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

Kategoria: Uwagi do aplikacji

 

Pęknięty ekran smartfona ilustrujący znaczenie testów odporności na zarysowania dla ochraniaczy ekranu.

Testowanie odporności na zarysowania ochraniaczy ekranu telefonu

Testowanie odporności na zarysowania ochraniaczy ekranu telefonu

Przygotowane przez

Stacey Pereira, Jocelyn Esparza i Pierre Leroux

Zrozumienie odporności na zarysowania w ochraniaczach ekranu telefonu

Powłoki ochronne na ekranach telefonów odgrywają kluczową rolę w zakresie odporności na zarysowania, przyczepności i długoterminowej trwałości. Z biegiem czasu zarysowania, mikropęknięcia i rozwarstwienia powłoki mogą zmniejszyć przejrzystość optyczną i niezawodność - szczególnie w środowiskach o wysokiej intensywności użytkowania. Aby ocenić, w jaki sposób różne zabezpieczenia ekranu są odporne na uszkodzenia mechaniczne, oprzyrządowane testy zarysowań zapewniają wymierny wgląd w mechanizmy uszkodzenia powłoki, w tym przyczepność, spójność i pękanie.

W tym badaniu, Tester mechaniczny NANOVEA PB1000 służy do porównywania ochraniaczy ekranu z TPU i szkła hartowanego pod kontrolowanym obciążeniem progresywnym. Korzystając z precyzyjnej detekcji emisji akustycznej, identyfikujemy krytyczne obciążenia awaryjne i charakteryzujemy, w jaki sposób każdy materiał reaguje na rosnące naprężenia mechaniczne.

Dlaczego testy odporności na zarysowania mają znaczenie dla ochraniaczy ekranu?

Wielu użytkowników zakłada, że grubsze lub twardsze ochraniacze automatycznie działają lepiej, ale rzeczywista trwałość zależy od tego, jak materiał zachowuje się pod obciążeniem progresywnym, odkształceniem powierzchni i miejscowym naprężeniem. Oprzyrządowane testy zarysowań umożliwiają inżynierom pomiar przyczepności powłoki, wytrzymałości kohezyjnej, odporności na zużycie powierzchni oraz dokładnych obciążeń, przy których dochodzi do inicjacji lub propagacji uszkodzeń.

Analizując punkty inicjacji pęknięć, zachowanie podczas rozwarstwiania i tryby awarii, producenci mogą zweryfikować wydajność ochrony ekranu na potrzeby badań i rozwoju, kontroli jakości lub porównawczych testów porównawczych. Testy nano- i mikro-zarysowań oferują powtarzalny, oparty na danych wgląd w rzeczywistą trwałość znacznie wykraczającą poza tradycyjne oceny twardości.

ℹ️ Dowiedz się więcej o usługi testowania zarysowań i przyczepności powłok i zabezpieczeń ekranu.

Cel testu Scratch:
Pomiar obciążeń awaryjnych w osłonach ekranu

Celem tego badania jest zademonstrowanie, w jaki sposób tester mechaniczny NANOVEA PB1000 przeprowadza powtarzalne, znormalizowane testy odporności na zarysowania zarówno polimerowych, jak i szklanych osłon ekranu. Poprzez stopniowe zwiększanie przyłożonego obciążenia, system wykrywa obciążenia krytyczne dla uszkodzenia spoiwa i kleju, rejestruje sygnały emisji akustycznej i koreluje te zdarzenia z głębokością zarysowania, siłą tarcia i deformacją powierzchni.

Metodologia ta zapewnia pełny profil mechaniczny każdej powłoki ochronnej, umożliwiając producentom i zespołom badawczo-rozwojowym ocenę receptur materiałów, siły przyczepności powłoki, trwałości powierzchni i optymalnej grubości powłoki w celu poprawy wydajności produktu. Te oceny zarysowań są częścią szerszego pakietu produktów NANOVEA. rozwiązania do testów mechanicznych wykorzystywane do charakteryzowania powłok, folii i podłoży w środowiskach badawczo-rozwojowych, kontroli jakości i produkcyjnych.

NANOVEA PB1000 - duża platforma
Tester mechaniczny

POBIERZ BROSZURĘ
ZADAJ PYTANIE
TESTER ZARYSOWAŃ NANOVEA: TEST ZUŻYCIA POWŁOKI PTFE

Parametry testu zarysowań i konfiguracja urządzenia

Ocena odporności na zarysowania ochraniaczy ekranu z TPU i szkła hartowanego została przeprowadzona w kontrolowanych warunkach, aby zapewnić powtarzalność i dokładne wykrywanie uszkodzeń. Poniższe parametry definiują konfigurację do testowania zarysowań pod obciążeniem progresywnym stosowaną w testerze mechanicznym NANOVEA PB1000.

TYP OBCIĄŻENIA PROGRESYWNY
OBCIĄŻENIE POCZĄTKOWE 0.1 N
OBCIĄŻENIE KOŃCOWE 12 N
PRĘDKOŚĆ PRZESUWANIA 3,025 mm/min
ODLEGŁOŚĆ PRZESUWU 3 mm
GEOMETRIA WGŁĘBNIKA ROCKWELL (STOŻEK 120°)
MATERIAŁ WGŁĘBNIKA (KOŃCÓWKA) DIAMENT
PROMIEŃ KOŃCÓWKI WGŁĘBNIKA 50 µm
ATMOSFERY POWIETRZE
TEMPERATURA 24°C (TEMP. POKOJOWA)

TABELA 1: Parametry testowe używane do testowania zarysowań

Próbka ochraniacza ekranu poddana testowi zarysowania na testerze mechanicznym NANOVEA PB1000

Próbka ochraniacza ekranu zamontowana na testerze mechanicznym NANOVEA PB1000 podczas pomiaru zarysowania przy obciążeniu progresywnym.

Próbki ochraniaczy ekranu używane do testów odporności na zarysowania

W celu porównania różnic w odporności na zarysowania, odporności na uszkodzenia i trwałości mechanicznej wybrano dwa dostępne na rynku materiały ochraniaczy ekranu. Obie próbki zostały bezpiecznie zamontowane na testerze mechanicznym NANOVEA PB1000 i ocenione w identycznych warunkach obciążenia progresywnego, aby zapewnić spójne i bezstronne porównanie.

Ochraniacz ekranu z TPU reprezentuje elastyczną folię polimerową o wysokiej elastyczności, ale niższej odporności na ścieranie, podczas gdy ochraniacz ze szkła hartowanego reprezentuje sztywny, kruchy materiał zaprojektowany z myślą o wysokiej twardości i zwiększonej ochronie przed uderzeniami. Testowanie obu materiałów pod tym samym profilem obciążenia pozwala na jasną ocenę, w jaki sposób skład materiału, elastyczność i twardość wpływają na tryby uszkodzenia zarysowania.

Ochraniacz ekranu TPU

Szkło hartowane

RYSUNEK 1: Ochraniacze ekranu z TPU i szkła hartowanego przygotowane do testów odporności na zarysowania.

Wyniki testów na zarysowania: Tryby awarii w ochraniaczach ekranu z TPU i szkła hartowanego

TYP OSŁONY EKRANUOBCIĄŻENIE KRYTYCZNE #1 (N)OBCIĄŻENIE KRYTYCZNE #2 (N)
TPUn/d2.004 ± 0.063
SZKŁO HARTOWANE3.608 ± 0.2817.44 ± 0.995

TABELA 2: Podsumowanie obciążeń krytycznych dla każdej próbki ochraniacza ekranu.

Ponieważ ochraniacze ekranu z TPU i szkła hartowanego mają zasadniczo różne właściwości mechaniczne, każda próbka wykazywała różne tryby uszkodzenia i progi obciążenia krytycznego podczas testów zarysowania pod obciążeniem progresywnym. Tabela 2 podsumowuje zmierzone obciążenia krytyczne dla każdego materiału.

Obciążenie krytyczne #1 reprezentuje pierwszy obserwowalny punkt uszkodzenia spoistości pod mikroskopem optycznym, taki jak inicjacja pęknięcia lub pęknięcie promieniowe.

Obciążenie krytyczne #2 odpowiada pierwszemu poważnemu zdarzeniu wykrytemu za pomocą monitorowania emisji akustycznej (AE), zwykle reprezentującemu większe uszkodzenie strukturalne lub zdarzenie penetracji.

Ochraniacz ekranu TPU - elastyczne zachowanie polimeru

Ochraniacz ekranu TPU wykazywał tylko jedno znaczące zdarzenie krytyczne (obciążenie krytyczne #2). Obciążenie to odpowiada punktowi wzdłuż śladu zarysowania, w którym folia zaczęła się podnosić, odklejać lub rozwarstwiać od powierzchni ekranu telefonu.

Po przekroczeniu obciążenia krytycznego #2 (≈2,00 N), wgłębnik wniknął wystarczająco, aby spowodować widoczne zadrapanie bezpośrednio na ekranie telefonu przez pozostałą część testu. Nie wykryto żadnego oddzielnego zdarzenia obciążenia krytycznego #1, co jest zgodne z wysoką elastycznością materiału i niższą wytrzymałością kohezyjną.

Ochraniacz ekranu ze szkła hartowanego - kruche zachowanie podczas awarii

Ochraniacz ekranu ze szkła hartowanego wykazał dwa różne obciążenia krytyczne, charakterystyczne dla materiałów kruchych:

  • Obciążenie krytyczne #1 (≈3,61 N): Pod mikroskopem zaobserwowano pęknięcia promieniowe i inicjację pęknięć, co wskazuje na wczesne uszkodzenie kohezyjne warstwy szkła.

  • Obciążenie krytyczne #2 (≈7,44 N): Duży skok AE i gwałtowny wzrost głębokości zarysowania wskazywały na penetrację protektora przy wyższych obciążeniach.

Chociaż wielkość AE była wyższa niż w przypadku TPU, żadne uszkodzenia nie zostały przeniesione na ekran telefonu, demonstrując zdolność ochraniacza ze szkła hartowanego do pochłaniania i rozkładania obciążenia przed katastrofalną awarią.

W obu materiałach obciążenie krytyczne #2 odpowiadało momentowi, w którym wgłębnik przebił osłonę ekranu, potwierdzając limit ochronny każdej próbki.

Ochraniacz ekranu TPU: Dane z testów zarysowań i analiza awarii

SCRATCHOBCIĄŻENIE KRYTYCZNE #2 (N)
12.033
22.047
31.931
ŚREDNIA2.003
ODCHYLENIE STANDARDOWE0.052

TABELA 3: Obciążenia krytyczne zmierzone podczas testów zarysowań ochraniacza ekranu TPU.

Wykres przedstawiający tarcie, siłę normalną, emisję akustyczną i głębokość w funkcji długości rysy dla ochraniacza ekranu TPU testowanego na testerze mechanicznym NANOVEA.

