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: Testowanie zarysowań | Uszkodzenie spójności

 

Test zużycia powłoki PTFE

BADANIE ZUŻYCIA POWŁOKI PTFE

Z WYKORZYSTANIEM TRIBOMETRA I TESTERA MECHANICZNEGO

Przygotowane przez

DUANJIE LI, PhD

WPROWADZENIE

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

ZNACZENIE ILOŚCIOWEJ OCENY POWŁOK PTFE

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

CEL POMIARU

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

NANOVEA T50

Kompaktowy trybometr z wolnym ciężarem

DOWIEDZ SIĘ WIĘCEJ

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

NANOVEA PB1000

Tester mechaniczny dużej platformy

DOWIEDZ SIĘ WIĘCEJ

PROCEDURA TESTOWA

TEST ZUŻYCIA

LINIOWE ZUŻYCIE TAŁKOWE Z WYKORZYSTANIEM TRYBOMETRU

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

 

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

PARAMETRY BADANIA ZUŻYCIA

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

PROCEDURA TESTOWA

TEST NA ZADRAŻNIENIA

BADANIE PRZYCZEPNOŚCI MIKRO ZARYSOWAŃ Z WYKORZYSTANIEM TESTERA MECHANICZNEGO

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

 

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

PARAMETRY BADANIA ZARYSOWANIA

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

WYNIKI I DYSKUSJA

LINIOWE ZUŻYCIE TAŁKOWE Z WYKORZYSTANIEM TRYBOMETRU

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

Konfiguracja testu zużycia powłoki PTFE na trybometrze NANOVEA T50.

RYSUNEK 1: Ewolucja COF podczas testu zużycia powłoki PTFE.

RYSUNEK 2: Ekstrakcja profilu śladu zużycia PTFE.

PTFE Przed przełomem

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

PTFE Po przebiciu

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

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

WYNIKI I DYSKUSJA

BADANIE PRZYCZEPNOŚCI MIKRO ZARYSOWAŃ Z WYKORZYSTANIEM TESTERA MECHANICZNEGO

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

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

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

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

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

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

PODSUMOWANIE

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

 

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

 

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

TERAZ POROZMAWIAJMY O TWOJEJ APLIKACJI

LIVE CHAT

Nano Scratch & Mar Testowanie farby na metalowym podłożu

Nano Scratch & Mar Testing

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.

TERAZ POROZMAWIAJMY O TWOJEJ APLIKACJI

LIVE CHAT

Ocena zarysowania i zużycia powłok przemysłowych

POWŁOKA PRZEMYSŁOWA

OCENA ZARYSOWANIA I ZUŻYCIA PRZY UŻYCIU TRYBOMETRU

Przygotowane przez

DUANJIE LI, PhD & ANDREA HERRMANN

WPROWADZENIE

Farba akrylowa uretanowa jest rodzajem szybkoschnącej powłoki ochronnej szeroko stosowanej w różnych zastosowaniach przemysłowych, takich jak farba podłogowa, farba samochodowa i inne. Stosowana jako farba podłogowa może służyć w miejscach o dużym natężeniu ruchu pieszych i gumowych kółek, takich jak chodniki, krawężniki i parkingi.

ZNACZENIE BADANIA ZARYSOWANIA I ZUŻYCIA DLA KONTROLI JAKOŚCI

Tradycyjnie, zgodnie z normą ASTM D4060, do oceny odporności na ścieranie akrylowo-uretanowych farb podłogowych przeprowadzane są próby ścierania Tabera. Jednakże, jak wspomniano w normie, "W przypadku niektórych materiałów, próby ścierania z użyciem ściernicy Tabera mogą podlegać zmianom wynikającym ze zmian właściwości ściernych ściernicy podczas badania "1 . Ponadto, w testach ścieralności Tabera, odporność na ścieranie jest obliczana jako utrata wagi przy określonej liczbie cykli ścierania. Jednak akrylowe uretanowe farby podłogowe mają zalecaną grubość suchej powłoki 37,5-50 μm2.

