PL 
EN 
ES 
DE 
FR 
IT 
ZH 
JA 
PT 
TR 
KO 
AR 
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.
TERAZ POROZMAWIAJMY O TWOJEJ APLIKACJI
Wymiary i wykończenie powierzchni rur polimerowych
Znaczenie analizy wymiarowej i powierzchniowej rur polimerowych
Rury wykonane z materiału polimerowego są powszechnie stosowane w wielu gałęziach przemysłu, od motoryzacyjnej, medycznej, elektrycznej i wielu innych. W tym badaniu przy użyciu Nanovea badano cewniki medyczne wykonane z różnych materiałów polimerowych Bezkontaktowy profilometr 3D do pomiaru chropowatości powierzchni, morfologii i wymiarów. Chropowatość powierzchni ma kluczowe znaczenie dla cewników, ponieważ wiele problemów z cewnikami, w tym infekcje, urazy fizyczne i stany zapalne mogą być związane z powierzchnią cewnika. Właściwości mechaniczne, takie jak współczynnik tarcia, można również badać poprzez obserwację właściwości powierzchni. Te wymierne dane można uzyskać w celu zapewnienia, że cewnik może być używany w zastosowaniach medycznych.
W porównaniu z mikroskopią optyczną i mikroskopią elektronową, profilometria bezkontaktowa 3D wykorzystująca chromatyzm osiowy jest wysoce preferowana do charakteryzowania powierzchni cewników ze względu na możliwość pomiaru kątów/krzywizn, możliwość pomiaru powierzchni materiałów pomimo ich przezroczystości lub refleksyjności, minimalne przygotowanie próbki i nieinwazyjny charakter. W przeciwieństwie do konwencjonalnej mikroskopii optycznej, wysokość powierzchni może być uzyskana i wykorzystana do analizy obliczeniowej; np. znalezienie wymiarów i usunięcie formy w celu znalezienia chropowatości powierzchni. Posiadanie niewielkiego przygotowania próbki, w przeciwieństwie do mikroskopii elektronowej, oraz bezkontaktowy charakter pozwala również na szybkie zbieranie danych bez obawy o zanieczyszczenie i błąd związany z przygotowaniem próbki.
Cel pomiaru
W tej aplikacji Nanovea 3D Non-Contact Profilometer jest używany do skanowania powierzchni dwóch cewników: jednego wykonanego z TPE (Thermoplastic Elastomer) i drugiego z PVC (Polyvinyl Chloride). Uzyskane i porównane zostaną parametry morfologii, wymiaru promieniowego i wysokości obu cewników.
Wyniki i dyskusja
Powierzchnia 3D
Pomimo krzywizny na rurkach polimerowych, profilometr bezkontaktowy Nanovea 3D może skanować powierzchnię cewników. Z wykonanego skanu można uzyskać obraz 3D do szybkiej, bezpośredniej kontroli wizualnej powierzchni.
Analiza dwuwymiarowa
Zewnętrzny wymiar promieniowy został uzyskany poprzez wyodrębnienie profilu z oryginalnego skanu i dopasowanie łuku do profilu. Pokazuje to zdolność profilometru bezkontaktowego 3D do przeprowadzania szybkiej analizy wymiarowej w zastosowaniach związanych z kontrolą jakości. Można również łatwo uzyskać wiele profili wzdłuż długości cewnika.
Analiza powierzchni Chropowatość
Zewnętrzny wymiar promieniowy został uzyskany poprzez wyodrębnienie profilu z oryginalnego skanu i dopasowanie łuku do profilu. Pokazuje to zdolność profilometru bezkontaktowego 3D do przeprowadzania szybkiej analizy wymiarowej w zastosowaniach związanych z kontrolą jakości. Można również łatwo uzyskać wiele profili wzdłuż długości cewnika.
Wniosek
W tej aplikacji pokazaliśmy, jak bezkontaktowy profilometr Nanovea 3D może być wykorzystany do charakteryzowania rur polimerowych. Konkretnie, metrologia powierzchni, wymiary promieniowe i chropowatość powierzchni zostały uzyskane dla cewników medycznych. Stwierdzono, że promień zewnętrzny cewnika z TPE wynosi 2,40 mm, natomiast cewnika z PVC 1,27 mm. Stwierdzono, że powierzchnia cewnika z TPE jest bardziej szorstka niż cewnika z PVC. Sa TPE wynosiła 0,9740µm w porównaniu z 0,1791µm PVC. Chociaż do badań użyto cewników medycznych, profilometria bezkontaktowa 3D może być stosowana również do wielu różnych powierzchni. Możliwe do uzyskania dane i obliczenia nie są ograniczone do tego, co jest pokazane.
