserwowano, że wraz ze wzrostem wielkości ziarna, zgodnie z oczekiwaniami, zmniejszała się chropowatość powierzchni (Sa) oraz wielkość cząstek.

TERAZ POROZMAWIAJMY O TWOJEJ APLIKACJI

LIVE CHAT
Styropianowy pomiar granicy powierzchni Profilometria

Pomiar granicy powierzchni

Pomiar granicy powierzchni z wykorzystaniem profilometrii 3D

Dowiedz się więcej

POMIAR GRANICY POWIERZCHNI

STOSOWANIE PROFILOMETRII 3D

Przygotowane przez

Craig Leising

WPROWADZENIE

W badaniach, w których interfejs cech powierzchni, wzory, kształty itp. są oceniane pod kątem orientacji, użyteczna będzie szybka identyfikacja obszarów zainteresowania na całym profilu pomiarowym. Poprzez segmentację powierzchni na istotne obszary użytkownik może szybko ocenić granice, szczyty, wżery, obszary, objętości i wiele innych, aby zrozumieć ich funkcjonalną rolę w całym badanym profilu powierzchni. Na przykład, podobnie jak w przypadku obrazowania granic ziaren metali, znaczenie analizy ma interfejs wielu struktur i ich ogólna orientacja. Poprzez zrozumienie każdego obszaru zainteresowania można zidentyfikować wady i nieprawidłowości w obrębie całego obszaru. Chociaż obrazowanie granic ziaren jest zazwyczaj badane w zakresie przekraczającym możliwości profilometru i jest to tylko analiza obrazu 2D, jest to pomocne odniesienie do zilustrowania koncepcji tego, co zostanie przedstawione tutaj w większej skali wraz z zaletami pomiaru powierzchni 3D.

ZNACZENIE PROFILOMETRU BEZKONTAKTOWEGO 3D W BADANIACH SEPARACJI POWIERZCHNI

W odróżnieniu od innych technik, takich jak sondy dotykowe czy interferometria, Bezkontaktowy profilometr 3D, wykorzystując chromatyzm osiowy, może mierzyć prawie każdą powierzchnię, rozmiary próbek mogą się znacznie różnić ze względu na otwartą inscenizację i nie ma potrzeby przygotowywania próbki. Zakres od nano do makro jest uzyskiwany podczas pomiaru profilu powierzchni przy zerowym wpływie odbicia lub absorpcji próbki, ma zaawansowaną zdolność pomiaru dużych kątów powierzchni i nie wymaga manipulacji wynikami za pomocą oprogramowania. Z łatwością zmierz dowolny materiał: przezroczysty, nieprzezroczysty, lustrzany, dyfuzyjny, polerowany, szorstki itp. Technika bezkontaktowego profilometru zapewnia idealne, szerokie i przyjazne dla użytkownika możliwości maksymalizacji badań powierzchni, gdy konieczna będzie analiza granic powierzchni; wraz z korzyściami płynącymi z połączonych możliwości 2D i 3D.

CEL POMIARU

W tej aplikacji profilometr Nanovea ST400 został użyty do pomiaru powierzchni styropianu. Granice zostały ustalone poprzez połączenie pliku intensywności odbicia wraz z topografią, które zostały jednocześnie pozyskane za pomocą NANOVEA ST400. Dane te zostały następnie wykorzystane do obliczenia różnych informacji o kształcie i wielkości każdego styropianowego "ziarna".

NANOVEA

ST400

WYNIKI I DYSKUSJA: Pomiar granicy powierzchni 2D

Obraz topografii (poniżej lewej) zamaskowany przez obraz intensywności odbicia (poniżej prawej) w celu wyraźnego określenia granic ziaren. Wszystkie ziarna o średnicy poniżej 565 µm zostały pominięte przez zastosowanie filtra.