Agresywny proces ścierania przez Taber Abraser może szybko zużyć powłokę akrylowo-uretanową i spowodować utratę masy do podłoża, co prowadzi do znacznych błędów w obliczeniach utraty masy farby. Implant cząstek ściernych w farbie podczas testu ścierania również przyczynia się do błędów. Dlatego dobrze kontrolowany, wymierny i wiarygodny pomiar ma kluczowe znaczenie dla zapewnienia powtarzalnej oceny zużycia farby. Ponadto test zdrapki umożliwia użytkownikom wykrywanie przedwczesnych uszkodzeń kleju/kleju w rzeczywistych zastosowaniach.

CEL POMIARU

W tym badaniu pokazujemy, że NANOVEA Tribometry oraz Testery mechaniczne są idealne do oceny i kontroli jakości powłok przemysłowych.

Proces zużycia akrylowych uretanowych farb podłogowych z różnymi warstwami wierzchnimi jest symulowany w sposób kontrolowany i monitorowany przy użyciu Tribometru NANOVEA. Testy mikro zarysowań są stosowane do pomiaru obciążenia wymaganego do spowodowania uszkodzenia spoistości lub przyczepności farby.

Kompaktowy Tribometr Pneumatyczny T100
NANOVEA T100

Kompaktowy Tribometr Pneumatyczny

DOWIEDZ SIĘ WIĘCEJ

NANOVEA PB1000

Tester mechaniczny z dużą platformą

DOWIEDZ SIĘ WIĘCEJ

PROCEDURA TESTOWA

W niniejszym badaniu oceniono cztery dostępne na rynku akrylowe powłoki podłogowe na bazie wody, które mają ten sam podkład (basecoat) i różne powłoki wierzchnie o tej samej formule z niewielką zmianą w mieszankach dodatków w celu zwiększenia trwałości. Te cztery powłoki są oznaczone jako Próbki A, B, C i D.

TEST ZUŻYCIA

Trybometr NANOVEA został zastosowany do oceny zachowania tribologicznego, np. współczynnika tarcia, COF i odporności na zużycie. Na badane farby nałożono końcówkę kulistą SS440 (średnica 6 mm, klasa 100). COF rejestrowano na miejscu. 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 toru zużycia, n jest liczbą obrotów. W badaniu NANOVEA oceniono chropowatość powierzchni i profile śladów zużycia Profilometr optyczny, a morfologię śladów zużycia zbadano za pomocą mikroskopu optycznego.

PARAMETRY BADANIA ZUŻYCIA

NORMALNA SIŁA

20 N

PRĘDKOŚĆ

15 m/min

CZAS TRWANIA BADANIA

100, 150, 300 i 800 cykli

TEST NA ZADRAŻNIENIA

Za pomocą testera mechanicznego NANOVEA wyposażonego w trzpień diamentowy Rockwell C (promień 200 μm) przeprowadzono testy zarysowania próbek farby przy obciążeniu progresywnym z wykorzystaniem trybu Micro Scratch Tester. Zastosowano dwa obciążenia końcowe: 5 N obciążenie końcowe do badania delaminacji farby od podkładu oraz 35 N do badania delaminacji podkładu od podłoży metalowych. W celu zapewnienia powtarzalności wyników, na każdej próbce powtórzono trzy próby w tych samych warunkach badawczych.

Panoramiczne obrazy całych długości zarysowań były generowane automatycznie, a ich krytyczne miejsca uszkodzenia były skorelowane z zastosowanymi obciążeniami przez oprogramowanie systemu. Ta funkcja oprogramowania ułatwia użytkownikom przeprowadzenie analizy na śladach zarysowań w dowolnym momencie, zamiast konieczności określania obciążenia krytycznego pod mikroskopem bezpośrednio po przeprowadzeniu testów zarysowania.