TERAZ POROZMAWIAJMY O TWOJEJ APLIKACJI
Ocena twardości zębów za pomocą nanoindentacji
Znaczenie nanoindentacji dla materiałów biologicznych
W przypadku wielu tradycyjnych testów mechanicznych (twardość, przyczepność, ściskanie, przebicie, granica plastyczności itp.), dzisiejsze środowiska kontroli jakości z zaawansowanymi materiałami wrażliwymi, od żeli po materiały kruche, wymagają obecnie większej precyzji i kontroli niezawodności. Tradycyjne oprzyrządowanie mechaniczne nie zapewnia wymaganej czułej kontroli obciążenia i rozdzielczości; zaprojektowane do stosowania w materiałach sypkich. Ponieważ wielkość badanego materiału stała się coraz bardziej interesująca, opracowane zostały następujące rozwiązania Nanoindentacja zapewniły niezawodną metodę uzyskiwania istotnych informacji mechanicznych na mniejszych powierzchniach, takich jak badania prowadzone na biomateriałach. Wyzwania związane z biomateriałami wymagały opracowania testów mechanicznych zdolnych do dokładnej kontroli obciążenia na materiałach od bardzo miękkich do kruchych. Ponadto do przeprowadzania różnych testów mechanicznych potrzebnych jest wiele urządzeń, które obecnie mogą być wykonywane w jednym systemie. Nanoindentacja zapewnia szeroki zakres pomiarów z precyzyjną rozdzielczością przy obciążeniach kontrolowanych w skali nano dla wrażliwych zastosowań.
Cel pomiaru
W tym zastosowaniu Nanovea Tester mechanicznyw trybie Nanoindentation służy do badania twardości i modułu sprężystości zębiny, próchnicy i miazgi zęba. Najbardziej krytycznym aspektem testów nanoindentacyjnych jest zabezpieczenie próbki. W tym przypadku pocięliśmy ząb i zamontowaliśmy go w żywicy epoksydowej, pozostawiając wszystkie trzy interesujące obszary wystawione na próbę.
Wyniki i dyskusja
Ta część zawiera tabelę podsumowującą, która porównuje główne wyniki liczbowe dla różnych próbek, a następnie pełne zestawienie wyników, w tym każde wykonane wgniecenie, wraz z mikrografami wgniecenia, jeśli są dostępne. Te pełne wyniki przedstawiają zmierzone wartości twardości i modułu Younga jako głębokości penetracji z ich średnimi i odchyleniami standardowymi. Należy wziąć pod uwagę, że duże różnice w wynikach mogą wystąpić w przypadku, gdy chropowatość powierzchni jest w tym samym zakresie wielkości co wgłębienie.
Tabela zbiorcza głównych wyników numerycznych:
Wniosek
Podsumowując, pokazaliśmy jak Nanovea Mechanical Tester, w trybie Nanoindentacji, zapewnia precyzyjny pomiar właściwości mechanicznych zęba. Dane te mogą być wykorzystane przy opracowywaniu wypełnień, które będą lepiej odpowiadać charakterystyce mechanicznej prawdziwego zęba. Możliwość pozycjonowania Nanovea Mechanical Tester pozwala na pełne odwzorowanie twardości zębów w różnych strefach.
Przy użyciu tego samego systemu możliwe jest badanie odporności na pękanie materiału zęba przy większych obciążeniach do 200N. W przypadku materiałów bardziej porowatych można zastosować wielocyklowy test obciążeniowy w celu oceny pozostałego poziomu elastyczności. Zastosowanie płaskiej, cylindrycznej końcówki diamentowej pozwala uzyskać informację o granicy plastyczności w każdej strefie. Dodatkowo, dzięki dynamicznej analizie mechanicznej DMA, można ocenić właściwości lepkosprężyste, w tym moduł stratności i magazynowania.