Łączna liczba ziaren: 167
Całkowita projektowana powierzchnia zajmowana przez ziarna: 166,917 mm² (64,5962 %)
Całkowita projektowana powierzchnia zajęta przez granice: (35.4038 %)
Gęstość ziaren: 0,646285 ziaren / mm2

Powierzchnia = 0,999500 mm² +/- 0,491846 mm²
Obwód = 9114,15 µm +/- 4570,38 µm
Średnica równoważna = 1098,61 µm +/- 256,235 µm
Średnia średnica = 945,373 µm +/- 248,344 µm
Min. średnica = 675,898 µm +/- 246,850 µm
Maksymalna średnica = 1312,43 µm +/- 295,258 µm

WYNIKI I DYSKUSJA: Pomiar granicy powierzchni 3D

Wykorzystując uzyskane dane topografii 3D, na każdym ziarnie można analizować objętość, wysokość, szczyt, współczynnik kształtu i ogólne informacje o kształcie. Całkowita zajęta powierzchnia 3D: 2.525mm3

PODSUMOWANIE

W tej aplikacji pokazaliśmy, jak profilometr bezkontaktowy NANOVEA 3D może precyzyjnie scharakteryzować powierzchnię styropianu. Informacje statystyczne można uzyskać na całej interesującej nas powierzchni lub na pojedynczych ziarnach, niezależnie od tego, czy są to szczyty czy doły. W tym przykładzie wszystkie ziarna większe od zdefiniowanego przez użytkownika rozmiaru zostały wykorzystane do przedstawienia powierzchni, obwodu, średnicy i wysokości. Przedstawione cechy mogą mieć kluczowe znaczenie dla badań i kontroli jakości naturalnych i wstępnie przygotowanych powierzchni, począwszy od zastosowań biomedycznych do mikroobróbki, jak również wielu innych. 

TERAZ POROZMAWIAJMY O TWOJEJ APLIKACJI

LIVE CHAT

Badanie zużycia powłoki szklanej w warunkach wilgotności za pomocą tribometru

Badanie zużycia powłoki szklanej w warunkach wilgotności za pomocą tribometru

Dowiedz się więcej

WILGOTNOŚĆ POWŁOKI SZKLANEJ

BADANIE ZUŻYCIA ZA POMOCĄ TRYBOMETRU

Przygotowane przez

DUANJIE LI, dr

WPROWADZENIE

Samoczyszcząca powłoka szklana tworzy łatwą do czyszczenia powierzchnię szklaną, która zapobiega gromadzeniu się brudu, zanieczyszczeń i plam. Jej cecha samoczyszczenia znacznie zmniejsza częstotliwość, czas, energię i koszty czyszczenia, co czyni ją atrakcyjnym wyborem dla różnych zastosowań mieszkaniowych i komercyjnych, takich jak fasady szklane, lustra, szyby prysznicowe, okna i szyby przednie.

ZNACZENIE ODPORNOŚCI NA ŚCIERANIE SAMOCZYSZCZĄCEJ POWŁOKI SZKLANEJ

Głównym zastosowaniem powłoki samoczyszczącej jest zewnętrzna powierzchnia szklanej fasady na wieżowcach. Powierzchnia szkła jest często atakowana przez szybkie cząstki przenoszone przez silne wiatry. Warunki pogodowe również odgrywają dużą rolę w żywotności powłoki szklanej. Obróbka powierzchniowa szkła i nakładanie nowej powłoki w przypadku awarii starej może być bardzo trudne i kosztowne. Dlatego też odporność na zużycie powłoki szklanej pod
różne warunki pogodowe są krytyczne.


W celu symulacji realistycznych warunków środowiskowych powłoki samoczyszczącej w różnych warunkach pogodowych, potrzebna jest powtarzalna ocena zużycia w kontrolowanej i monitorowanej wilgotności. Pozwala to użytkownikom na właściwe porównanie odporności na zużycie powłok samoczyszczących wystawionych na działanie różnych wilgotności i wybór najlepszego kandydata do docelowego zastosowania.

CEL POMIARU

W tym badaniu wykazaliśmy, że NANOVEA Tribometr T100 wyposażony w regulator wilgotności jest idealnym narzędziem do badania odporności na zużycie samoczyszczących powłok szklanych w różnej wilgotności.

NANOVEA

T100

Kompaktowy Tribometr Pneumatyczny T100

PROCEDURY BADAWCZE

Szkiełka mikroskopowe ze szkła sodowo-wapniowego zostały pokryte samoczyszczącymi powłokami szklanymi przy użyciu dwóch różnych receptur obróbki. Te dwie powłoki są oznaczone jako Coating 1 i Coating 2. Dla porównania przetestowano również niepowlekane szkiełko bez powłoki.