PARAMETRY BADANIA ZARYSOWANIA

TYP OBCIĄŻENIAPostępowe
OBCIĄŻENIE POCZĄTKOWE0,01 mN
OBCIĄŻENIE KOŃCOWE5 N / 35 N
PRĘDKOŚĆ ZAŁADUNKU10 / 70 N/min
DŁUGOŚĆ SKRATKI3 mm
PRĘDKOŚĆ SKRATOWANIA, dx/dt6,0 mm/min
GEOMETRIA WGŁĘBNIKAStożek 120º
MATERIAŁ DO INDENTERÓW (końcówka)Diament
PROMIEŃ KOŃCÓWKI WGŁĘBNIKA200 μm

WYNIKI BADAŃ ZUŻYCIA

Na każdej próbce przeprowadzono cztery testy zużycia pin-on-disk przy różnej liczbie obrotów (100, 150, 300 i 800 cykli) w celu monitorowania ewolucji zużycia. Morfologia powierzchni próbek została zmierzona za pomocą urządzenia NANOVEA 3D Non-Contact Profiler w celu określenia chropowatości powierzchni przed przeprowadzeniem testów zużycia. Wszystkie próbki miały porównywalną chropowatość powierzchni około 1 μm, jak pokazano na RYS. 1. COF był rejestrowany in situ podczas testów zużycia, jak pokazano na RYSUNKU 2. RYSUNEK 4 przedstawia ewolucję śladów zużycia po 100, 150, 300 i 800 cyklach, a RYSUNEK 3 podsumował średnią szybkość zużycia różnych próbek na różnych etapach procesu zużycia.

 

W porównaniu z wartością COF wynoszącą ~0,07 dla pozostałych trzech próbek, próbka A wykazuje znacznie wyższy współczynnik COF wynoszący ~0,15 na początku, który stopniowo wzrasta i staje się stabilny na poziomie ~0,3 po 300 cyklach zużycia. Tak wysoki COF przyspiesza proces zużycia i powoduje powstanie znacznej ilości odłamków lakieru, jak pokazano na RYS. 4 - warstwa wierzchnia próbki A zaczęła być usuwana w ciągu pierwszych 100 obrotów. Jak pokazano na RYSUNKU 3, próbka A wykazuje najwyższy wskaźnik zużycia ~5 μm2/N w pierwszych 300 cyklach, który nieznacznie spada do ~3,5 μm2/N ze względu na lepszą odporność na zużycie metalowego podłoża. Warstwa wierzchnia próbki C zaczyna się psuć po 150 cyklach zużycia, jak pokazano na RYSUNKU 4, na co wskazuje również wzrost COF na RYSUNKU 2.

 

Dla porównania, próbka B i próbka D wykazują ulepszone właściwości tribologiczne. Próbka B utrzymuje niski współczynnik COF przez cały czas trwania testu - współczynnik COF nieznacznie wzrasta z ~0,05 do ~0,1. Taki efekt smarowania znacznie zwiększa jej odporność na zużycie - po 800 cyklach zużycia warstwa wierzchnia nadal zapewnia doskonałą ochronę podkładu znajdującego się pod nią. Najniższy średni współczynnik zużycia wynoszący tylko ~0,77 μm2/N został zmierzony dla próbki B po 800 cyklach. Warstwa wierzchnia próbki D zaczyna się rozwarstwiać po 375 cyklach, co odzwierciedla gwałtowny wzrost COF na RYS. 2. Średnia szybkość zużycia próbki D wynosi ~1,1 μm2/N przy 800 cyklach.

 

W porównaniu do konwencjonalnych pomiarów ścieralności Tabera, Tribometr NANOVEA zapewnia dobrze kontrolowane, kwantyfikowalne i wiarygodne oceny zużycia, które zapewniają powtarzalną ocenę i kontrolę jakości komercyjnych farb podłogowych/automatycznych. Co więcej, zdolność do pomiarów in situ COF pozwala użytkownikom skorelować różne etapy procesu zużycia z ewolucją COF, co jest krytyczne dla poprawy fundamentalnego zrozumienia mechanizmu zużycia i charakterystyki trybologicznej różnych powłok lakierniczych.

RYSUNEK 1: Morfologia 3D i chropowatość próbek farby.