Nanomoduł Nanovea jest idealny do tych testów, ponieważ wykorzystuje unikalną reakcję sprzężenia zwrotnego, aby precyzyjnie kontrolować zastosowane obciążenie. Z tego powodu moduł nano może być również stosowany do wykonywania dokładnych testów zarysowania w skali nano. Badanie odporności na zarysowanie i zużycie materiału zęba i materiałów wypełniających zwiększa ogólną przydatność testera Mechanical. Zastosowanie ostrej końcówki o średnicy 2 mikronów do ilościowego porównania marmurkowania na materiałach wypełniających pozwoli na lepsze przewidywanie zachowania w rzeczywistych zastosowaniach. Testy zużycia wieloprzebiegowego lub bezpośredniego zużycia obrotowego są również powszechnie stosowanymi testami dostarczającymi ważnych informacji na temat długoterminowej żywotności.
TERAZ POROZMAWIAJMY O TWOJEJ APLIKACJI
Ocena tarcia przy ekstremalnie niskich prędkościach
Znaczenie oceny tarcia przy małych prędkościach
Tarcie jest siłą, która przeciwstawia się względnemu ruchowi powierzchni stałych ślizgających się względem siebie. Gdy dochodzi do ruchu względnego tych dwóch stykających się powierzchni, tarcie na styku przekształca energię kinetyczną w ciepło. Taki proces może również prowadzić do zużycia materiału, a tym samym pogorszenia wydajności użytkowanych części.
Dzięki dużemu współczynnikowi rozciągliwości, wysokiej sprężystości, a także świetnym właściwościom wodoodpornym i odporności na zużycie, guma jest szeroko stosowana w wielu aplikacjach i produktach, w których tarcie odgrywa ważną rolę, takich jak opony samochodowe, pióra wycieraczek, podeszwy butów i wiele innych. W zależności od charakteru i wymagań tych zastosowań, pożądane jest wysokie lub niskie tarcie o różne materiały. W związku z tym, kontrolowany i wiarygodny pomiar tarcia gumy o różne powierzchnie staje się krytyczny.
Cel pomiaru
Współczynnik tarcia (COF) gumy o różne materiały mierzony jest w sposób kontrolowany i monitorowany za pomocą miernika Nanovea Tribometr. W tym badaniu chcielibyśmy zaprezentować możliwości Tribometru Nanovea do pomiaru współczynnika COF różnych materiałów przy ekstremalnie niskich prędkościach.
Wyniki i dyskusja
Współczynnik tarcia (COF) kulek gumowych (6 mm dia., RubberMill) na trzech materiałach (stal nierdzewna SS 316, Cu 110 i opcjonalnie akryl) został oceniony za pomocą Tribometru Nanovea. Badane próbki metalowe przed pomiarem zostały mechanicznie wypolerowane do lustrzanego wykończenia powierzchni. Niewielkie odkształcenie gumowej kulki pod wpływem przyłożonego obciążenia normalnego tworzyło kontakt powierzchniowy, co również pomaga zredukować wpływ asperytów lub niejednorodności wykończenia powierzchni próbki na pomiary COF. Parametry testu zostały podsumowane w tabeli 1.
Współczynnik COF gumowej piłki względem różnych materiałów przy czterech różnych prędkościach pokazano na rysunku. 2, a średnie COF obliczone automatycznie przez oprogramowanie zestawiono i porównano na rysunku 3. Interesujące jest, że próbki metalowe (SS 316 i Cu 110) wykazują znacznie zwiększone COF w miarę wzrostu prędkości obrotowej z bardzo niskiej wartości 0,01 obr/min do 5 obr/min - wartość COF dla pary guma/SS 316 wzrasta z 0,29 do 0,8, a dla pary guma/Cu 110 z 0,65 do 1,1. Stwierdzenie to jest zgodne z wynikami podawanymi w kilku laboratoriach. Zgodnie z propozycją Groscha4 tarcie gumy jest zdeterminowane głównie przez dwa mechanizmy: (1) przyczepność pomiędzy gumą a innym materiałem oraz (2) straty energii spowodowane deformacją gumy wywołaną przez asperity powierzchniowe. Schallamach5 zaobserwowano fale odrywania się gumy od materiału podłoża na styku miękkich kul gumowych i twardej powierzchni. Siła odrywania się gumy od powierzchni podłoża oraz szybkość powstawania fal odrywania może tłumaczyć zróżnicowane tarcie przy różnych prędkościach podczas badania.