RYSUNEK 2: Siła tarcia, obciążenie normalne, emisja akustyczna (AE) i głębokość zarysowania w zależności od długości zarysowania dla ochraniacza ekranu TPU. (B) Obciążenie krytyczne #2

RYSUNEK 3: Obraz mikroskopii optycznej ochraniacza ekranu TPU przy obciążeniu krytycznym #2 (powiększenie 5×; szerokość obrazu 0,8934 mm).

RYSUNEK 4: Pełnowymiarowy obraz ochraniacza ekranu TPU po zarysowaniu, pokazujący pełny ślad zarysowania po testach obciążenia progresywnego.

Ochraniacz ekranu ze szkła hartowanego: Dane obciążenia krytycznego i zachowanie przy pękaniu

SCRATCH OBCIĄŻENIE KRYTYCZNE #1 (N) OBCIĄŻENIE KRYTYCZNE #2 (N)
1 3.923 7.366
2 3.382 6.483
3 3.519 8.468
ŚREDNIA 3.653 6.925
ODCHYLENIE STANDARDOWE 0.383 0.624

TABELA 4: Obciążenia krytyczne zmierzone podczas testów zarysowania osłony ekranu ze szkła hartowanego.

ℹ️ Dla porównania z niekrzemianowymi powłokami polimerowymi, zobacz nasze badanie na temat Testy zużycia powłoki PTFE, który podkreśla zachowanie podczas uszkodzenia folii polimerowych o niskim współczynniku tarcia w podobnych warunkach obciążenia progresywnego.

RYSUNEK 5: Siła tarcia, obciążenie normalne, emisja akustyczna (AE) i głębokość zarysowania w zależności od długości zarysowania dla osłony ekranu ze szkła hartowanego. (A) Obciążenie krytyczne #1 (B) Obciążenie krytyczne #2

Obrazy z mikroskopii optycznej przedstawiające miejsca uszkodzenia obciążenia krytycznego #1 i obciążenia krytycznego #2 na osłonie ekranu ze szkła hartowanego podczas testu zarysowania przy 5-krotnym powiększeniu przy użyciu testera mechanicznego NANOVEA.

RYSUNEK 6: Obrazy mikroskopii optycznej przedstawiające miejsca uszkodzenia dla obciążenia krytycznego #1 (po lewej) i obciążenia krytycznego #2 (po prawej) w 5-krotnym powiększeniu (szerokość obrazu: 0,8934 mm).

RYSUNEK 7: Obraz mikroskopii optycznej śladu zarysowania szkła hartowanego po teście, podkreślający inicjację pęknięcia (CL#1) i końcową strefę penetracji (CL#2) po testach z obciążeniem progresywnym.

Wnioski: Porównanie odporności na zarysowania ochraniaczy ekranu z TPU i szkła hartowanego

Badanie to pokazuje, w jaki sposób tester mechaniczny NANOVEA PB1000 zapewnia kontrolowane, powtarzalne i bardzo czułe pomiary odporności na zarysowania przy użyciu progresywnego obciążenia i wykrywania emisji akustycznej (AE). Precyzyjnie rejestrując zarówno uszkodzenia kohezyjne, jak i adhezyjne, system umożliwia wyraźne porównanie zachowania TPU i hartowanego szkła w warunkach rosnącego obciążenia mechanicznego.

Wyniki eksperymentów potwierdzają, że szkło hartowane wykazuje znacznie wyższe obciążenia krytyczne niż TPU, zapewniając lepszą odporność na zarysowania, opóźnioną inicjację pękania i niezawodną ochronę przed penetracją wgłębnika. Niższa wytrzymałość kohezyjna TPU i wcześniejsza delaminacja podkreślają jego ograniczenia w środowiskach o wysokim obciążeniu.

Po zidentyfikowaniu obciążeń awaryjnych, powstałe ślady zarysowań mogą być również analizowane przy użyciu funkcji bezdotykowy profilometr optyczny 3D do pomiaru głębokości rowka, odkształcenia szczątkowego i topografii po zarysowaniu. Pomaga to uzupełnić profil mechaniczny każdego materiału.

Tester mechaniczny NANOVEA został zaprojektowany do dokładnych i powtarzalnych testów wgłębień, zarysowań i zużycia oraz obsługuje nano- i mikromoduły zgodne z normami ISO i ASTM. Jego wszechstronność sprawia, że jest to idealne rozwiązanie do oceny pełnego profilu mechanicznego cienkich warstw, powłok, polimerów, szkieł i podłoży w badaniach i rozwoju, produkcji i kontroli jakości.

Często zadawane pytania
Informacje o testach odporności na zarysowania

Czym jest test odporności na zarysowania?

Testy odporności na zarysowania oceniają, jak materiał lub powłoka reaguje, gdy diamentowy trzpień pomiarowy przykłada stopniowo rosnące obciążenie. Test identyfikuje krytyczne obciążenia, przy których występują uszkodzenia spójności lub przyczepności, zapewniając wymierną miarę trwałości, siły przyczepności i odporności na uszkodzenia powierzchni.

Jaka jest różnica między uszkodzeniem kohezyjnym a adhezyjnym?

Występuje uszkodzenie spójności w ramach powłoki lub materiału, takich jak pęknięcia, rozdarcia lub pęknięcia wewnętrzne.
Uszkodzenie kleju ma miejsce, gdy powłoka odrywa się od podłoża, co wskazuje na niewystarczającą siłę wiązania.

NANOVEA PB1000 wykrywa oba te czynniki za pomocą zsynchronizowanego monitorowania emisji akustycznej, śledzenia głębokości zarysowania i analizy tarcia.

Dlaczego warto używać testera mechanicznego zamiast metod ręcznych?

Tester mechaniczny, taki jak NANOVEA PB1000, zapewnia precyzyjne, powtarzalne i znormalizowane pomiary, zapewniając wiarygodne dane do badań i rozwoju, walidacji produkcji i kontroli jakości. Oferuje również zaawansowane funkcje, takie jak wykrywanie emisji akustycznej i monitorowanie głębokości w czasie rzeczywistym, których nie mogą zapewnić metody ręczne.

Potrzebujesz niezawodnego testu zarysowań dla swoich materiałów?

OMÓWIENIE TESTÓW Z INŻYNIEREM
UZYSKAJ WYCENĘ TESTÓW ZARYSOWAŃ

Badanie ścieralności skał za pomocą trybometru NANOVEA

TRIBOLOGIA SKAŁ:BADANIE ŚCIERNOŚCI SKAŁ Z WYKORZYSTANIEM TRIBOMETRU NANOVEA

TRIBOLOGIA SKAŁ: Badanie ścieralności skał za pomocą tribometru NANOVEA

Przygotowane przez

DUANJIE LI, PhD

WPROWADZENIE

Skały składają się z ziaren minerałów. Rodzaj i liczebność tych minerałów, a także siła wiązań chemicznych pomiędzy ziarnami minerałów decydują o właściwościach mechanicznych i tribologicznych skał. W zależności od geologicznych cykli skalnych skały mogą ulegać przemianom i zazwyczaj dzieli się je na trzy główne typy: magmowe, osadowe i metamorficzne. Skały te charakteryzują się różnym składem mineralnym i chemicznym, przepuszczalnością i wielkością cząstek, co wpływa na ich zróżnicowaną odporność na zużycie. Trybologia skał bada zużycie i tarcie skał w różnych warunkach geologicznych i środowiskowych.

ZNACZENIE BADAŃ ABRAZYJNYCH SKAŁ

Podczas wiercenia studni występują różnego rodzaju zużycie skał, w tym ścieranie i tarcie, co prowadzi do znacznych strat bezpośrednich i następczych związanych z naprawą i wymianą wierteł i narzędzi skrawających. Dlatego badanie możliwości wiercenia, drążenia, skrawania i ścieralności skał ma kluczowe znaczenie w przemyśle naftowym, gazowym i wydobywczym. Badania tribologiczne skał odgrywają kluczową rolę w wyborze najbardziej wydajnych i opłacalnych strategii wierceń, zwiększając w ten sposób ogólną wydajność i przyczyniając się do ochrony materiałów, energii i środowiska. Dodatkowo minimalizacja tarcia powierzchniowego jest bardzo korzystna, ponieważ zmniejsza interakcję pomiędzy koroną wiertniczą a skałą, co skutkuje zmniejszeniem zużycia narzędzia i poprawioną wydajnością wiercenia/cięcia.

CEL POMIARU

W niniejszym badaniu przeprowadziliśmy symulację i porównaliśmy właściwości trybologiczne dwóch rodzajów skał, aby zaprezentować możliwości Tribometr NANOVEA T50 w pomiarze współczynnika tarcia i szybkości zużycia skał w sposób kontrolowany i monitorowany.

NANOVEA T50 Compact
Tribometr z wolnym ciężarem

POBIERZ BROSZURĘ
ZADAJ PYTANIE
TRIBOMETR NANOVEA: Badanie ścieralności wapienia i marmuru

PRÓBKI

badania zużycia i tarcia marmuru i wapienia – tribologia skał

PROCEDURA TESTOWA

Współczynnik tarcia, COF i odporność na zużycie dwóch próbek skał oceniono za pomocą trybometru NANOVEA T50 przy użyciu modułu zużycia Pin-on-Disc. Jako materiał licznika zastosowano kulkę Al2O3 (średnica 6 mm). Po badaniach sprawdzono ślad zużycia za pomocą bezkontaktowego profilometru NANOVEA. Poniżej podsumowano parametry testu.

Szybkość zużycia K obliczono za pomocą wzoru K=V/(F×s)=A/(F×n), gdzie V to objętość zużycia, F to normalne obciążenie, s to droga poślizgu, A to pole przekroju poprzecznego bieżni, n jest liczbą obrotów. Chropowatość powierzchni i profile śladów zużycia oceniano za pomocą profilometru optycznego NANOVEA, a morfologię śladów zużycia badano za pomocą mikroskopu optycznego.

Należy pamiętać, że w tym badaniu jako przykład wykorzystano kulkę Al2O3 jako materiał licznika. Za pomocą niestandardowego uchwytu można zastosować dowolny materiał lity o różnych kształtach, aby symulować rzeczywistą sytuację zastosowania.

PARAMETRY BADANIA

PRÓBKI Wapień, marmur
PROMIeń PIERŚCIENIA ZUŻYWANEGO 5 mm
NORMALNA SIŁA 10 N
CZAS TRWANIA TESTU 10 minut
PRĘDKOŚĆ 100 obr./min

WYNIKI I DYSKUSJA

Twardość (H) i moduł sprężystości (E) próbek wapienia i marmuru porównano na FIGURZE 1, wykorzystując moduł mikroindentacji testera mechanicznego NANOVEA. Próbka wapienia wykazywała niższe wartości H i E, wynoszące odpowiednio 0,53 i 25,9 GPa, w przeciwieństwie do marmuru, który zanotował wartości 1,07 dla H i 49,6 GPa dla E. Stosunkowo większa zmienność wartości H i E zaobserwowana w próbkę wapienia można przypisać większej niejednorodności powierzchni, wynikającej z jej granulowanej i porowatej charakterystyki.