RYSUNEK 2: COF podczas testów pin-on-disk.

RYSUNEK 3: Ewolucja szybkości zużycia różnych farb.

RYSUNEK 4: Ewolucja śladów zużycia podczas testów pin-on-disk.

WYNIKI TESTU ZARYSOWANIA

RYSUNEK 5 przedstawia wykres siły normalnej, siły tarcia i głębokości rzeczywistej w funkcji długości zarysowania dla próbki A jako przykładu. Opcjonalny moduł emisji akustycznej może być zainstalowany, aby zapewnić więcej informacji. W miarę liniowego wzrostu obciążenia normalnego, końcówka wgłębnika stopniowo zagłębia się w badaną próbkę, co odzwierciedla stopniowy wzrost głębokości rzeczywistej. Zmiana nachylenia krzywych siły tarcia i głębokości rzeczywistej może być wykorzystana jako jedna z przesłanek świadczących o tym, że zaczynają się pojawiać uszkodzenia powłoki.

RYSUNEK 5: Siła normalna, siła tarcia i głębokość rzeczywista jako funkcja długości zarysowania dla próby zarysowania próbki A przy maksymalnym obciążeniu 5 N.

RYSUNEK 6 i RYSUNEK 7 pokazują pełne zarysowania wszystkich czterech badanych próbek farby przy maksymalnym obciążeniu odpowiednio 5 N i 35 N. Próbka D wymagała większego obciążenia 50 N do rozwarstwienia podkładu. Testy zarysowania przy obciążeniu końcowym 5 N (RYSUNEK 6) oceniają uszkodzenie kohezyjne/adhezyjne farby nawierzchniowej, natomiast testy przy obciążeniu 35 N (RYSUNEK 7) oceniają delaminację podkładu. Strzałki na mikrografach wskazują punkt, w którym powłoka wierzchnia lub podkład zaczynają się całkowicie odrywać od podkładu lub podłoża. Obciążenie w tym punkcie, tzw. obciążenie krytyczne, Lc, służy do porównania właściwości kohezyjnych lub adhezyjnych farby, co zestawiono w tabeli 1.

 

Widać, że próbka farby D ma najlepszą przyczepność międzyfazową - wykazując najwyższe wartości Lc 4,04 N przy rozwarstwieniu farby i 36,61 N przy rozwarstwieniu podkładu. Próbka B wykazuje drugą najlepszą odporność na zarysowania. Z analizy zarysowań wynika, że optymalizacja formuły farby jest krytyczna dla zachowania mechanicznego, a dokładniej odporności na zarysowania i właściwości adhezyjnych akrylowych farb podłogowych.

Tabela 1: Podsumowanie obciążeń krytycznych.

RYSUNEK 6: Mikrografy pełnej rysy przy maksymalnym obciążeniu 5 N.

RYSUNEK 7: Mikrografy pełnej rysy przy maksymalnym obciążeniu 35 N.

PODSUMOWANIE

W porównaniu z konwencjonalnymi pomiarami ścieralności Tabera, Tester Mechaniczny NANOVEA oraz Tribometr są doskonałymi narzędziami do oceny i kontroli jakości komercyjnych powłok podłogowych i samochodowych. Tester mechaniczny NANOVEA w trybie zarysowania może wykryć problemy z przyczepnością/spójnością w systemie powłokowym. Tribometr NANOVEA zapewnia dobrze kontrolowaną, kwantyfikowalną i powtarzalną analizę tribologiczną odporności na ścieranie i współczynnika tarcia farb.

 

Na podstawie kompleksowej analizy tribologicznej i mechanicznej wodorozcieńczalnych akrylowych powłok podłogowych testowanych w tym badaniu, wykazaliśmy, że próbka B posiada najniższy współczynnik COF i wskaźnik zużycia oraz drugą najlepszą odporność na zarysowania, podczas gdy próbka D wykazuje najlepszą odporność na zarysowania i drugą najlepszą odporność na zużycie. Ocena ta pozwala nam ocenić i wybrać najlepszego kandydata, który będzie odpowiadał potrzebom w różnych środowiskach zastosowania.