Dla porównania, para materiałów gumowo-akrylowych wykazuje wysoki COF przy różnych prędkościach obrotowych. Wartość COF nieznacznie wzrasta z ~ 1,02 do ~ 1,09 wraz ze wzrostem prędkości obrotowej od 0,01 obr/min do 5 obr/min. Tak wysoki współczynnik COF można prawdopodobnie przypisać silniejszemu lokalnemu wiązaniu chemicznemu na powierzchni styku utworzonemu podczas testów.
Wniosek
W tej pracy pokazujemy, że przy ekstremalnie małych prędkościach guma wykazuje osobliwe zachowanie tarciowe - jej tarcie o twardą powierzchnię rośnie wraz ze wzrostem prędkości ruchu względnego. Guma wykazuje różne tarcie, gdy ślizga się po różnych materiałach. Tribometr Nanovea może oceniać właściwości tarcia materiałów w sposób kontrolowany i monitorowany przy różnych prędkościach, co pozwala użytkownikom poprawić fundamentalne zrozumienie mechanizmu tarcia materiałów i wybrać najlepszą parę materiałów do docelowych zastosowań w inżynierii trybologicznej.
Tribometr Nanovea oferuje 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. Urządzenie jest w stanie kontrolować etap obrotowy przy ekstremalnie niskich prędkościach do 0,01 rpm i monitorować ewolucję tarcia in situ. Niezrównana oferta Nanovea jest idealnym rozwiązaniem dla określenia pełnego zakresu właściwości trybologicznych cienkich lub grubych, miękkich lub twardych powłok, filmów i podłoży.
TERAZ POROZMAWIAJMY O TWOJEJ APLIKACJI
Tribologia polimerów
Wstęp
Polimery mają szerokie zastosowanie w wielu dziedzinach i stały się nieodzowną częścią życia codziennego. Polimery naturalne, takie jak bursztyn, jedwab i kauczuk naturalny, odegrały istotną rolę w historii ludzkości. Proces wytwarzania polimerów syntetycznych może być zoptymalizowany w celu uzyskania unikalnych właściwości fizycznych, takich jak wytrzymałość, lepkosprężystość, samosmarowność i wiele innych.
Znaczenie zużycia i tarcia polimerów
Polimery są powszechnie stosowane w aplikacjach trybologicznych, takich jak opony, łożyska i taśmy transportowe.
W zależności od właściwości mechanicznych polimeru, warunków kontaktu oraz właściwości pozostałości lub filmu transferowego powstałego w procesie zużycia, występują różne mechanizmy zużycia. Aby zapewnić, że polimery posiadają wystarczającą odporność na zużycie w warunkach eksploatacji, konieczna jest wiarygodna i wymierna ocena tribologiczna. Ocena tribologiczna pozwala nam na ilościowe porównanie zachowania się różnych polimerów pod względem zużycia w sposób kontrolowany i monitorowany, aby wybrać materiał kandydujący do docelowego zastosowania.
Tribometr Nanovea oferuje powtarzalne badania zużycia i tarcia z wykorzystaniem trybów obrotowych i liniowych zgodnych z normami ISO i ASTM, z opcjonalnymi modułami zużycia w wysokiej temperaturze i smarowania dostępnymi w jednym wstępnie zintegrowanym systemie. Ten niezrównany zakres pozwala użytkownikom symulować różne środowiska pracy polimerów, w tym skoncentrowane naprężenia, zużycie i wysoką temperaturę, itp.
CEL POMIARU
W tym badaniu wykazaliśmy, że Nanovea Tribometr jest idealnym narzędziem do porównywania odporności na tarcie i zużycie różnych polimerów w dobrze kontrolowany i ilościowy sposób.
PROCEDURA TESTOWA
Za pomocą Tribometru Nanovea oceniono współczynnik tarcia (COF) i odporność na zużycie różnych popularnych polimerów. Jako materiał licznika (szpilka, próbka statyczna) zastosowano kulkę Al2O3. Ślady zużycia polimerów (dynamicznie obracające się próbki) mierzono za pomocą a bezkontaktowy profilometr 3D i mikroskop optyczny po zakończeniu badań. Należy zauważyć, że opcjonalnie można zastosować bezdotykowy czujnik endoskopowy do pomiaru głębokości, na jaką pin wnika w próbkę dynamiczną podczas testu zużycia. Parametry badania podsumowano w tabeli 1. Szybkość zużycia K oszacowano za pomocą wzoru K=Vl(Fxs), gdzie V to objętość zużycia, F to normalne obciążenie, a s to droga poślizgu.