NANOVEA Tribometr wyposażonego w moduł kontroli wilgotności, wykorzystano do oceny zachowania tribologicznego, np. współczynnika tarcia, współczynnika COF i odporności na zużycie samoczyszczących powłok szklanych. Na badane próbki nałożono końcówkę kulkową WC (o średnicy 6 mm). COF rejestrowano na miejscu. Zamontowany na trybokomorze regulator wilgotności precyzyjnie kontrolował wartość wilgotności względnej (RH) w zakresie ±1 %. Po badaniach zużycia zbadano morfologię śladów zużycia pod mikroskopem optycznym.

OBCIĄŻENIE MAKSYMALNE 40 mN
WYNIKI I DYSKUSJA

Badania zużycia pin-on-disk w różnych warunkach wilgotnościowych przeprowadzono na szkle powlekanym i niepowlekanym
próbki. COF był rejestrowany in situ podczas testów zużycia, jak pokazano w RYSUNEK 1 a średni COF jest podsumowany w RYSUNEK 2. RYSUNEK 4 porównuje ślady zużycia po testach zużycia.


Jak pokazano w RYSUNEK 1Szkło niepowlekane wykazuje wysoki współczynnik COF wynoszący ~0,45 po rozpoczęciu ruchu ślizgowego w teście 30% RH, który stopniowo wzrasta do ~0,6 pod koniec testu zużycia 300 obrotów. Dla porównania
Próbki szkła powlekanego Coating 1 i Coating 2 wykazują na początku badania niski współczynnik COF poniżej 0,2. Współczynnik COF
powłoki 2 stabilizuje się na poziomie ~0,25 przez resztę testu, podczas gdy powłoka 1 wykazuje gwałtowny wzrost COF przy
~250 obrotów, a COF osiąga wartość ~0,5. W przypadku przeprowadzania testów zużycia w RH 60%.
Szkło niepowlekane nadal wykazuje wyższy współczynnik COF wynoszący ~0,45 podczas całego testu zużycia. Powłoki 1 i 2 wykazują wartości COF odpowiednio 0,27 i 0,22. W przypadku 90% RH, szkło niepowlekane posiada wysoki współczynnik COF wynoszący ~0,5 pod koniec testu zużycia. Powłoki 1 i 2 wykazują porównywalny współczynnik COF na poziomie ~0,1 w momencie rozpoczęcia testu zużycia. Powłoka 1 utrzymuje względnie stabilny współczynnik COF na poziomie ~0,15. Natomiast powłoka 2 ulega uszkodzeniu przy ~100 obrotach, po czym następuje znaczny wzrost COF do ~0,5 pod koniec testu zużycia.


Niskie tarcie powłoki szkła samoczyszczącego wynika z jej niskiej energii powierzchniowej. Tworzy ona bardzo wysoką statykę
kąt kontaktu z wodą i niski kąt zwijania. Prowadzi to do tworzenia się małych kropel wody na powierzchni powłoki w 90% RH, co widać pod mikroskopem w RYSUNEK 3. Powoduje to również spadek średniego COF z ~0,23 do ~0,15 dla powłoki 2 w miarę wzrostu wartości RH z 30% do 90%.

RYSUNEK 1: Współczynnik tarcia podczas testów pin-on-disk w różnych wilgotnościach względnych.

RYSUNEK 2: Średni COF podczas testów pin-on-disk w różnych wilgotnościach względnych.

RYSUNEK 3: Tworzenie się małych kropelek wody na powierzchni powlekanego szkła.

RYSUNEK 4 porównuje ślady zużycia na powierzchni szkła po testach zużycia w różnych wilgotnościach. Powłoka 1 wykazuje oznaki łagodnego zużycia po testach zużycia w RH 30% i 60%. Posiada duży ślad zużycia po teście w wilgotności względnej 90%, co jest zgodne ze znacznym wzrostem COF podczas testu zużycia. Powłoka 2 nie wykazuje prawie żadnych oznak zużycia po testach zużycia zarówno w środowisku suchym jak i mokrym, a także wykazuje stały niski COF podczas testów zużycia w różnych wilgotnościach. Połączenie dobrych właściwości trybologicznych i niskiej energii powierzchniowej sprawia, że powłoka 2 jest dobrym kandydatem do zastosowania jako samoczyszcząca powłoka szklana w trudnych warunkach. Dla porównania, szkło niepowlekane wykazuje większe ślady zużycia i wyższy współczynnik COF w różnych wilgotnościach, co dowodzi konieczności zastosowania techniki powlekania samoczyszczącego.