Ewolucję COF podczas testów zużycia dwóch próbek skał przedstawiono na FIGURZE 2. Wapień początkowo doświadcza szybkiego wzrostu COF do około 0,8 na początku testu zużycia, utrzymując tę wartość przez cały czas trwania testu. Tę nagłą zmianę COF można przypisać wnikaniu kulki Al2O3 w próbkę skały, co wynika z szybkiego procesu zużycia i chropowatości zachodzącego na powierzchni styku w ścieżce zużycia. Natomiast próbka marmuru wykazuje zauważalny wzrost współczynnika COF do wyższych wartości po przebyciu około 5 metrów drogi poślizgu, co oznacza jej lepszą odporność na zużycie w porównaniu z wapieniem.

Twardość skał

RYSUNEK 1: Porównanie twardości i modułu Younga między próbkami wapienia i marmuru.

Ewolucja współczynnika tarcia (COF) w próbkach wapienia i marmuru podczas testów zużycia

RYSUNEK 2: Ewolucja współczynnika tarcia (COF) w próbkach wapienia i marmuru podczas testów zużycia.

FIGURA 3 porównuje profile przekrojów próbek wapienia i marmuru po testach zużycia, a Tabela 1 podsumowuje wyniki analizy śladu zużycia. FIGURA 4 przedstawia ślady zużycia próbek pod mikroskopem optycznym. Ocena śladu zużycia jest zgodna z obserwacją ewolucji COF: Próbka marmuru, która utrzymuje niski współczynnik COF przez dłuższy czas, wykazuje niższą szybkość zużycia wynoszącą 0,0046 mm3/N m w porównaniu z 0,0353 mm3/N m w przypadku wapienia. Doskonałe właściwości mechaniczne marmuru przyczyniają się do jego lepszej odporności na zużycie niż wapień.
BADANIE ŚCIERNOŚCI SKAŁ Z WYKORZYSTANIEM TRIBOMETRU NANOVEA

RYSUNEK 3: Profile przekrojów śladów zużycia.

TABELA 1: Podsumowanie wyników analizy śladów zużycia.

RYSUNEK 4: Ślady zużycia w mikroskopie optycznym.

PODSUMOWANIE

W tym badaniu zaprezentowaliśmy możliwości trybometru NANOVEA w ocenie współczynnika tarcia i odporności na zużycie dwóch próbek skał, mianowicie marmuru i wapienia, w kontrolowany i monitorowany sposób. Doskonałe właściwości mechaniczne marmuru przyczyniają się do jego wyjątkowej odporności na zużycie. Ta właściwość utrudnia wiercenie lub cięcie w przemyśle naftowym i gazowym. I odwrotnie, znacznie wydłuża jego żywotność, gdy jest stosowany jako wysokiej jakości materiał budowlany, taki jak płytki podłogowe.

Trybometry NANOVEA oferują precyzyjne i powtarzalne możliwości testowania zużycia i tarcia, spełniając normy ISO i ASTM zarówno w trybie obrotowym, jak i liniowym. Dodatkowo zapewnia opcjonalne moduły do zastosowań związanych ze zużyciem w wysokiej temperaturze, smarowaniem i trybokorozją, a wszystko to płynnie zintegrowane w jeden system. Niezrównany asortyment NANOVEA to idealne rozwiązanie do określania pełnego zakresu właściwości tribologicznych cienkich lub grubych, miękkich lub twardych powłok, folii, podłoży i tribologii skał.

Masz podobną aplikację?

POROZMAWIAJ Z EKSPERTEM JUŻ TERAZ
SZYBKA WYCENA I SZCZEGÓŁOWE INFORMACJE

Analiza powierzchni śrutowanej

ANALIZA POWIERZCHNI ŚRUTOWANEJ

Z WYKORZYSTANIEM BEZKONTAKTOWEGO PROFILOMETRU 3D

Przygotowane przez

CRAIG LEISING

WPROWADZENIE

Śrutowanie to proces, w którym podłoże jest bombardowane kulistymi kulkami metalowymi, szklanymi lub ceramicznymi — powszechnie określanymi jako „śrut” — z siłą mającą na celu wywołanie plastyczności na powierzchni. Analiza charakterystyki przed i po kulowaniu dostarcza kluczowych informacji dla lepszego zrozumienia procesu i kontroli. Szczególnie godnymi uwagi aspektami są chropowatość powierzchni i obszar pokrycia wgłębień pozostawionych przez śrut.

Znaczenie bezkontaktowego profilometru 3D do analizy powierzchni śrutowanych

W przeciwieństwie do tradycyjnych profilometrów kontaktowych, które tradycyjnie były używane do śrutowanej analizy powierzchni, bezkontaktowy pomiar 3D zapewnia pełny obraz 3D, który zapewnia pełniejsze zrozumienie obszaru pokrycia i topografii powierzchni. Bez funkcji 3D inspekcja będzie opierać się wyłącznie na informacjach 2D, które nie są wystarczające do scharakteryzowania powierzchni. Zrozumienie topografii, obszaru pokrycia i chropowatości w 3D jest najlepszym podejściem do kontrolowania lub usprawniania procesu śrutowania. NANOVEA Profilometry bezkontaktowe 3D wykorzystują technologię Chromatic Light z unikalną możliwością pomiaru stromych kątów występujących na obrobionych i śrutowanych powierzchniach. Dodatkowo, gdy inne techniki nie dostarczają wiarygodnych danych ze względu na kontakt sondy, zmienność powierzchni, kąt lub współczynnik odbicia, profilometry NANOVEA okazują się sukcesem.

CEL POMIARU

W tym zastosowaniu profilometr bezkontaktowy NANOVEA ST400 służy do pomiaru surowca i dwóch różnie polerowanych powierzchni w celu dokonania przeglądu porównawczego. Istnieje nieskończona lista parametrów powierzchni, które można automatycznie obliczyć po skanowaniu powierzchni 3D. Tutaj przejrzymy powierzchnię 3D i wybierzemy obszary zainteresowania do dalszej analizy, w tym ilościowego określenia i zbadania chropowatości, wgłębień i pola powierzchni.

NANOVEA ST400 Standard
Optyczny profilometr 3D

POBIERZ BROSZURĘ
ZADAJ PYTANIE
Profilometr 3D NANOVEA ST500

PRÓBKA

Testowanie powierzchni śrutowanej

WYNIKI

POWIERZCHNIA STALOWA

Śrutowana chropowatość powierzchni
Charakterystyka śrutowanej powierzchni

ISO 25178 PARAMETRY SZRACHOWOŚCI 3D

SA 0,399 μm Średnia szorstkość
Sq 0,516 μm Chropowatość RMS
Sz 5,686 μm Maksymalny szczyt do doliny
Sp 2,976 μm Maksymalna wysokość szczytowa
Sv 2,711 μm Maksymalna głębokość dołu
Sku 3.9344 Kurtoza
Ssk -0.0113 Skośność
Sal 0,0028 mm Długość autokorelacji
ul 0.0613 Współczynnik proporcji tekstury
Sdar 26,539 mm² Powierzchnia
Szw 0,589 μm Zmniejszona głębokość doliny
 

WYNIKI

POWIERZCHNIA PEEROWANA 1

Śrutowany profil powierzchni
Profilometria powierzchni śrutowanej

POKRYCIE POWIERZCHNI 98.105%

Badanie powierzchni śrutowanej

ISO 25178 PARAMETRY SZRACHOWOŚCI 3D

Sa 4,102 μm Średnia szorstkość
Sq 5,153 μm Chropowatość RMS
Sz 44,975 μm Maksymalny szczyt do doliny
Sp 24,332 μm Maksymalna wysokość szczytowa
Sv 20,644 μm Maksymalna głębokość dołu
Sku 3.0187 Kurtoza
Ssk 0.0625 Skośność
Sal 0,0976 mm Długość autokorelacji
ul 0.9278 Współczynnik proporcji tekstury
Sdar 29,451 mm² Powierzchnia
Szw 5,008 μm Zmniejszona głębokość doliny

WYNIKI

POWIERZCHNIA PEEROWANA 2

Test śrutowanej powierzchni
Analiza śrutowanej powierzchni

POKRYCIE POWIERZCHNI 97.366%

Metrologia powierzchni śrutowanych

ISO 25178 PARAMETRY SZRACHOWOŚCI 3D

Sa 4,330 μm Średnia szorstkość
Sq 5,455 μm Chropowatość RMS
Sz 54,013 μm Maksymalny szczyt do doliny
Sp 25,908 μm Maksymalna wysokość szczytowa
Sv 28,105 μm Maksymalna głębokość dołu
Sku 3.0642 Kurtoza
Ssk 0.1108 Skośność
Sal 0,1034 mm Długość autokorelacji
ul 0.9733 Współczynnik proporcji tekstury
Sdar 29,623 mm² Powierzchnia
Szw 5,167 μm Zmniejszona głębokość doliny

PODSUMOWANIE

W tej aplikacji do analizy śrutowanej powierzchni zademonstrowaliśmy, w jaki sposób NANOVEA ST400 3D Non-Contact Profiler precyzyjnie charakteryzuje zarówno topografię, jak i nanometrowe szczegóły śrutowanej powierzchni. Oczywiste jest, że zarówno Powierzchnia 1, jak i Powierzchnia 2 mają znaczący wpływ na wszystkie podane tutaj parametry w porównaniu z surowcem. Proste badanie wizualne obrazów ujawnia różnice między powierzchniami. Potwierdza to dodatkowo obserwacja obszaru pokrycia i wymienionych parametrów. W porównaniu z Surface 2, Surface 1 wykazuje niższą średnią chropowatość (Sa), płytsze wgniecenia (Sv) i zmniejszoną powierzchnię (Sdar), ale nieco większy obszar pokrycia.

Z tych pomiarów powierzchni 3D można łatwo zidentyfikować obszary zainteresowania i poddać je wszechstronnemu zestawowi pomiarów, w tym chropowatości, wykończenia, tekstury, kształtu, topografii, płaskości, wypaczenia, płaskości, objętości, wysokości stopnia i innych. Przekrój 2D można szybko wybrać do szczegółowej analizy. Informacje te pozwalają na kompleksowe badanie powierzchni toczonych, z wykorzystaniem pełnego zakresu zasobów do pomiaru powierzchni. Konkretne obszary zainteresowania można dalej badać za pomocą zintegrowanego modułu AFM. Profilometry 3D NANOVEA oferują prędkości do 200 mm/s. Można je dostosować pod względem rozmiaru, prędkości, możliwości skanowania, a nawet mogą być zgodne ze standardami pomieszczeń czystych klasy 1. Dostępne są również opcje, takie jak przenośnik indeksujący i integracja do użytku w trybie Inline lub Online.

Specjalne podziękowania dla pana Haydena z IMF za dostarczenie próbki pokazanej w tej notatce. Industrial Metal Finishing Inc. | indmetfin.com

Masz podobną aplikację?