 

Moduły Nano i Micro testera mechanicznego NANOVEA zawierają tryby testowania wgniecenia, zarysowania i zużycia zgodne z normami ISO i ASTM, zapewniając najszerszy zakres badań dostępnych do oceny farby w jednym module. 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. Niezrównana oferta NANOVEA jest idealnym rozwiązaniem do wyznaczania pełnego zakresu właściwości mechanicznych/tribologicznych cienkich lub grubych, miękkich lub twardych powłok, filmów i podłoży, w tym twardości, modułu Younga, odporności na pękanie, przyczepności, odporności na zużycie i wielu innych. Opcjonalnie dostępne są bezkontaktowe profilery optyczne NANOVEA do obrazowania w wysokiej rozdzielczości 3D rys i śladów zużycia, jako uzupełnienie innych pomiarów powierzchni, takich jak chropowatość.

TERAZ POROZMAWIAJMY O TWOJEJ APLIKACJI

LIVE CHAT

Test na zarysowanie powłoki z azotku tytanu

BADANIE ZARYSOWANIA POWŁOKI Z AZOTKU TYTANU

INSPEKCJA KONTROLI JAKOŚCI

Przygotowane przez

DUANJIE LI, PhD

WPROWADZENIE

Połączenie wysokiej twardości, doskonałej odporności na zużycie, odporności na korozję i obojętności sprawia, że azotek tytanu (TiN) jest idealną powłoką ochronną dla elementów metalowych w różnych branżach. Na przykład, zachowanie krawędzi i odporność na korozję powłoki TiN może znacznie zwiększyć wydajność pracy i wydłużyć żywotność narzędzi maszynowych, takich jak żyletki, noże do metalu, formy wtryskowe i piły. Jego wysoka twardość, obojętność i nietoksyczność sprawiają, że TiN jest doskonałym kandydatem do zastosowań w urządzeniach medycznych, w tym implantach i instrumentach chirurgicznych.

WAŻNOŚĆ TESTOWANIA POWŁOKI TiN POD KĄTEM ZADRAśNIENIA

Naprężenia szczątkowe w ochronnych powłokach PVD/CVD odgrywają krytyczną rolę w wydajności i mechanicznej integralności powlekanego elementu. Naprężenia szczątkowe pochodzą z kilku głównych źródeł, w tym naprężeń wzrostowych, gradientów termicznych, ograniczeń geometrycznych i naprężeń eksploatacyjnych¹. Niedopasowanie rozszerzalności cieplnej pomiędzy powłoką a podłożem powstałe podczas osadzania powłoki w podwyższonej temperaturze prowadzi do dużych termicznych naprężeń resztkowych. Ponadto, narzędzia z powłoką TiN są często używane w warunkach bardzo dużych naprężeń skupionych, np. wiertła i łożyska. Krytyczne znaczenie ma opracowanie niezawodnego procesu kontroli jakości w celu ilościowej kontroli wytrzymałości kohezyjnej i adhezyjnej ochronnych powłok funkcjonalnych.

[1] V. Teixeira, Vacuum 64 (2002) 393-399.

CEL POMIARU

W tym badaniu wykazaliśmy, że NANOVEA Testery mechaniczne w trybie zarysowania idealnie nadają się do oceny wytrzymałości kohezyjnej/adhezyjnej powłok ochronnych TiN w sposób kontrolowany i ilościowy.