RYSUNEK 4: Ślady zużycia po testach pin-on-disk w różnych wilgotnościach względnych (powiększenie 200x).

PODSUMOWANIE

NANOVEA Tribometr T100 jest doskonałym narzędziem do oceny i kontroli jakości samoczyszczących powłok szklanych o różnej wilgotności. Możliwość pomiaru COF in-situ pozwala użytkownikom skorelować różne etapy procesu zużycia z ewolucją COF, co jest kluczowe dla poprawy zrozumienia mechanizmu zużycia i charakterystyki trybologicznej powłok szklanych. Na podstawie kompleksowej analizy tribologicznej samoczyszczących powłok szklanych badanych w różnej wilgotności wykazaliśmy, że powłoka 2 charakteryzuje się stałym niskim COF i doskonałą odpornością na zużycie zarówno w środowisku suchym jak i mokrym, co czyni ją lepszym kandydatem do zastosowań w samoczyszczących powłokach szklanych narażonych na działanie różnych czynników atmosferycznych.


NANOVEA Tribometry oferują precyzyjne i powtarzalne badania zużycia i tarcia z wykorzystaniem trybów obrotowych i liniowych zgodnych z normami ISO i ASTM, z opcjonalnymi modułami do badań zużycia w wysokiej temperaturze, smarowania i tribo-korozji dostępnymi w jednym, wstępnie zintegrowanym systemie. Opcjonalny profiler bezkontaktowy 3D jest dostępny w celu zapewnienia wysokiej jakości badań.
obrazowanie w rozdzielczości 3D śladów zużycia jako uzupełnienie innych pomiarów powierzchni, takich jak chropowatość. 

TERAZ POROZMAWIAJMY O TWOJEJ APLIKACJI

LIVE CHAT

Odkształcanie pełzające polimerów metodą nanoindentacji

Odkształcanie pełzające polimerów metodą nanoindentacji

Dowiedz się więcej

ODKSZTAŁCENIE PEŁZAJĄCE

POLIMERÓW ZA POMOCĄ NANOINDENTACJI

Przygotowane przez

DUANJIE LI, dr

WPROWADZENIE

Jako materiały lepkosprężyste, polimery często ulegają deformacji zależnej od czasu pod wpływem określonego przyłożonego obciążenia, znanego również jako pełzanie. Pełzanie staje się czynnikiem krytycznym, gdy części polimerowe mają być narażone na ciągłe naprężenia, takie jak elementy konstrukcyjne, połączenia i złącza oraz hydrostatyczne zbiorniki ciśnieniowe.

ZNACZENIE POMIARU PEŁZANIA DLA POLIMERÓW

Naturalna natura lepkosprężystości odgrywa kluczową rolę w działaniu polimerów i bezpośrednio wpływa na ich niezawodność działania. Warunki środowiskowe, takie jak obciążenie i temperatura, wpływają na zachowanie pełzania polimerów. Awarie związane z pełzaniem często występują z powodu braku czujności w zakresie zależnego od czasu zachowania pełzania materiałów polimerowych stosowanych w określonych warunkach pracy. W rezultacie ważne jest opracowanie wiarygodnego i ilościowego testu lepkosprężystego zachowania mechanicznego polimerów. Moduł Nano NANOVEA Testery mechaniczne przykłada obciążenie za pomocą precyzyjnego piezoelektrycznego czujnika i bezpośrednio mierzy ewolucję siły i przemieszczenia na miejscu. Połączenie dokładności i powtarzalności sprawia, że jest to idealne narzędzie do pomiaru pełzania.

CEL POMIARU

W tej aplikacji pokazaliśmy, że
Tester mechaniczny NANOVEA PB1000
w Nanoindentacja Tryb jest idealnym narzędziem
do badania lepkosprężystych właściwości mechanicznych
w tym twardość, moduł Younga
i pełzanie materiałów polimerowych.