POROZMAWIAJ Z EKSPERTEM JUŻ TERAZ
SZYBKA WYCENA I SZCZEGÓŁOWE INFORMACJE

Morfologia powierzchni farby

MORFOLOGIA POWIERZCHNI LAKIERU

AUTOMATYCZNE MONITOROWANIE EWOLUCJI W CZASIE RZECZYWISTYM
WYKORZYSTANIE PROFILOMETRU 3D NANOVEA

Morfologia powierzchni farby

Przygotowane przez

DUANJIE LI, PhD

WPROWADZENIE

Ochronne i dekoracyjne właściwości farb odgrywają istotną rolę w różnych gałęziach przemysłu, w tym motoryzacyjnym, morskim, wojskowym i budowlanym. Aby osiągnąć pożądane właściwości, takie jak odporność na korozję, ochronę przed promieniowaniem UV i odporność na ścieranie, receptury i architektury farb są dokładnie analizowane, modyfikowane i optymalizowane.

ZNACZENIE BEZKONTAKTOWEGO PROFILOMETRU 3D DO ANALIZY MORFOLOGII SUSZENIA POWIERZCHNI LAKIEROWANEJ

Farbę nakłada się zwykle w postaci płynnej i poddaje procesowi suszenia, który polega na odparowaniu rozpuszczalników i przekształceniu ciekłej farby w stałą warstwę. Podczas procesu schnięcia powierzchnia farby stopniowo zmienia swój kształt i teksturę. Różne wykończenia powierzchni i tekstury można uzyskać, stosując dodatki modyfikujące napięcie powierzchniowe i właściwości płynięcia farby. Jednak w przypadku źle sformułowanej receptury farby lub niewłaściwej obróbki powierzchni mogą wystąpić niepożądane uszkodzenia powierzchni farby.

Dokładne monitorowanie morfologii powierzchni farby na miejscu w okresie schnięcia może zapewnić bezpośredni wgląd w mechanizm suszenia. Co więcej, ewolucja morfologii powierzchni w czasie rzeczywistym jest bardzo przydatną informacją w różnych zastosowaniach, takich jak druk 3D. NANOVEA Profilometry bezkontaktowe 3D mierzyć morfologię powierzchni farby materiałów bez dotykania próbki, unikając wszelkich zmian kształtu, które mogą być spowodowane przez technologie kontaktowe, takie jak przesuwany rysik.

CEL POMIARU

W tym zastosowaniu profilometr bezkontaktowy NANOVEA ST500, wyposażony w czujnik optyczny linii o dużej szybkości, służy do monitorowania morfologii powierzchni lakieru podczas jego 1-godzinnego okresu schnięcia. Prezentujemy możliwości bezkontaktowego profilometru NANOVEA w zapewnianiu zautomatyzowanego pomiaru profili 3D materiałów w czasie rzeczywistym z ciągłą zmianą kształtu.

NANOVEA ST500 Large Area
Optyczny profilometr 3D

POBIERZ BROSZURĘ
ZADAJ PYTANIE
Profilometr 3D NANOVEA ST500

WYNIKI I DYSKUSJA

Farbę nałożono na powierzchnię blachy, po czym natychmiast wykonano zautomatyzowane pomiary ewolucji morfologii schnącej farby in situ za pomocą profilometru NANOVEA ST500 Non-Contact Profilometer wyposażonego w szybki czujnik liniowy. Zaprogramowano makro do automatycznego pomiaru i rejestracji morfologii powierzchni 3D w określonych odstępach czasu: 0, 5, 10, 20, 30, 40, 50 i 60 min. Ta zautomatyzowana procedura skanowania umożliwia użytkownikom automatyczne wykonywanie zadań skanowania poprzez sekwencyjne uruchamianie ustalonych procedur, co znacznie zmniejsza wysiłek, czas i możliwe błędy użytkownika w porównaniu z testowaniem ręcznym lub powtarzanymi skanami. Ta automatyzacja okazuje się niezwykle przydatna w przypadku długotrwałych pomiarów obejmujących wiele skanów w różnych odstępach czasu.

Optyczny czujnik liniowy generuje jasną linię składającą się ze 192 punktów, jak pokazano na RYSUNKU 1. Te 192 punkty świetlne jednocześnie skanują powierzchnię próbki, znacznie zwiększając prędkość skanowania. Gwarantuje to, że każdy skan 3D zostanie ukończony szybko, aby uniknąć znacznych zmian powierzchni podczas każdego pojedynczego skanowania.

Analiza powłoki lakierniczej przy użyciu profilometru 3D

RYSUNEK 1: Optyczny czujnik liniowy skanujący powierzchnię schnącej farby.

Widok fałszywych kolorów, widok 3D i profil 2D topografii schnącej farby w reprezentatywnych czasach pokazano odpowiednio na FIGURZE 2, FIGURZE 3 i FIGURZE 4. Fałszywy kolor na obrazach ułatwia wykrywanie cech, które nie są łatwo dostrzegalne. Różne kolory reprezentują zmiany wysokości w różnych obszarach powierzchni próbki. Widok 3D stanowi idealne narzędzie dla użytkowników do obserwacji powierzchni lakieru pod różnymi kątami. W ciągu pierwszych 30 minut testu fałszywe kolory na powierzchni farby stopniowo zmieniają się z cieplejszych tonów na chłodniejsze, co wskazuje na stopniowe zmniejszanie się wysokości w czasie w tym okresie. Proces ten zwalnia, o czym świadczy łagodna zmiana koloru przy porównaniu farby po 30 i 60 minutach.

Średnią wysokość próbki i wartości Sa chropowatości w funkcji czasu schnięcia farby przedstawiono na RYSUNKU 5. Pełną analizę chropowatości farby po czasie schnięcia 0, 30 i 60 minut przedstawiono w TABELI 1. Można zauważyć, że średnia wysokość powierzchni farby szybko spada z 471 do 329 µm w ciągu pierwszych 30 minut schnięcia. Tekstura powierzchni rozwija się w tym samym czasie, gdy rozpuszczalnik odparowuje, co prowadzi do zwiększenia wartości Sa chropowatości z 7,19 do 22,6 µm. Następnie proces schnięcia farby spowalnia, co skutkuje stopniowym spadkiem wysokości próbki i wartości Sa do odpowiednio 317 µm i 19,6 µm po 60 minutach.

Badanie to podkreśla możliwości bezkontaktowego profilometru NANOVEA 3D w monitorowaniu zmian powierzchni 3D schnącej farby w czasie rzeczywistym, dostarczając cennych informacji na temat procesu schnięcia farby. Mierząc morfologię powierzchni bez dotykania próbki, profilometr pozwala uniknąć zmian kształtu niewyschniętej farby, które mogą wystąpić w przypadku technologii kontaktowych, takich jak przesuwny rysik. Takie bezkontaktowe podejście zapewnia dokładną i wiarygodną analizę morfologii powierzchni schnącej farby.

Morfologia powierzchni farby
Morfologia powłok malarskich

RYSUNEK 2: Ewolucja morfologii powierzchni schnącej farby w różnym czasie.

Charakterystyka powierzchni farby
Profil powierzchni farby
Analiza powierzchni farby

RYSUNEK 3: Widok 3D ewolucji powierzchni farby przy różnych czasach schnięcia.

Profilometria powierzchni farby

RYSUNEK 4: Profil 2D na próbce farby po różnych czasach schnięcia.

Badanie powierzchni farby

RYSUNEK 5: Ewolucja średniej wysokości próbki i wartości chropowatości Sa w funkcji czasu schnięcia farby.

ISO 25178 - Parametry tekstury powierzchni

Czas schnięcia (min) 0 5 10 20 30 40 50 60
kwadratowy (µm) 7.91 9.4 10.8 20.9 22.6 20.6 19.9 19.6
Sku 26.3 19.8 14.6 11.9 10.5 9.87 9.83 9.82
sp (µm) 97.4 105 108 116 125 118 114 112
Sv (µm) 127 70.2 116 164 168 138 130 128
Sz (µm) 224 175 224 280 294 256 244 241
Sa (µm) 4.4 5.44 6.42 12.2 13.3 12.2 11.9 11.8

kwadrat – Średnia kwadratowa wysokości | Sku – Kurtoza | Sp – Maksymalna wysokość piku | Św – Maksymalna wysokość studzienki | Sz – Maksymalna wysokość | Św – Średnia arytmetyczna wzrostu

TABELA 1: Chropowatość farby przy różnych czasach schnięcia.

PODSUMOWANIE

W tej aplikacji pokazaliśmy możliwości bezkontaktowego profilometru 3D NANOVEA ST500 w monitorowaniu ewolucji morfologii powierzchni lakieru podczas procesu schnięcia. Szybki optyczny czujnik liniowy, generujący linię ze 192 punktami świetlnymi, które jednocześnie skanują powierzchnię próbki, sprawił, że badanie było oszczędne, zapewniając jednocześnie niezrównaną dokładność.

Funkcja makro w oprogramowaniu do akwizycji umożliwia programowanie automatycznych pomiarów morfologii powierzchni 3D in situ, dzięki czemu jest szczególnie przydatna do pomiarów długoterminowych obejmujących wiele skanów w określonych docelowych odstępach czasu. Znacznie zmniejsza czas, wysiłek i potencjalne błędy użytkownika. Stopniowe zmiany morfologii powierzchni są stale monitorowane i rejestrowane w czasie rzeczywistym w miarę wysychania farby, co zapewnia cenny wgląd w mechanizm schnięcia farby.

Przedstawione tutaj dane stanowią jedynie ułamek obliczeń dostępnych w oprogramowaniu do analizy. Profilometry NANOVEA są w stanie mierzyć praktycznie każdą powierzchnię, bez względu na to, czy jest przezroczysta, ciemna, odblaskowa czy nieprzezroczysta.

Masz podobną aplikację?

POROZMAWIAJ Z EKSPERTEM JUŻ TERAZ
SZYBKA WYCENA I SZCZEGÓŁOWE INFORMACJE

Test zużycia powłoki PTFE

BADANIE ZUŻYCIA POWŁOKI PTFE

Z WYKORZYSTANIEM TRIBOMETRA I TESTERA MECHANICZNEGO

TEST ZUŻYCIA POWŁOKI PTFE

Przygotowane przez

DUANJIE LI, PhD

WPROWADZENIE

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

ZNACZENIE ILOŚCIOWEJ OCENY POWŁOK PTFE

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

CEL POMIARU

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

TRIBOMETR NANOVEA: Badanie ścieralności wapienia i marmuru

NANOVEA T50 Compact
Tribometr z wolnym ciężarem

POBIERZ BROSZURĘ
ZADAJ PYTANIE

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

TESTER ZARYSOWAŃ NANOVEA: TEST ZUŻYCIA POWŁOKI PTFE

NANOVEA PB1000 Duża platforma Tester mechaniczny

POBIERZ BROSZURĘ
ZADAJ PYTANIE

PROCEDURA TESTOWA

TEST ZUŻYCIA

LINIOWE ZUŻYCIE TAŁKOWE Z WYKORZYSTANIEM TRYBOMETRU

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

 

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

PARAMETRY BADANIA ZUŻYCIA

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

PROCEDURA TESTOWA

TEST NA ZADRAŻNIENIA

BADANIE PRZYCZEPNOŚCI MIKRO ZARYSOWAŃ Z WYKORZYSTANIEM TESTERA MECHANICZNEGO

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

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

PARAMETRY BADANIA ZARYSOWANIA

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

WYNIKI I DYSKUSJA

LINIOWE ZUŻYCIE TAŁKOWE Z WYKORZYSTANIEM TRYBOMETRU

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

BADANIE ZUŻYCIA POWŁOKI PTFE
Konfiguracja testu zużycia powłoki PTFE na trybometrze NANOVEA T50.
TEFLON COF

RYSUNEK 1: Ewolucja COF podczas testu zużycia powłoki PTFE.