Należy pamiętać, że w tym badaniu jako materiał przeciwny zastosowano kulki Al2O3. Każdy materiał stały może być zastąpiony w celu dokładniejszej symulacji działania dwóch próbek w rzeczywistych warunkach zastosowania.
WYNIKI I DYSKUSJA
Szybkość zużycia jest istotnym czynnikiem określającym czas użytkowania materiałów, natomiast tarcie odgrywa krytyczną rolę podczas zastosowań tribologicznych. Na rysunku 2 porównano ewolucję współczynnika COF dla różnych polimerów względem kulki Al2O3 podczas testów zużycia. COF działa jako wskaźnik, kiedy dochodzi do awarii i proces zużycia wchodzi w nowy etap. Spośród badanych polimerów, HDPE utrzymuje najniższy stały COF wynoszący ~0,15 podczas całego testu zużycia. Gładki COF sugeruje, że tworzy się stabilny tribo-kontakt.
Rysunek 3 i rysunek 4 porównują ślady zużycia próbek polimerowych po badaniu mierzonym przez mikroskop optyczny. Bezkontaktowy profilometr 3D In-situ dokładnie określa objętość zużycia próbek polimerowych, umożliwiając dokładne obliczenie wskaźników zużycia odpowiednio 0,0029, 0,0020 i 0,0032m3/N m. Dla porównania, próbka CPVC wykazuje najwyższy współczynnik zużycia 0,1121m3/N m. Głębokie równoległe blizny zużycia są obecne w śladach zużycia CPVC.
PODSUMOWANIE
Odporność polimerów na zużycie odgrywa istotną rolę w ich wydajności użytkowej. W tej pracy pokazaliśmy, że Tribometr Nanovea ocenia współczynnik tarcia i szybkość zużywania się różnych polimerów w sposób następujący
w sposób dobrze kontrolowany i ilościowy. HDPE wykazuje najniższy współczynnik COF wynoszący ~0,15 wśród badanych polimerów. Próbki HDPE, Nylonu 66 i Polipropylenu charakteryzują się niskimi wskaźnikami zużycia wynoszącymi odpowiednio 0.0029, 0.0020 i 0.0032 m3/N m. Połączenie niskiego tarcia i dużej odporności na zużycie czyni HDPE dobrym kandydatem do zastosowań tribologicznych polimerów.
Bezkontaktowy profilometr 3D In-situ umożliwia precyzyjny pomiar objętości zużycia i oferuje narzędzie do analizy szczegółowej morfologii śladów zużycia, zapewniając większy wgląd w podstawowe zrozumienie mechanizmów zużycia.
TERAZ POROZMAWIAJMY O TWOJEJ APLIKACJI
Wykończenie powierzchni płyty o strukturze plastra miodu za pomocą profilometrii 3D
WPROWADZENIE
Chropowatość, porowatość i tekstura powierzchni panelu o strukturze plastra miodu są krytyczne dla ostatecznego projektu panelu. Te cechy powierzchni mogą być bezpośrednio skorelowane z estetyką i charakterystyką funkcjonalną powierzchni panelu. Lepsze zrozumienie tekstury powierzchni i porowatości może pomóc w optymalizacji obróbki powierzchni płyty i jej produkcji. Ilościowy, precyzyjny i wiarygodny pomiar powierzchni panelu o strukturze plastra miodu jest potrzebny do kontroli parametrów powierzchni dla wymagań aplikacji i malowania. Czujniki Nanovea 3D Non-Contact wykorzystują unikalną chromatyczną technologię konfokalną zdolną do precyzyjnego pomiaru powierzchni tych paneli.
CEL POMIARU
W tym badaniu platforma Nanovea HS2000 wyposażona w szybki czujnik liniowy została wykorzystana do pomiaru i porównania dwóch paneli o strukturze plastra miodu o różnych wykończeniach powierzchni. Przedstawiamy Nanoveę profilometr bezkontaktowyzdolność firmy do zapewnienia szybkich i precyzyjnych pomiarów profilowania 3D oraz kompleksowej, dogłębnej analizy wykończenia powierzchni.