NANOVEA

PB1000

Nanoindenter i tester zarysowań Nanovea PB1000
WARUNKI BADANIA

Osiem różnych próbek polimerowych badano techniką nanoindentacji przy użyciu testera mechanicznego NANOVEA PB1000. W miarę liniowego wzrostu obciążenia od 0 do 40 mN, głębokość wgłębienia stopniowo wzrastała podczas etapu obciążania. Pełzanie mierzono następnie na podstawie zmiany głębokości wgniecenia przy maksymalnym obciążeniu 40 mN przez 30 s.

OBCIĄŻENIE MAKSYMALNE 40 mN
PRĘDKOŚĆ ZAŁADUNKU
80 mN/min
PRĘDKOŚĆ ROZŁADUNKU 80 mN/min
CREEP TIME
30 s

TYP INDENTER

Berkovich

Diament

*konfiguracja badania metodą nanoindentacji

WYNIKI I DYSKUSJA

Wykres zależności obciążenia od przemieszczenia w badaniach nanoindentacji różnych próbek polimerowych przedstawiono na RYSUNKU 1, a krzywe pełzania porównano na RYSUNKU 2. Twardość i moduł Younga są podsumowane na RYSUNKU 3, a głębokość pełzania jest pokazana na RYSUNKU 4. Jako przykłady na RYSUNKU 1, części AB, BC i CD krzywej obciążenie-przemieszczenie dla pomiaru nanoindentacji reprezentują odpowiednio procesy ładowania, pełzania i rozładowania.

Delrin i PVC wykazują najwyższą twardość odpowiednio 0,23 i 0,22 GPa, podczas gdy LDPE posiada najniższą twardość 0,026 GPa wśród badanych polimerów. Ogólnie rzecz biorąc, twardsze polimery wykazują mniejszą szybkość pełzania. Najbardziej miękki LDPE ma największą głębokość pełzania 798 nm, w porównaniu do ~120 nm dla Delrinu.

Właściwości pełzania polimerów są krytyczne, gdy są one stosowane w częściach konstrukcyjnych. Poprzez precyzyjny pomiar twardości i pełzania polimerów, można uzyskać lepsze zrozumienie niezawodności polimerów w zależności od czasu. Pełzanie, zmiana przemieszczenia przy danym obciążeniu, może być również mierzone w różnych podwyższonych temperaturach i wilgotności przy użyciu testera mechanicznego NANOVEA PB1000, zapewniając idealne narzędzie do ilościowego i wiarygodnego pomiaru lepkosprężystych zachowań mechanicznych polimerów.
w symulowanym realistycznym środowisku aplikacji.

RYSUNEK 1: Wykresy zależności obciążenia od przemieszczenia
różnych polimerów.

RYSUNEK 2: Pełzanie przy maksymalnym obciążeniu 40 mN przez 30 s.

RYSUNEK 3: Twardość i moduł Younga polimerów.

RYSUNEK 4: Głębokość pełzania polimerów.

PODSUMOWANIE

W tym badaniu wykazaliśmy, że NANOVEA PB1000
Mechanical Tester mierzy właściwości mechaniczne różnych polimerów, w tym twardość, moduł Younga i pełzanie. Takie właściwości mechaniczne są niezbędne przy wyborze odpowiedniego materiału polimerowego do planowanych zastosowań. Derlin i PVC wykazują najwyższą twardość odpowiednio 0,23 i 0,22 GPa, podczas gdy LDPE posiada najniższą twardość 0,026 GPa wśród badanych polimerów. Ogólnie rzecz biorąc, twardsze polimery wykazują mniejszą szybkość pełzania. Najbardziej miękki LDPE wykazuje największą głębokość pełzania 798 nm, w porównaniu do ~120 nm dla Derlinu.

Testery mechaniczne NANOVEA zapewniają niezrównaną wielofunkcyjność modułów Nano i Micro na jednej platformie. Zarówno moduły Nano jak i Micro zawierają tryby testera zarysowań, testera twardości oraz testera zużycia, zapewniając najdzikszy i najbardziej przyjazny dla użytkownika zakres badań dostępny w jednym systemie.