TEST ZUŻYCIA PTFE

RYSUNEK 2: Ekstrakcja profilu śladu zużycia PTFE.

PTFE Przed przełomem

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

PTFE Po przebiciu

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

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

WYNIKI I DYSKUSJA

BADANIE PRZYCZEPNOŚCI MIKRO ZARYSOWAŃ Z WYKORZYSTANIEM TESTERA MECHANICZNEGO

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

TEST POWŁOKI PTFE

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

TEST ZARYSOWANIA POWŁOKI PTFE

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

TEST TARCIA POWŁOKI PTFE

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

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

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

PODSUMOWANIE

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

 

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

 

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

Masz podobną aplikację?

POROZMAWIAJ Z EKSPERTEM JUŻ TERAZ
SZYBKA WYCENA I SZCZEGÓŁOWE INFORMACJE

Progresywne mapowanie zużycia podłóg przy użyciu trybometru

Badanie odporności podłóg na zużycie

Progresywne mapowanie zużycia podłóg przy użyciu tribometru ze zintegrowanym profilometrem

badanie odporności podłóg na zużycie

Przygotowane przez

FRANK LIU

WPROWADZENIE

Materiały podłogowe są projektowane tak, aby były trwałe, jednak często ulegają zużyciu w wyniku codziennych czynności, takich jak ruch i użytkowanie mebli. Aby zapewnić ich trwałość, większość rodzajów podłóg posiada warstwę ochronną, która jest odporna na uszkodzenia. Jednakże grubość i trwałość warstwy użytkowej różnią się w zależności od rodzaju podłogi i natężenia ruchu pieszego. Ponadto różne warstwy w strukturze podłogi, takie jak powłoki UV, warstwy dekoracyjne i glazura, charakteryzują się różnym stopniem zużycia. Tutaj właśnie pojawia się progresywne mapowanie zużycia. Korzystanie z trybometru NANOVEA T2000 ze zintegrowanym Bezkontaktowy proflometr 3Dmożna przeprowadzić precyzyjne monitorowanie i analizę wydajności i trwałości materiałów podłogowych. Zapewniając szczegółowy wgląd w zachowanie różnych materiałów podłogowych podczas zużycia, naukowcy i specjaliści techniczni mogą podejmować bardziej świadome decyzje przy wyborze i projektowaniu nowych systemów podłogowych.

ZNACZENIE PROGRESYWNEGO MAPOWANIA ZUŻYCIA PANELI PODŁOGOWYCH

Testowanie podłóg tradycyjnie koncentrowało się na szybkości zużycia próbki w celu określenia jej trwałości na zużycie. Jednak progresywne mapowanie zużycia umożliwia analizę szybkości zużycia próbki w trakcie testu, zapewniając cenny wgląd w jej zachowanie podczas zużycia. Ta dogłębna analiza pozwala na korelacje między danymi tarcia a szybkością zużycia, co może zidentyfikować pierwotne przyczyny zużycia. Należy zauważyć, że wskaźniki zużycia nie są stałe podczas testów zużycia. Dlatego obserwacja postępu zużycia daje dokładniejszą ocenę zużycia próbki. Wykraczając poza tradycyjne metody testowania, przyjęcie progresywnego mapowania zużycia przyczyniło się do znacznego postępu w dziedzinie testowania podłóg.

Trybometr NANOVEA T2000 ze zintegrowanym bezkontaktowym profilometrem 3D to przełomowe rozwiązanie do badania zużycia i pomiarów utraty objętości. Jego zdolność do precyzyjnego przemieszczania się pomiędzy sworzniem a profilometrem gwarantuje wiarygodność wyników poprzez eliminację wszelkich odchyleń w promieniu lub położeniu toru zużycia. Ale to nie wszystko – zaawansowane możliwości Bezkontaktowego Profilometru 3D pozwalają na szybkie pomiary powierzchni, skracając czas skanowania do zaledwie sekund. Dzięki możliwości przykładania obciążeń do 2000 N i osiąganiu prędkości wirowania do 5000 obr/min, NANOVEA T2000 Tribometr oferuje wszechstronność i precyzję w procesie oceny. Oczywiste jest, że sprzęt ten odgrywa kluczową rolę w mapowaniu postępującego zużycia.

 
badanie zużycia podłóg za pomocą tribometru
badanie zużycia podłóg za pomocą profilometru

RYSUNEK 1: Konfiguracja próbki przed testem zużycia (po lewej) i profilometria śladu zużycia po teście zużycia (po prawej).

CEL POMIARU

Testy progresywnego mapowania zużycia przeprowadzono na dwóch rodzajach materiałów podłogowych: kamieniu i drewnie. Każda próbka przeszła łącznie 7 cykli testowych, z rosnącym czasem trwania testu wynoszącym 2, 4, 8, 20, 40, 60 i 120 s, co pozwoliło na porównanie zużycia w czasie. Po każdym cyklu testowym ścieżka zużycia była profilowana przy użyciu bezkontaktowego profilometru NANOVEA 3D. Na podstawie danych zebranych przez profilometr, objętość otworu i szybkość zużycia można analizować za pomocą zintegrowanych funkcji oprogramowania NANOVEA Tribometer lub naszego oprogramowania do analizy powierzchni, Mountains.

NANOVEA T2000 Wysokie obciążenie
Trybometr pneumatyczny

POBIERZ BROSZURĘ
ZADAJ PYTANIE
Pneumatyczny trybometr NANOVEA T2000 do dużych obciążeń

PRÓBKI

próbki testowe do mapowania zużycia drewna i kamienia

PARAMETRY TESTU MAPOWANIA ZUŻYCIA

LOAD40 N
CZAS TRWANIA TESTUróżnice
PRĘDKOŚĆ200 obr.
RADIUS10 mm
ODLEGŁOŚĆróżnice
MATERIAŁ KULKIWęglik wolframu
ŚREDNICA KULKI10 mm

Czas trwania testu w 7 cyklach wynosił 2, 4, 8, 20, 40, 60 i 120 sekundodpowiednio. Przebyte odległości wynosiły 0,40, 0,81, 1,66, 4,16, 8,36, 12,55 i 25,11 metra.

WYNIKI MAPOWANIA ZUŻYCIA

Podłogi drewniane

Cykl testowyMaksymalny współczynnik COFMin. COFAvg. COF
10.3350.1240.275
20.3370.2070.295
30.3800.2290.329
40.3930.2650.354
50.3520.2050.314
60.3450.1990.312
70.3150.2110.293

 

ORIENTACJA PROMIENIOWA

Cykl testowyCałkowita strata objętości (µm3Całkowity dystans
Przebyta droga (m)		Wskaźnik zużycia
(mm/Nm) x10-5		Chwilowa szybkość zużycia
(mm/Nm) x10-5
12962476870.401833.7461833.746
23552452271.221093.260181.5637
35963713262.88898.242363.1791
48837477677.04530.629172.5496
5120717995115.40360.88996.69074
6147274531827.95293.32952.89311
7185131921053.06184.34337.69599
Stopień zużycia progresywnego drewna a całkowity dystans
Wskaźnik zużycia podłogi drewnianej

RYSUNEK 2: Współczynnik zużycia a całkowity przebyty dystans (po lewej)
i chwilowy wskaźnik zużycia w zależności od cyklu testowego (po prawej) dla podłóg drewnianych.

badanie współczynnika tarcia podłogi
progresywne mapowanie zużycia podłogi drewnianej

RYSUNEK 3: Wykres COF i widok 3D śladu zużycia z testu #7 na drewnianej podłodze.

wyodrębniony profil mapowania zużycia
wyniki badań odporności podłóg na zużycie
charakterystyka powierzchni podłogi

RYSUNEK 4: Analiza przekroju poprzecznego śladu zużycia drewna z testu #7

progresywne mapowanie zużycia analiza objętości i powierzchni

RYSUNEK 5: Analiza objętości i powierzchni śladów zużycia na próbce drewna #7.

Pełne informacje o wynikach można znaleźć tutaj.

WYNIKI MAPOWANIA ZUŻYCIA

Podłogi kamienne

Cykl testowyMaksymalny współczynnik COFMin. COFAvg. COF
10.2490.0350.186
20.3490.1970.275
30.2940.1540.221
40.5030.1240.273
50.5480.1060.390
60.5100.1290.434
70.5270.1810.472

 

ORIENTACJA PROMIENIOWA

Cykl testowyCałkowita strata objętości (µm3Całkowity dystans
Przebyta droga (m)		Wskaźnik zużycia
(mm/Nm) x10-5		Chwilowa szybkość zużycia
(mm/Nm) x10-5
1962788460.40595.957595.9573
28042897311.222475.1852178.889
313161478552.881982.355770.9501
431365302157.041883.2691093.013
51082173218015.403235.1802297.508
62017496034327.954018.2821862.899
74251206342053.064233.0812224.187
Szybkość zużycia posadzki kamiennej a odległość
Wykres chwilowego zużycia posadzki kamiennej

RYSUNEK 6: Współczynnik zużycia a całkowity przebyty dystans (po lewej)
i chwilowy współczynnik zużycia w zależności od cyklu testowego (po prawej) dla posadzki kamiennej.

badania tribologiczne zużycia podłóg
kamienna podłoga 3d profil ścieralności

RYSUNEK 7: Wykres COF i widok 3D śladu zużycia z testu #7 na kamiennej posadzce.

podłoga kamienna progresywne mapowanie zużycia profil ekstrahowany
podłoga kamienna wyodrębniony profil maksymalna głębokość i wysokość powierzchnia otworu i szczytu
badania tribologiczne podłóg

RYSUNEK 8: Analiza przekrojowa śladu zużycia kamienia z testu #7.

progresywna analiza objętościowa mapowania zużycia podłogi drewnianej

RYSUNEK 9: Analiza objętości i powierzchni śladów zużycia na próbce kamienia #7.


Pełne informacje o wynikach można znaleźć tutaj.

DYSKUSJA

Chwilowy wskaźnik zużycia jest obliczany za pomocą następującego równania:
progresywne mapowanie zużycia formuły podłogi

Gdzie V jest objętością otworu, N jest obciążeniem, a X jest całkowitą odległością, równanie to opisuje szybkość zużycia między cyklami testowymi. Chwilowa szybkość zużycia może być wykorzystana do lepszej identyfikacji zmian szybkości zużycia w trakcie testu.