WYNIKI I DYSKUSJA
Zmierzono powierzchnię dwóch próbek płyt o strukturze plastra miodu o zróżnicowanym wykończeniu powierzchni, mianowicie Próbki 1 i Próbki 2. Fałszywy kolor i widok 3D powierzchni próbek 1 i 2 są pokazane odpowiednio na rysunku 3 i rysunku 4. Wartości chropowatości i płaskości zostały obliczone przez zaawansowane oprogramowanie analityczne i są porównane w tabeli 1. Próbka 2 wykazuje bardziej porowatą powierzchnię w porównaniu z próbką 1. W rezultacie próbka 2 ma wyższą chropowatość Sa, wynoszącą 14,7 µm, w porównaniu z wartością Sa wynoszącą 4,27 µm dla próbki 1.
Profile 2D powierzchni płyt o strukturze plastra miodu zostały porównane na rysunku 5, co pozwala użytkownikom na wizualne porównanie zmiany wysokości w różnych miejscach powierzchni próbki. Możemy zauważyć, że próbka 1 ma zmianę wysokości ~25 µm pomiędzy najwyższym szczytem a najniższą doliną. Z drugiej strony, próbka 2 wykazuje kilka głębokich porów w całym profilu 2D. Zaawansowane oprogramowanie analityczne ma możliwość automatycznego zlokalizowania i zmierzenia głębokości sześciu stosunkowo głębokich porów, jak pokazano w tabeli na Rysunku 4.b Próbka 2. Najgłębszy por spośród tych sześciu ma maksymalną głębokość prawie 90 µm (Krok 4).
Aby dokładniej zbadać wielkość i rozkład porów w próbce 2, przeprowadzono ocenę porowatości, którą omówiono w dalszej części artykułu. Widok próbki w plasterkach pokazano na Rysunku 5, a wyniki podsumowano w Tabeli 2. Można zauważyć, że pory, zaznaczone niebieskim kolorem na rysunku 5, mają stosunkowo jednorodne rozmieszczenie na powierzchni próbki. Rzutowana powierzchnia porów stanowi 18,9% całej powierzchni próbki. Objętość na mm² całkowitej powierzchni porów wynosi ~0,06 mm³. Pory mają średnią głębokość 42,2 µm, a maksymalna głębokość wynosi 108,1 µm.
PODSUMOWANIE
W tej aplikacji pokazaliśmy, że platforma Nanovea HS2000 wyposażona w szybki czujnik liniowy jest idealnym narzędziem do analizy i porównywania wykończenia powierzchni próbek płyt o strukturze plastra miodu w szybki i dokładny sposób. Skany profilometrii o wysokiej rozdzielczości sparowane z zaawansowanym oprogramowaniem analitycznym pozwalają na kompleksową i ilościową ocenę wykończenia powierzchni próbek płyt o strukturze plastra miodu.
Przedstawione tu dane stanowią jedynie niewielką część obliczeń dostępnych w oprogramowaniu analitycznym. Profilometry Nanovea mierzą praktycznie każdą powierzchnię w szerokim zakresie zastosowań w przemyśle półprzewodnikowym, mikroelektronicznym, słonecznym, światłowodowym, motoryzacyjnym, lotniczym, metalurgicznym, obróbce mechanicznej, powłokach, przemyśle farmaceutycznym, biomedycznym, środowiskowym i wielu innych.
TERAZ POROZMAWIAJMY O TWOJEJ APLIKACJI
Pomiar relaksacji naprężeń za pomocą nanoindentacji
WPROWADZENIE
Materiały lepkosprężyste charakteryzują się tym, że posiadają zarówno lepkie, jak i sprężyste właściwości materiałowe. Materiały te podlegają zależnemu od czasu zmniejszeniu naprężenia ("relaksacja" naprężenia) przy stałym naprężeniu, co prowadzi do znacznej utraty początkowej siły kontaktu. Relaksacja naprężeń zależy od rodzaju materiału, tekstury, temperatury, naprężenia początkowego i czasu. Zrozumienie relaksacji naprężeń jest kluczowe w wyborze optymalnych materiałów, które mają wytrzymałość i elastyczność (relaksację) wymaganą w konkretnych zastosowaniach.