TERAZ POROZMAWIAJMY O TWOJEJ APLIKACJI

LIVE CHAT
Materiały wielofazowe z wykorzystaniem nanoindentacji NANOVEA

Nanoindentacja wielofazowa metali

Badanie metalurgiczne materiału wielofazowego z wykorzystaniem nanoindentacji

Dowiedz się więcej

STUDIUM METALURGII
MATERIAŁU WIELOFAZOWEGO

PRZY UŻYCIU NANOINDENTACJI

Przygotowane przez

DUANJIE LI, dr & ALEKSIS CELESTIN

WPROWADZENIE

Metalurgia bada fizyczne i chemiczne zachowanie pierwiastków metalicznych, jak również ich związków międzymetalicznych i stopów. Metale, które poddawane są procesom obróbki, takim jak odlewanie, kucie, walcowanie, wyciskanie i obróbka mechaniczna, doświadczają zmian w swoich fazach, mikrostrukturze i teksturze. Zmiany te powodują zróżnicowanie właściwości fizycznych, w tym twardości, wytrzymałości, ciągliwości i odporności na zużycie materiału. Metalografia jest często stosowana w celu poznania mechanizmu powstawania takich specyficznych faz, mikrostruktury i tekstury.

ZNACZENIE LOKALNYCH WŁAŚCIWOŚCI MECHANICZNYCH WŁAŚCIWOŚCI DLA PROJEKTOWANIA MATERIAŁÓW

Zaawansowane materiały często składają się z wielu faz o specjalnej mikrostrukturze i teksturze, aby osiągnąć pożądane właściwości mechaniczne dla docelowych zastosowań w praktyce przemysłowej. Nanoindentacja jest szeroko stosowany do pomiaru mechanicznych zachowań materiałów w małych skalach i ii. Jednakże, precyzyjne wybranie określonych miejsc do wgłębiania w bardzo małym obszarze jest trudne i czasochłonne. Niezawodna i przyjazna dla użytkownika procedura badań nanoindentacyjnych jest potrzebna do określenia właściwości mechanicznych różnych faz materiału z wysoką precyzją i terminowością pomiarów.

CEL POMIARU

W tej aplikacji mierzymy właściwości mechaniczne wielofazowej próbki metalurgicznej przy użyciu najpotężniejszego testera mechanicznego: NANOVEA PB1000.

Tutaj pokazujemy możliwości PB1000 w wykonywaniu pomiarów nanoindentacyjnych na wielu fazach (ziarnach) dużej powierzchni próbki z wysoką precyzją i łatwością obsługi przy użyciu naszego zaawansowanego kontrolera położenia.

NANOVEA

PB1000

Nanoindenter i tester zarysowań Nanovea PB1000
WARUNKI BADANIA

W tej pracy wykorzystano próbkę metalurgiczną z wieloma fazami. Próbka została wypolerowana do lustrzanego wykończenia powierzchni przed przeprowadzeniem testów wgłębnych. W próbce zidentyfikowano cztery fazy, a mianowicie FAZĘ 1, FAZĘ 2, FAZĘ 3 i FAZĘ 4, jak pokazano poniżej.

Advanced Stage Controller to intuicyjne narzędzie do nawigacji po próbce, które automatycznie dostosowuje prędkość poruszania się próbki pod mikroskopem optycznym na podstawie pozycji myszy. Im bardziej mysz jest oddalona od centrum pola widzenia, tym szybciej scena porusza się w kierunku wskazanym przez mysz. Zapewnia to przyjazną dla użytkownika metodę nawigacji po całej powierzchni próbki i wyboru zamierzonego miejsca do badań mechanicznych. Współrzędne miejsc testowych są zapisywane i numerowane, wraz z ich indywidualnymi ustawieniami testowymi, takimi jak obciążenia, szybkość ładowania/rozładowywania, liczba testów w mapie, itp. Taka procedura badawcza pozwala użytkownikom zbadać dużą powierzchnię próbki pod kątem konkretnych obszarów zainteresowania wgłębianiem i wykonać wszystkie testy wgłębiania w różnych miejscach w jednym czasie, co czyni go idealnym narzędziem do badań mechanicznych próbek metalurgicznych z wieloma fazami.