Obie próbki charakteryzują się bardzo różnymi właściwościami zużycia. Z biegiem czasu podłoga drewniana zaczyna się od wysokiego wskaźnika zużycia, ale szybko spada do mniejszej, stałej wartości. W przypadku podłóg kamiennych wskaźnik zużycia wydaje się zaczynać od niskiej wartości i dążyć do wyższej wartości w trakcie cykli. Chwilowy wskaźnik zużycia również wykazuje niewielką spójność. Konkretna przyczyna tej różnicy nie jest pewna, ale może wynikać ze struktury próbek. Wydaje się, że kamienna podłoga składa się z luźnych cząstek przypominających ziarna, które zużywają się inaczej niż zwarta struktura drewna. Konieczne będą dodatkowe testy i badania, aby ustalić przyczynę takiego zachowania.

Dane dotyczące współczynnika tarcia (COF) wydają się być zgodne z obserwowanym zużyciem. Wykres COF dla podłogi drewnianej wydaje się spójny przez wszystkie cykle, uzupełniając jej stały wskaźnik zużycia. W przypadku podłóg kamiennych średni współczynnik COF wzrasta w trakcie cykli, podobnie jak tempo zużycia. Widoczne są również zmiany w kształcie wykresów tarcia, co sugeruje zmiany w sposobie interakcji kulki z próbką kamienia. Jest to najbardziej widoczne w cyklach 2 i 4.

PODSUMOWANIE

Trybometr NANOVEA T2000 prezentuje swoją zdolność do progresywnego mapowania zużycia poprzez analizę szybkości zużycia dwóch różnych próbek posadzki. Wstrzymanie ciągłego testu zużycia i zeskanowanie powierzchni za pomocą bezkontaktowego profilometru NANOVEA 3D zapewnia cenny wgląd w zużycie materiału w czasie.

Trybometr NANOVEA T2000 ze zintegrowanym bezkontaktowym profilometrem 3D zapewnia szeroki zakres danych, w tym dane COF (współczynnik tarcia), pomiary powierzchni, odczyty głębokości, wizualizację powierzchni, utratę objętości, szybkość zużycia i inne. Ten kompleksowy zestaw informacji pozwala użytkownikom uzyskać głębsze zrozumienie interakcji między systemem a próbką. Dzięki kontrolowanemu obciążeniu, wysokiej precyzji, łatwości obsługi, dużemu obciążeniu, szerokiemu zakresowi prędkości i dodatkowym modułom środowiskowym, trybometr NANOVEA T2000 przenosi trybologię na wyższy poziom.

Masz podobną aplikację?

POROZMAWIAJ Z EKSPERTEM JUŻ TERAZ
SZYBKA WYCENA I SZCZEGÓŁOWE INFORMACJE

Dynamiczna analiza mechaniczna korka przy użyciu nanoindentacji

DYNAMICZNA ANALIZA MECHANICZNA

KORKA PRZY UŻYCIU NANOINDENTACJI

Przygotowane przez

FRANK LIU

WPROWADZENIE

Dynamiczna analiza mechaniczna (DMA) jest potężną techniką wykorzystywaną do badania właściwości mechanicznych materiałów. W tym zastosowaniu skupiamy się na analizie korka, szeroko stosowanego materiału w procesach uszczelniania i starzenia wina. Korek, uzyskiwany z kory dębu Quercus suber, wykazuje wyraźne struktury komórkowe, które zapewniają właściwości mechaniczne przypominające syntetyczne polimery. W jednej osi korek ma strukturę plastra miodu. Dwie pozostałe osie mają strukturę wielu prostokątnych pryzmatów. Daje to korkowi różne właściwości mechaniczne w zależności od testowanej orientacji.

ZNACZENIE DYNAMICZNEJ ANALIZY MECHANICZNEJ (DMA) W OCENIE WŁAŚCIWOŚCI MECHANICZNYCH KORKA

Jakość korków w dużej mierze zależy od ich właściwości mechanicznych i fizycznych, które mają kluczowe znaczenie dla ich skuteczności w uszczelnianiu wina. Kluczowe czynniki określające jakość korka obejmują elastyczność, izolację, sprężystość i nieprzepuszczalność dla gazów i cieczy. Wykorzystując dynamiczną analizę mechaniczną (DMA), możemy ilościowo ocenić właściwości elastyczności i sprężystości korków, zapewniając wiarygodną metodę oceny.

Tester mechaniczny NANOVEA PB1000 w zestawie Nanoindentacja umożliwia scharakteryzowanie tych właściwości, w szczególności modułu Younga, modułu magazynowania, modułu stratności i tan delta (tan (δ)). Testy DMA pozwalają również na gromadzenie cennych danych na temat przesunięcia fazowego, twardości, naprężenia i odkształcenia materiału korka. Dzięki tym kompleksowym analizom uzyskujemy głębszy wgląd w mechaniczne zachowanie korków i ich przydatność do uszczelniania wina.

CEL POMIARU

W niniejszym badaniu przeprowadzono dynamiczną analizę mechaniczną (DMA) czterech korków przy użyciu testera mechanicznego NANOVEA PB1000 w trybie nanoindentacji. Jakość korków została oznaczona jako: 1 - Flor, 2 - First, 3 - Colmated, 4 - Synthetic rubber. Testy wgłębień DMA przeprowadzono zarówno w kierunku osiowym, jak i promieniowym dla każdego korka. Analizując reakcję mechaniczną korków, chcieliśmy uzyskać wgląd w ich dynamiczne zachowanie i ocenić ich wydajność w różnych orientacjach.

NANOVEA

PB1000

DOWIEDZ SIĘ WIĘCEJ

PARAMETRY BADANIA

MAX FORCE75 mN
PRĘDKOŚĆ ZAŁADUNKU150 mN/min
PRĘDKOŚĆ ROZŁADUNKU150 mN/min
AMPLITUDE5 mN
CZĘSTOTLIWOŚĆ1 Hz
CREEP60 s

typ wgłębnika

Piłka

51200 Stal

Średnica 3 mm

WYNIKI

W poniższych tabelach i wykresach porównano moduł Younga, moduł magazynowania, moduł stratności i tan delta dla każdej próbki i orientacji.

Moduł Younga: Stabilność; wysokie wartości wskazują na stabilność, niskie wartości wskazują na elastyczność.

Moduł przechowywania: Odpowiedź elastyczna; energia zmagazynowana w materiale.

Moduł strat: Reakcja lepka; utrata energii z powodu ciepła.

Tan (δ): Tłumienie; wysokie wartości wskazują na większe tłumienie.

ORIENTACJA OSIOWA

ZatyczkaMODUŁ YOUNGAMODUŁ PRZECHOWYWANIAMODUŁ STRATYTAN
#(MPa)(MPa)(MPa)(δ)
122.567522.272093.6249470.162964
218.5466418.271533.1623490.17409
323.7538123.472673.6178190.154592
423.697223.580642.3470080.099539



ORIENTACJA PROMIENIOWA

ZatyczkaMODUŁ YOUNGAMODUŁ PRZECHOWYWANIAMODUŁ STRATYTAN
#(MPa)(MPa)(MPa)(δ)
124.7886324.565423.3082240.134865
226.6661426.317394.2862160.163006
344.0786743.614266.3659790.146033
428.0475127.941482.4359780.087173

MODUŁ YOUNGA

MODUŁ PRZECHOWYWANIA

MODUŁ STRATY

TAN DELTA

Pomiędzy korkami moduł Younga nie różni się zbytnio, gdy testowany jest w kierunku osiowym. Tylko korki #2 i #3 wykazały wyraźną różnicę w module Younga między kierunkiem promieniowym i osiowym. W rezultacie moduł magazynowania i moduł stratności będą również wyższe w kierunku promieniowym niż w kierunku osiowym. Korek #4 wykazuje podobną charakterystykę do korków z naturalnego korka, z wyjątkiem modułu strat. Jest to dość interesujące, ponieważ oznacza to, że korki naturalne mają większą lepkość niż materiał z gumy syntetycznej.

PODSUMOWANIE

NANOVEA Tester mechaniczny w trybie Nano Scratch Tester umożliwia symulację wielu rzeczywistych uszkodzeń powłok malarskich i twardych. Przykładając rosnące obciążenia w kontrolowany i ściśle monitorowany sposób, przyrząd pozwala określić, przy jakich obciążeniach występują awarie. Można to następnie wykorzystać jako sposób na określenie ilościowych wartości odporności na zarysowania. Wiadomo, że badana powłoka, pozbawiona warunków atmosferycznych, wykazuje pierwsze pęknięcie przy sile około 22 mN. Przy wartościach bliższych 5 mN jasne jest, że siedmioletnie okrążenie spowodowało degradację farby.

Kompensacja oryginalnego profilu pozwala uzyskać skorygowaną głębokość podczas zarysowania, a także zmierzyć głębokość resztkową po zarysowaniu. Daje to dodatkowe informacje na temat plastycznego i elastycznego zachowania powłoki pod rosnącym obciążeniem. Zarówno pęknięcia, jak i informacje o odkształceniach mogą być bardzo przydatne przy ulepszaniu twardej powłoki. Bardzo małe odchylenia standardowe pokazują również powtarzalność techniki urządzenia, co może pomóc producentom poprawić jakość ich twardej powłoki/farby i zbadać wpływ warunków atmosferycznych.

Masz podobną aplikację?

POROZMAWIAJ Z EKSPERTEM JUŻ TERAZ
SZYBKA WYCENA I SZCZEGÓŁOWE INFORMACJE

Nano Scratch & Mar Testowanie farby na metalowym podłożu

Badanie odporności na zarysowania i zadrapania metodą Nano

farby na metalowym podłożu

Przygotowane przez

SUSANA CABELLO

WPROWADZENIE

Farba z twardą powłoką lub bez jest jedną z najczęściej używanych powłok. Widzimy je na samochodach, ścianach, urządzeniach i praktycznie wszystkim, co wymaga jakiejś powłoki ochronnej lub po prostu w celach estetycznych. Farby przeznaczone do ochrony podłoża często zawierają substancje chemiczne, które zapobiegają zapaleniu się farby lub po prostu zapobiegają utracie koloru lub pękaniu. Często farby używane do celów estetycznych są dostępne w różnych kolorach, ale niekoniecznie muszą być przeznaczone do ochrony podłoża lub długiej żywotności.

Niemniej jednak każda farba ulega z czasem pewnym wpływom atmosferycznym. Warunki atmosferyczne na farbie mogą często zmieniać jej właściwości w stosunku do zamierzonych przez producentów. Może szybciej odpryskiwać, łuszczyć się pod wpływem ciepła, tracić kolor lub pękać. Różne zmiany właściwości farby w czasie są powodem, dla którego producenci oferują tak szeroki wybór. Farby są dostosowane do różnych wymagań poszczególnych klientów.