Znaczenie pomiaru relaksacji stresu
Zgodnie z normą ASTM E328i "Standardowe metody testowania relaksacji naprężeń w materiałach i strukturach", zewnętrzna siła jest początkowo przykładana do materiału lub struktury za pomocą wgłębnika, aż do osiągnięcia wcześniej określonej maksymalnej siły. Po osiągnięciu maksymalnej siły, pozycja wgłębnika jest utrzymywana na stałej głębokości. Następnie mierzona jest zmiana siły zewnętrznej niezbędnej do utrzymania pozycji wgłębnika w funkcji czasu. Trudność w testowaniu relaksacji naprężeń polega na utrzymaniu stałej głębokości. Tester mechaniczny Nanovea nanoindentacja Moduł dokładnie mierzy relaksację naprężeń poprzez zastosowanie zamkniętej pętli (sprzężenia zwrotnego) kontroli głębokości za pomocą siłownika piezoelektrycznego. Siłownik reaguje w czasie rzeczywistym, aby utrzymać stałą głębokość, podczas gdy zmiana obciążenia jest mierzona i rejestrowana przez bardzo czuły czujnik obciążenia. Test ten może być przeprowadzony na praktycznie wszystkich rodzajach materiałów, bez konieczności spełniania rygorystycznych wymagań dotyczących wymiarów próbki. Ponadto na jednej płaskiej próbce można przeprowadzić wiele testów, aby zapewnić powtarzalność badania
CEL POMIARU
W tym zastosowaniu moduł nanoindentacji testera mechanicznego Nanovea mierzy zachowanie relaksacji naprężeń próbki akrylu i miedzi. Przedstawiamy tę Nanoveę Tester mechaniczny jest idealnym narzędziem do oceny zależnego od czasu zachowania lepkosprężystego materiałów polimerowych i metalowych.
WARUNKI BADANIA
Za pomocą modułu nanoindentacji Nanovea Mechanical Tester zmierzono relaksację naprężeń w próbce akrylowej i miedzianej. Zastosowano różne szybkości obciążenia wgłębnego w zakresie od 1 do 10 µm/min. Po osiągnięciu docelowego maksymalnego obciążenia mierzono relaksację na ustalonej głębokości. Zastosowano 100 sekundowy okres zatrzymania na stałej głębokości, a zmiana obciążenia była rejestrowana w miarę upływu czasu zatrzymania. Wszystkie badania przeprowadzono w warunkach otoczenia (temperatura pokojowa 23 °C), a parametry próby wgniatania zestawiono w tabeli 1.
WYNIKI I DYSKUSJA
Rysunek 2 przedstawia ewolucję przemieszczenia i obciążenia w funkcji czasu podczas pomiaru relaksacji naprężeń dla próbki akrylowej i przykładowej prędkości obciążania wgłębnika 3 µm/min. Całość tego badania można podzielić na trzy etapy: Loading, Relaxation i Unloading. Podczas etapu obciążenia, głębokość liniowo wzrastała wraz z postępującym wzrostem obciążenia. Etap relaksacji rozpoczyna się po osiągnięciu maksymalnego obciążenia. Podczas tego etapu utrzymywano stałą głębokość przez 100 sekund, wykorzystując funkcję kontroli głębokości z zamkniętą pętlą sprzężenia zwrotnego. Cała próba zakończyła się etapem rozładowania w celu usunięcia wgłębnika z próbki akrylowej.
Przeprowadzono dodatkowe próby wgniatania z zastosowaniem tych samych prędkości obciążenia wgłębnika, ale z wyłączeniem okresu relaksacji (pełzania). Z tych badań uzyskano wykresy zależności obciążenia od przemieszczenia, które połączono w wykresy na rysunku 3 dla próbek akrylowych i miedzianych. W miarę zmniejszania szybkości obciążania wgłębnika z 10 do 1 µm/min, krzywa obciążenie-przemieszczenie przesuwała się stopniowo w kierunku większych głębokości penetracji zarówno dla akrylu jak i miedzi. Taki zależny od czasu wzrost odkształcenia wynika z efektu lepkosprężystego pełzania materiałów. Niższa prędkość obciążenia pozwala materiałowi lepkosprężystemu mieć więcej czasu na reakcję na naprężenia zewnętrzne, których doświadcza i odpowiednio się odkształcić...