W tej pracy zlokalizowaliśmy poszczególne fazy próbki pod mikroskopem optycznym zintegrowanym z NANOVEA Tester mechaniczny według numeracji na RYSUNEK 1. Współrzędne wybranych miejsc są zapisywane, po czym następują automatyczne testy nanoindentacji wszystkie naraz w warunkach testowych podsumowanych poniżej

RYSUNEK 1: WYBÓR MIEJSCA NANOINDENTACJI NA POWIERZCHNI PRÓBKI.
WYNIKI: NANOINDENTACJE NA RÓŻNYCH FAZACH

Wgłębienia w różnych fazach próbki są wyświetlane poniżej. Wykazaliśmy, że doskonała kontrola położenia stopnia próbki w NANOVEA Tester mechaniczny pozwala użytkownikom precyzyjnie wskazać lokalizację docelową w celu przeprowadzenia badania właściwości mechanicznych.

Reprezentatywne krzywe obciążenie-przemieszczenie wgłębień przedstawiono w RYSUNEK 2oraz odpowiednią twardość i moduł Younga obliczone metodą Olivera i Pharraiii są podsumowane i porównane w RYSUNEK 3.


Na stronie FAZY 1, 2, 3 oraz 4 posiadają średnią twardość odpowiednio ~5,4, 19,6, 16,2 i 7,2 GPa. Stosunkowo niewielki rozmiar dla FAZY 2 przyczynia się do jego większego odchylenia standardowego wartości twardości i modułu Younga.

RYSUNEK 2: KRZYWE OBCIĄŻENIE-PRZEMIESZCZENIE
NANOINDENTACJI

RYSUNEK 3: TWARDOŚĆ I MODUŁ YOUNGA RÓŻNYCH FAZ

PODSUMOWANIE

W tym badaniu, zaprezentowaliśmy NANOVEA Mechanical Tester wykonujący pomiary nanoindentacyjne na wielu fazach dużej próbki metalurgicznej przy użyciu zaawansowanego sterownika Stage Controller. Precyzyjna kontrola pozycji pozwala użytkownikom na łatwe poruszanie się po dużej powierzchni próbki i bezpośrednie wybieranie obszarów zainteresowania do pomiarów nanoindentacyjnych.

Współrzędne położenia wszystkich wgłębień są zapisywane, a następnie wykonywane sukcesywnie. Taka procedura badawcza sprawia, że pomiar lokalnych właściwości mechanicznych w małych skalach, np. wielofazowej próbki metalu w tej pracy, jest znacznie mniej czasochłonny i bardziej przyjazny dla użytkownika. Twarde FAZY 2, 3 i 4 poprawiają właściwości mechaniczne próbki, posiadając średnią twardość odpowiednio ~19,6, 16,2 i 7,2 GPa, w porównaniu do ~5,4 GPa dla FAZY 1.

Moduły Nano, Micro i Macro urządzenia zawierają tryby pracy zgodne z normami ISO i ASTM - wgłębianie, zarysowanie i ścieranie, zapewniając najszerszy i najbardziej przyjazny użytkownikowi zakres badań dostępny w jednym systemie. Niezrównany zakres badań NANOVEA stanowi idealne rozwiązanie do wyznaczania pełnego zakresu właściwości mechanicznych cienkich lub grubych, miękkich lub twardych powłok, filmów i podłoży, w tym twardości, modułu Younga, odporności na pękanie, przyczepności, odporności na ścieranie i wielu innych.

i Oliver, W. C.; Pharr, G. M., Journal of Materials Research, Volume 19, Issue 1, Jan 2004, pp.3-20
ii Schuh, C.A., Materials Today, Volume 9, Issue 5, May 2006, pp. 32-40
iii Oliver, W. C.; Pharr, G. M., Journal of Materials Research, Volume 7, Issue 6, June 1992, pp.1564-1583

TERAZ POROZMAWIAJMY O TWOJEJ APLIKACJI

LIVE CHAT
Pomiar konturów za pomocą profilometru przez NANOVEA

Pomiar konturu bieżnika gumowego

Pomiar konturu bieżnika gumowego

Dowiedz się więcej

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

POMIAR KONTURU BIEŻNIKA GUMOWEGO

WYKORZYSTANIE PROFILERA OPTYCZNEGO 3D

Pomiar konturu bieżnika gumowego - Profiler NANOVEA

Przygotowane przez

ANDREA HERRMANN

WPROWADZENIE

Jak wszystkie materiały, współczynnik tarcia gumy jest związany z częściowo przez chropowatość powierzchni. W zastosowaniach opon samochodowych bardzo ważna jest trakcja na drodze. Chropowatość powierzchni i bieżnik opony odgrywają w tym rolę. W tej pracy analizowane są chropowatość powierzchni gumy i wymiary bieżnika.