ZNACZENIE TESTÓW NANOZARYSOWAŃ DLA KONTROLI JAKOŚCI

Głównym zmartwieniem producentów farb jest odporność ich produktów na pękanie. Gdy farba zaczyna pękać, nie chroni podłoża, na które została nałożona, a tym samym nie zadowala klienta. Na przykład, jeśli gałąź uderzy w bok samochodu i natychmiast po tym, jak farba zacznie odpryskiwać, producenci farby stracą biznes z powodu niskiej jakości farby. Jakość farby jest bardzo ważna, ponieważ jeśli metal pod farbą zostanie odsłonięty, może zacząć rdzewieć lub korodować z powodu nowej ekspozycji.

 

Takie powody mają zastosowanie do kilku innych dziedzin, takich jak artykuły gospodarstwa domowego i biurowe oraz elektronika, zabawki, narzędzia badawcze i inne. Chociaż farba może być odporna na pękanie, gdy po raz pierwszy nakłada się ją na powłoki metalowe, jej właściwości mogą ulec zmianie w miarę upływu czasu, gdy na próbce wystąpią pewne warunki atmosferyczne. Dlatego bardzo ważne jest, aby próbki farby były testowane w stanie zwietrzałym. Chociaż pękanie pod dużym obciążeniem może być nieuniknione, producent musi przewidzieć, jak słabe mogą być zmiany w czasie i jak głębokie muszą być rysy, aby zapewnić swoim konsumentom najlepsze możliwe produkty.

CEL POMIARU

Musimy symulować proces zarysowania w kontrolowany i monitorowany sposób, aby obserwować efekty zachowania próbki. W tym zastosowaniu tester mechaniczny NANOVEA PB1000 w trybie testowania nanozarysowań jest używany do pomiaru obciążenia wymaganego do spowodowania uszkodzenia około 7-letniej próbki farby o grubości 30-50 μm na metalowym podłożu.

Do zarysowania powłoki użyto trzpienia pomiarowego z końcówką diamentową o średnicy 2 μm przy progresywnym obciążeniu w zakresie od 0,015 mN do 20,00 mN. Wykonaliśmy skanowanie farby przed i po obciążeniu 0,2 mN w celu określenia wartości rzeczywistej głębokości zarysowania. Rzeczywista głębokość analizuje odkształcenie plastyczne i sprężyste próbki podczas testowania; podczas gdy skanowanie po analizuje tylko odkształcenie plastyczne zadrapania. Punkt, w którym powłoka ulega uszkodzeniu w wyniku pęknięcia, jest przyjmowany jako punkt uszkodzenia. Użyliśmy ASTMD7187 jako przewodnika do określenia naszych parametrów testowych.

 

Możemy stwierdzić, że użycie zwietrzałej próbki, a zatem testowanie próbki farby w jej słabszym stadium, dało nam niższe punkty awarii.

 

Na tej próbce przeprowadzono pięć testów w celu

określić dokładne obciążenia krytyczne.

NANOVEA

PB1000

DOWIEDZ SIĘ WIĘCEJ

PARAMETRY BADANIA

następujący ASTM D7027

Powierzchnia wzorca chropowatości została zeskanowana za pomocą urządzenia NANOVEA ST400 wyposażonego w szybki czujnik, który generuje jasną linię 192 punktów, jak pokazano na RYSUNKU 1. Te 192 punkty skanują powierzchnię próbki w tym samym czasie, co prowadzi do znacznego zwiększenia prędkości skanowania.

TYP OBCIĄŻENIA Postępowe
OBCIĄŻENIE POCZĄTKOWE 0,015 mN
OBCIĄŻENIE KOŃCOWE 20 mN
PRĘDKOŚĆ ZAŁADUNKU 20 mN/min
DŁUGOŚĆ SKRATKI 1,6 mm
PRĘDKOŚĆ SKRATANIA, dx/dt 1,601 mm/min
ŁADOWANIE PRZED SKANOWANIEM 0,2 mN
ŁADOWANIE PO SKANOWANIU 0,2 mN
Wgłębnik stożkowy 90° Stożek o promieniu końcówki 2 µm

typ wgłębnika

Stożkowa

Stożek diamentowy 90

Promień końcówki 2 µm

Wgłębnik stożkowy Diamentowy stożek 90° Promień końcówki 2 µm

WYNIKI

W tej sekcji przedstawiono dane zebrane na temat awarii podczas testu zarysowania. W pierwszej części opisano awarie zaobserwowane podczas zarysowania i zdefiniowano zgłoszone obciążenia krytyczne. Kolejna część zawiera tabelę podsumowującą obciążenia krytyczne dla wszystkich próbek oraz reprezentację graficzną. Ostatnia część przedstawia szczegółowe wyniki dla każdej próbki: obciążenia krytyczne dla każdej rysy, mikrografy każdego uszkodzenia i wykres testu.

ZAOBSERWOWANE AWARIE I DEFINICJA OBCIĄŻEŃ KRYTYCZNYCH

KRYTYCZNA AWARIA:

SZKODA POCZĄTKOWA

Jest to pierwszy punkt, w którym uszkodzenie jest obserwowane wzdłuż ścieżki zarysowania.

nano zarysowanie uszkodzenie krytyczne uszkodzenie początkowe

KRYTYCZNA AWARIA:

CAŁKOWITE USZKODZENIE

W tym momencie uszkodzenia są bardziej znaczące, gdzie farba odpryskuje i pęka wzdłuż śladu zarysowania.

nano zarysowanie krytyczne uszkodzenie całkowite uszkodzenie

SZCZEGÓŁOWE WYNIKI

* Wartości uszkodzeń w punkcie pęknięcia podłoża.

KRYTYCZNE OBCIĄŻENIA
SCRATCH USZKODZENIE WSTĘPNE [mN] USZKODZENIE CAŁKOWITE [µm]
1 14.513 4.932
2 3.895 4.838
3 3.917 4.930
ŚREDNIA 3.988 4.900
STD DEV 0.143 0.054
Mikrograf pełnego zarysowania z testu nano zarysowania (powiększenie 1000x).

RYSUNEK 2: Mikrografia pełnej rysy (powiększenie 1000x).

Mikrograf początkowego uszkodzenia z testu nano-zarysowania (powiększenie 1000x)

RYSUNEK 3: Mikrograf początkowego uszkodzenia (powiększenie 1000x).

Mikrograf całkowitego uszkodzenia z testu nano-zarysowania (powiększenie 1000x).

RYSUNEK 4: Mikrograf całkowitego uszkodzenia (powiększenie 1000x).

Liniowy test nanodrapania - siła tarcia i współczynnik tarcia

RYSUNEK 5: Siła tarcia i współczynnik tarcia.

Liniowy profil powierzchni Nano Scratch

RYSUNEK 6: Profil powierzchni.

Liniowy test nanodrapania Prawdziwa głębokość i głębokość resztkowa

RYSUNEK 7: Głębokość rzeczywista i głębokość resztkowa.

PODSUMOWANIE

NANOVEA Tester mechaniczny w Nano Scratch Tester umożliwia symulację wielu rzeczywistych uszkodzeń powłok malarskich i twardych powłok. Stosując rosnące obciążenia w kontrolowany i ściśle monitorowany sposób, urządzenie pozwala określić, przy jakim obciążeniu występują awarie. Można to następnie wykorzystać jako sposób na określenie ilościowych wartości odporności na zarysowania. Wiadomo, że testowana powłoka, bez czynników atmosferycznych, ma pierwsze pęknięcie przy około 22 mN. Przy wartościach zbliżonych do 5 mN jasne jest, że 7-letnie docieranie spowodowało degradację farby.

Kompensacja oryginalnego profilu pozwala uzyskać skorygowaną głębokość podczas zarysowania i zmierzyć głębokość resztkową po zarysowaniu. Daje to dodatkowe informacje na temat plastycznego i elastycznego zachowania powłoki pod rosnącym obciążeniem. Zarówno pęknięcia, jak i informacje o odkształceniach mogą być bardzo przydatne przy ulepszaniu twardej powłoki. Bardzo małe odchylenia standardowe pokazują również powtarzalność techniki instrumentu, co może pomóc producentom poprawić jakość ich twardej powłoki/farby i zbadać wpływ warunków atmosferycznych.

Masz podobną aplikację?

POROZMAWIAJ Z EKSPERTEM JUŻ TERAZ
SZYBKA WYCENA I SZCZEGÓŁOWE INFORMACJE

Kontrola mapowania chropowatości przy użyciu profilometrii 3D

INSPEKCJA MAPOWANIA CHROPOWATOŚCI

STOSOWANIE PROFILOMETRII 3D

Przygotowane przez

DUANJIE, PhD

WPROWADZENIE

Chropowatość i tekstura powierzchni to krytyczne czynniki wpływające na końcową jakość i wydajność produktu. Dokładne zrozumienie chropowatości, tekstury i spójności powierzchni jest niezbędne do wyboru najlepszych środków przetwarzania i kontroli. Szybka, wymierna i niezawodna kontrola powierzchni produktów na linii produkcyjnej jest niezbędna, aby na czas zidentyfikować wadliwe produkty i zoptymalizować warunki na linii produkcyjnej.

ZNACZENIE BEZDOTYKOWEGO PROFILOMETRU 3D DLA KONTROLI POWIERZCHNI NA LINII PRODUKCYJNEJ

Wady powierzchniowe wyrobów wynikają z obróbki materiałów i wytwarzania wyrobów. Inline kontrola jakości powierzchni zapewnia najściślejszą kontrolę jakości produktów końcowych. NANOVEA Bezkontaktowe profilery optyczne 3D wykorzystują technologię Chromatic Light z wyjątkową możliwością bezkontaktowego określania chropowatości próbki. Czujnik liniowy umożliwia skanowanie profilu 3D dużej powierzchni z dużą prędkością. Próg chropowatości, obliczany w czasie rzeczywistym przez oprogramowanie analityczne, służy jako szybkie i niezawodne narzędzie pozytywne/negatywne.

CEL POMIARU

W tym badaniu, NANOVEA ST400 wyposażona w szybki czujnik jest używana do kontroli powierzchni próbki Teflonu z defektem w celu zaprezentowania możliwości NANOVEA.

Profilometry bezkontaktowe zapewniają szybką i niezawodną kontrolę powierzchni na linii produkcyjnej.

NANOVEA

ST400

DOWIEDZ SIĘ WIĘCEJ

WYNIKI I DYSKUSJA

Analiza powierzchni 3D Chropowatość Próbka standardowa

Powierzchnia wzorca chropowatości została zeskanowana za pomocą urządzenia NANOVEA ST400 wyposażonego w szybki czujnik, który generuje jasną linię 192 punktów, jak pokazano na RYSUNKU 1. Te 192 punkty skanują powierzchnię próbki w tym samym czasie, co prowadzi do znacznego zwiększenia prędkości skanowania.