Na rysunku 4 przedstawiono ewolucję obciążenia przy stałym odkształceniu z zastosowaniem różnych szybkości obciążania wgłębnego dla obu badanych materiałów. Obciążenie malało z większą prędkością we wczesnych etapach relaksacji (100-sekundowy okres wstrzymania) badań i zwolniło po osiągnięciu czasu wstrzymania ~50 sekund. Materiały lepkosprężyste, takie jak polimery i metale, wykazują większą szybkość utraty obciążenia, gdy są poddawane wyższym wartościom obciążenia wgłębnego. Szybkość utraty obciążenia podczas relaksacji wzrosła z 51,5 do 103,2 mN dla akrylu i z 15,0 do 27,4 mN dla miedzi, odpowiednio, gdy szybkość obciążenia wgłębnika wzrosła z 1 do 10 µm/min, jak podsumowano w Rysunek 5.
Jak wspomniano w normie ASTM E328ii, głównym problemem napotykanym w badaniach relaksacji naprężeń jest niemożność utrzymania przez urządzenie stałej wartości odkształcenia/głębokości. Tester mechaniczny Nanovea zapewnia bardzo dokładne pomiary relaksacji naprężeń dzięki możliwości zastosowania zamkniętej pętli sprzężenia zwrotnego sterującego głębokością pomiędzy szybko działającym siłownikiem piezoelektrycznym a niezależnym kondensatorowym czujnikiem głębokości. Podczas etapu relaksacji, piezoelektryczny siłownik reguluje wgłębnik w celu utrzymania stałej głębokości w czasie rzeczywistym, podczas gdy zmiana obciążenia jest mierzona i rejestrowana przez niezależny, precyzyjny czujnik obciążenia.
PODSUMOWANIE
Za pomocą modułu nanoindentacji Nanovea Mechanical Tester zmierzono relaksację naprężeń w próbce akrylowej i miedzianej przy różnych prędkościach obciążenia. Większa głębokość maksymalna jest osiągana podczas wgłębiania przy niższych prędkościach obciążania ze względu na efekt pełzania materiału podczas obciążania. Zarówno próbka akrylowa jak i miedziana wykazują zachowanie relaksacyjne, gdy pozycja wgłębnika przy docelowym maksymalnym obciążeniu jest utrzymywana na stałym poziomie. Większe zmiany strat obciążenia w fazie relaksacji zaobserwowano dla prób z wyższymi prędkościami obciążenia wgłębnika.
Testy relaksacji naprężeń wykonane przez Nanovea Mechanical Tester pokazują zdolność urządzenia do ilościowego i wiarygodnego pomiaru zależnego od czasu zachowania lepkosprężystego materiałów polimerowych i metalowych. Posiada niezrównaną wielofunkcyjność modułów Nano i Micro na jednej platformie. Moduły kontroli wilgotności i temperatury mogą być sparowane z tymi urządzeniami w celu zapewnienia możliwości prowadzenia badań środowiskowych w szerokim zakresie branż. Zarówno moduły Nano jak i Micro zawierają tryby do badania zarysowań, twardości i zużycia, zapewniając najszerszy i najbardziej przyjazny dla użytkownika zakres możliwości badań mechanicznych dostępnych w jednym urządzeniu.
TERAZ POROZMAWIAJMY O TWOJEJ APLIKACJI
Zrozumienie uszkodzeń powłok za pomocą próby zarysowania
Wprowadzenie:
Inżynieria powierzchniowa materiałów odgrywa znaczącą rolę w wielu zastosowaniach funkcjonalnych, począwszy od dekoracyjnego wyglądu do ochrony podłoży przed zużyciem, korozją i innymi formami ataków. Ważnym i nadrzędnym czynnikiem, który decyduje o jakości i żywotności powłok jest ich siła spójności i przyczepności.
Szybkie skanowanie z profilometrią bezkontaktową
Wprowadzenie:
Szybkie i łatwe pomiary powierzchni pozwalają zaoszczędzić czas, wysiłek i są niezbędne w kontroli jakości, badaniach i rozwoju oraz w zakładach produkcyjnych. Nanovea Profilometr bezkontaktowy jest w stanie wykonywać skanowanie powierzchni zarówno 3D, jak i 2D, aby zmierzyć cechy w skali od nano do makro na dowolnej powierzchni, zapewniając szeroki zakres użyteczności.