* THE SAMPLE

WAŻNE

PROFILOMETRII BEZKONTAKTOWEJ 3D

DLA BADAŃ NAD GUMĄ

W przeciwieństwie do innych technik, takich jak sondy dotykowe czy interferometria, NANOVEA Bezkontaktowe profilery optyczne 3D użyj chromatyzmu osiowego do pomiaru prawie każdej powierzchni. 

Otwarta konstrukcja systemu Profiler pozwala na stosowanie próbek o różnych rozmiarach i nie wymaga żadnego przygotowania próbki. Cechy z zakresu od nano do makro mogą być wykryte podczas pojedynczego skanowania bez wpływu odbicia lub absorpcji próbki. Ponadto, profilery te posiadają zaawansowaną zdolność do pomiaru wysokich kątów powierzchni bez konieczności manipulowania wynikami przez oprogramowanie.

Łatwy pomiar dowolnego materiału: przezroczystego, nieprzezroczystego, spekularnego, dyfuzyjnego, polerowanego, chropowatego itp. Technika pomiarowa bezdotykowych profilerów NANOVEA 3D zapewnia idealne, szerokie i przyjazne dla użytkownika możliwości maksymalizacji badań powierzchni wraz z korzyściami płynącymi z połączenia możliwości 2D i 3D.

CEL POMIARU

W tej aplikacji prezentujemy urządzenie NANOVEA ST400, bezdotykowy profiler optyczny 3D mierzący powierzchnia i bieżniki gumowej opony.

Powierzchnia próbki wystarczająco duża, aby reprezentować cała powierzchnia opony została wybrana losowo do tego badania. 

Aby określić ilościowo cechy gumy, użyliśmy oprogramowanie analityczne NANOVEA Ultra 3D do zmierzyć wymiary konturu, głębokość, chropowatości i rozwiniętej powierzchni.

NANOVEA

ST400

ANALIZA: TREAD OPONY

Widok 3D i Widok Fałszywego Koloru bieżników pokazuje wartość mapowania projektów powierzchni 3D. Dostarczają one użytkownikom proste narzędzie do bezpośredniej obserwacji rozmiaru i kształtu bieżników pod różnymi kątami. Zaawansowana analiza konturu i analiza wysokości stopnia są niezwykle potężnymi narzędziami do pomiaru precyzyjnych wymiarów przykładowych kształtów i wzorów.

ZAAWANSOWANA ANALIZA KONTURÓW

ANALIZA WYSOKOŚCI KROKU

ANALIZA: POWIERZCHNIA GUMOWA

Powierzchnia gumy może być określona na wiele sposobów przy użyciu wbudowanych narzędzi programowych, jak pokazano na poniższych rysunkach jako przykłady. Można zauważyć, że chropowatość powierzchni wynosi 2,688 μm, a powierzchnia rozwinięta w stosunku do powierzchni rzutowanej wynosi 9,410 mm² w stosunku do 8,997 mm². Informacje te pozwalają na zbadanie zależności pomiędzy wykończeniem powierzchni a trakcją różnych preparatów gumowych lub nawet gumy o różnym stopniu zużycia powierzchni.

PODSUMOWANIE

W tej aplikacji pokazaliśmy, jak NANOVEA 3D Non-Contact Optical Profiler może dokładnie scharakteryzować chropowatość powierzchni i wymiary bieżnika gumy.

Dane wskazują na chropowatość powierzchni 2,69 µm i powierzchnię rozwiniętą 9,41 mm² przy powierzchni rzutowej 9 mm². Różne wymiary i promienie gumowych bieżników były mierzone również.

Informacje przedstawione w tym opracowaniu mogą być wykorzystane do porównania osiągów opon gumowych o różnych konstrukcjach bieżnika, recepturach lub różnym stopniu zużycia. Przedstawione tu dane stanowią jedynie część obliczenia dostępne w oprogramowaniu do analizy Ultra 3D.

TERAZ POROZMAWIAJMY O TWOJEJ APLIKACJI

LIVE CHAT

Prawa autorskie © 2024 Nanovea. Wszelkie prawa zastrzeżone.