RYSUNEK 2 przedstawia fałszywe kolorowe widoki mapy wysokości powierzchni i mapy rozkładu chropowatości standardowej próbki chropowatości. Na RYSUNKU 2a, próbka Roughness Standard wykazuje lekko nachyloną powierzchnię, co przedstawia zróżnicowany gradient kolorów w każdym z bloków standardowej chropowatości. Na RYSUNKU 2b jednorodny rozkład chropowatości jest pokazany w różnych blokach chropowatości, których kolor reprezentuje chropowatość w blokach.

RYSUNEK 3 przedstawia przykłady map pozytywnych/negatywnych wygenerowanych przez oprogramowanie analityczne na podstawie różnych progów chropowatości. Bloki chropowatości są podświetlone na czerwono, gdy ich chropowatość powierzchni przekracza określoną wartość progową. Zapewnia to użytkownikowi narzędzie do ustawiania progu chropowatości w celu określenia jakości wykończenia powierzchni próbki.

RYSUNEK 1: Optyczny czujnik liniowy skanujący próbkę Roughness Standard

a. Mapa wysokości powierzchni:

b. Mapa chropowatości:

RYSUNEK 2: Fałszywe kolorowe widoki mapy wysokości powierzchni i mapy rozkładu chropowatości standardowej próbki chropowatości.

RYSUNEK 3: Mapa zaliczenia/niezaliczenia na podstawie progu chropowatości.

Kontrola powierzchni próbki teflonu z defektami

Mapa wysokości powierzchni, mapa rozkładu chropowatości i mapa progu chropowatości Pass/Fail powierzchni próbki Teflon są pokazane na RYSUNKU 4. Próbka Teflon ma kształt grzbietu w prawym środku próbki, jak pokazano na mapie wysokości powierzchni.

a. Mapa wysokości powierzchni:

Różne kolory w palecie na RYSUNKU 4b reprezentują wartość chropowatości na lokalnej powierzchni. Mapa chropowatości wykazuje jednorodną chropowatość w nienaruszonym obszarze próbki Teflon. Jednak defekty w postaci wgłębionego pierścienia i blizny po zużyciu są wyróżnione jasnym kolorem. Użytkownik może łatwo ustawić próg chropowatości Pass/Fail, aby zlokalizować defekty powierzchni, jak pokazano na RYS. 4c. Takie narzędzie pozwala użytkownikom monitorować na miejscu jakość powierzchni produktu na linii produkcyjnej i wykrywać wadliwe produkty na czas. Wartość chropowatości w czasie rzeczywistym jest obliczana i rejestrowana, gdy produkty przechodzą przez czujnik optyczny in-line, co może służyć jako szybkie, ale niezawodne narzędzie do kontroli jakości.

b. Mapa chropowatości:

c. Mapa progów chropowatości zaliczenia/niezaliczenia:

RYSUNEK 4: Mapa wysokości powierzchni, mapa rozkładu chropowatości i Mapa progowa chropowatości Pass/Fail powierzchni próbki Teflon.

PODSUMOWANIE

W tej aplikacji pokazaliśmy, jak bezkontaktowy profiler optyczny NANOVEA ST400 3D wyposażony w optyczny czujnik linii działa jako niezawodne narzędzie kontroli jakości w skuteczny i wydajny sposób.

Optyczny czujnik liniowy generuje jasną linię 192 punktów, które skanują powierzchnię próbki w tym samym czasie, co prowadzi do znacznego zwiększenia prędkości skanowania. Można go zainstalować na linii produkcyjnej w celu monitorowania chropowatości powierzchni produktów na miejscu. Próg chropowatości działa jako niezawodne kryterium określania jakości powierzchni produktów, pozwalając użytkownikom w porę zauważyć wadliwe produkty.

Przedstawione tutaj dane stanowią jedynie część obliczeń dostępnych w oprogramowaniu analitycznym. Profilometry NANOVEA mierzą praktycznie każdą powierzchnię w takich dziedzinach jak półprzewodniki, mikroelektronika, energia słoneczna, światłowody, motoryzacja, lotnictwo, metalurgia, obróbka skrawaniem, powłoki, farmaceutyka, biomedycyna, ochrona środowiska i wiele innych.

Masz podobną aplikację?

POROZMAWIAJ Z EKSPERTEM JUŻ TERAZ
SZYBKA WYCENA I SZCZEGÓŁOWE INFORMACJE

Twardość na zarysowania w wysokiej temperaturze przy użyciu tribometru

WYSOKA TEMPERATURA ODPORNOŚĆ NA ZARYSOWANIA

PRZY UŻYCIU TRYBOMETRU

Przygotowane przez

DUANJIE, PhD

WPROWADZENIE

Twardość mierzy odporność materiałów na odkształcenia trwałe lub plastyczne. Opracowany przez niemieckiego mineraloga Friedricha Mohsa w 1820 roku, test twardości zarysowania określa twardość materiału na zarysowania i ścieranie spowodowane tarciem o ostry przedmiot.1. Skala Mohsa jest indeksem porównawczym, a nie skalą liniową, dlatego opracowano bardziej dokładny i jakościowy pomiar twardości zarysowania, opisany w normie ASTM G171-032. Mierzy średnią szerokość rysy utworzonej przez diamentowy rysik i oblicza liczbę twardości rysy (HSP).

ZNACZENIE POMIARU TWARDOŚCI ZARYSOWANIA W WYSOKICH TEMPERATURACH

Materiały są wybierane na podstawie wymagań użytkowych. W przypadku zastosowań związanych ze znacznymi zmianami temperatury i gradientami termicznymi, kluczowe jest zbadanie właściwości mechanicznych materiałów w wysokich temperaturach, aby mieć pełną świadomość ograniczeń mechanicznych. Materiały, zwłaszcza polimery, zwykle miękną w wysokich temperaturach. Wiele uszkodzeń mechanicznych jest spowodowanych odkształceniem pełzającym i zmęczeniem termicznym zachodzącym tylko w podwyższonych temperaturach. Dlatego też, aby zapewnić właściwy dobór materiałów do zastosowań w wysokich temperaturach, konieczne jest opracowanie wiarygodnej techniki pomiaru twardości w wysokich temperaturach.

CEL POMIARU

W tym badaniu trybometr NANOVEA T50 mierzy twardość zarysowania próbki teflonu w różnych temperaturach od temperatury pokojowej do 300°C. Możliwość wykonywania pomiarów twardości zarysowania w wysokiej temperaturze sprawia, że NANOVEA Tribometr wszechstronny system do tribologicznej i mechanicznej oceny materiałów do zastosowań wysokotemperaturowych.

NANOVEA

T50

DOWIEDZ SIĘ WIĘCEJ

WARUNKI BADANIA

Tribometr NANOVEA T50 Free Weight Standard został użyty do wykonania testów twardości zarysowania próbki teflonu w temperaturach od pokojowej (RT) do 300°C. Temperatura topnienia teflonu wynosi 326,8°C. Zastosowano stożkowy trzpień diamentowy o kącie wierzchołkowym 120° i promieniu końcówki 200 µm. Próbka teflonowa została zamocowana na obrotowym stoliku z próbkami w odległości 10 mm od środka stolika. Próbkę wygrzewano w piecu i badano w temperaturach RT, 50°C, 100°C, 150°C, 200°C, 250°C i 300°C.

PARAMETRY BADANIA

pomiaru twardości zarysowania w wysokiej temperaturze

NORMALNA SIŁA 2 N
PRĘDKOŚĆ PRZESUWANIA 1 mm/s
ODLEGŁOŚĆ PRZESUWU 8mm na temp.
ATMOSFERY Air
TEMPERATURA RT, 50°C, 100°C, 150°C, 200°C, 250°C, 300°C.

WYNIKI I DYSKUSJA

Profile śladu zarysowania próbki teflonowej w różnych temperaturach pokazano na RYSUNKU 1 w celu porównania twardości zarysowania w różnych podwyższonych temperaturach. Spiętrzenie materiału na krawędziach ścieżki zarysowania tworzy się, gdy trzpień porusza się ze stałym obciążeniem 2 N i zagłębia się w próbkę teflonową, wypychając i deformując materiał w ścieżce zarysowania na boki.

Ślady zarysowań były badane pod mikroskopem optycznym, jak pokazano na RYSUNKU 2. Zmierzone szerokości śladów zarysowania i obliczone liczby twardości zarysowania (HSP) są podsumowane i porównane na RYSUNKU 3. Szerokość śladu zarysowania zmierzona przez mikroskop jest zgodna z tą zmierzoną przy użyciu NANOVEA Profiler - próbka teflonowa wykazuje większą szerokość zarysowania w wyższych temperaturach. Szerokość śladu zarysowania wzrasta z 281 do 539 µm w miarę wzrostu temperatury z RT do 300oC, co skutkuje zmniejszeniem HSP z 65 do 18 MPa.

Twardość zarysowania w podwyższonej temperaturze może być mierzona z wysoką precyzją i powtarzalnością przy użyciu Tribometru NANOVEA T50. Stanowi to alternatywne rozwiązanie w stosunku do innych pomiarów twardości i czyni Tribometry NANOVEA bardziej kompletnym systemem do kompleksowej oceny tribo-mechanicznej w wysokich temperaturach.

RYSUNEK 1: Profile śladów zarysowania po badaniach twardości zarysowania w różnych temperaturach.

RYSUNEK 2: Ślady zarysowań pod mikroskopem po pomiarach w różnych temperaturach.

RYSUNEK 3: Ewolucja szerokości śladu zarysowania i twardości zarysowania w zależności od temperatury.

PODSUMOWANIE

W niniejszej pracy zaprezentowano sposób pomiaru twardości zarysowania przez trybometr NANOVEA w podwyższonej temperaturze zgodnie z normą ASTM G171-03. Badanie twardości zarysowania przy stałym obciążeniu stanowi alternatywne, proste rozwiązanie umożliwiające porównanie twardości materiałów przy użyciu tribometru. Możliwość wykonania pomiarów twardości zarysowania w podwyższonej temperaturze czyni Tribometr NANOVEA idealnym narzędziem do oceny właściwości tribo-mechanicznych materiałów w wysokiej temperaturze.

Tribometr NANOVEA oferuje również 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 wysokich temperaturach, smarowania i tribo-korozji dostępnymi w jednym, wstępnie zintegrowanym systemie. Opcjonalny profiler bezdotykowy 3D jest dostępny do wysokorozdzielczego obrazowania 3D śladów zużycia, jako dodatek do innych pomiarów powierzchni, takich jak chropowatość.

1 Wredenberg, Fredrik; PL Larsson (2009). "Badanie zarysowania metali i polimerów: Experiments and numerics". Wear 266 (1-2): 76
2 ASTM G171-03 (2009), "Standardowa metoda badania twardości materiałów na zarysowania przy użyciu diamentowego rysika".

Masz podobną aplikację?

POROZMAWIAJ Z EKSPERTEM JUŻ TERAZ
SZYBKA WYCENA I SZCZEGÓŁOWE INFORMACJE

Copyright © 2026 Nanovea. Wszelkie prawa zastrzeżone.