NANOVEA

PB1000

DOWIEDZ SIĘ WIĘCEJ
Nanoindenter i tester zarysowań Nanovea PB1000

WARUNKI BADANIA

Do wykonania powłoki wykorzystano tester mechaniczny NANOVEA PB1000. testy zarysowań na trzech powłokach TiN przy użyciu tych samych parametrów testowych, jak podsumowano poniżej:

TRYB ŁADOWANIA: Progresywny liniowy

OBCIĄŻENIE POCZĄTKOWE

0.02 N

OBCIĄŻENIE KOŃCOWE

10 N

PRĘDKOŚĆ ZAŁADUNKU

20 N/min

DŁUGOŚĆ SKRATKI

5 mm

TYP INDENTER

Sphero-Conical

Diament, promień 20 μm

WYNIKI I DYSKUSJA

RYSUNEK 1 przedstawia zarejestrowaną ewolucję głębokości penetracji, współczynnika tarcia (COF) oraz emisji akustycznej podczas badania. Pełne ślady mikro zarysowań na próbkach TiN pokazano na RYSUNKU 2. Zachowanie się powłoki przy różnych obciążeniach krytycznych pokazano na RYSUNKU 3, gdzie obciążenie krytyczne Lc1 jest zdefiniowane jako obciążenie, przy którym pojawia się pierwszy ślad pęknięcia kohezyjnego w śladzie zarysowania, Lc2 jest obciążeniem, po którym następują powtarzające się uszkodzenia spallacyjne, a Lc3 jest obciążeniem, przy którym powłoka zostaje całkowicie usunięta z podłoża. Wartości obciążenia krytycznego (Lc) dla powłok TiN zestawiono na RYS. 4.

Ewolucja głębokości penetracji, COF i emisji akustycznej zapewnia wgląd w mechanizm zniszczenia powłoki na różnych etapach, które w tym badaniu reprezentowane są przez obciążenia krytyczne. Można zauważyć, że próbka A i próbka B wykazują porównywalne zachowanie podczas testu zarysowania. Trzpień stopniowo zagłębia się w próbkę na głębokość ~0,06 mm, a COF stopniowo wzrasta do ~0,3 w miarę liniowego wzrostu obciążenia normalnego na początku próby zarysowania powłoki. Po osiągnięciu Lc1 wynoszącego ~3,3 N pojawiają się pierwsze oznaki awarii odpryskowej. Jest to również odzwierciedlone w pierwszych dużych skokach na wykresie głębokości penetracji, COF i emisji akustycznej. Wraz ze wzrostem obciążenia do wartości Lc2 równej ~3,8 N następują dalsze fluktuacje głębokości penetracji, COF i emisji akustycznej. Można zaobserwować ciągłe uszkodzenia odpryskowe obecne po obu stronach ścieżki zarysowania. Przy Lc3, powłoka całkowicie rozwarstwia się od metalowego podłoża pod wpływem dużego nacisku wywieranego przez trzpień, pozostawiając podłoże odsłonięte i niechronione.

Dla porównania, próbka C wykazuje niższe obciążenia krytyczne na różnych etapach badania zarysowania powłoki, co jest również odzwierciedlone w ewolucji głębokości penetracji, współczynnika tarcia (COF) i emisji akustycznej podczas badania zarysowania powłoki. Próbka C posiada międzywarstwę adhezyjną o niższej twardości i wyższym naprężeniu na styku górnej powłoki TiN i metalowego podłoża w porównaniu z próbką A i próbką B.

Badanie to pokazuje, jak ważne jest właściwe podparcie podłoża i architektura powłoki dla jakości systemu powłokowego. Mocniejsza międzywarstwa może lepiej opierać się deformacji pod wpływem dużego obciążenia zewnętrznego i naprężeń koncentracyjnych, a tym samym zwiększać wytrzymałość kohezyjną i adhezyjną systemu powłoka/podłoże.

RYSUNEK 1: Ewolucja głębokości penetracji, COF i emisji akustycznej próbek TiN.

RYSUNEK 2: Pełny ślad zarysowania powłok TiN po testach.

RYSUNEK 3: Uszkodzenia powłok TiN przy różnych obciążeniach krytycznych, Lc.

RYSUNEK 4: Zestawienie wartości obciążenia krytycznego (Lc) dla powłok TiN.

PODSUMOWANIE

W tym badaniu pokazaliśmy, że NANOVEA PB1000 Mechanical Tester wykonuje wiarygodne i dokładne testy zarysowania na próbkach pokrytych TiN w sposób kontrolowany i ściśle monitorowany. Pomiary zarysowań pozwalają użytkownikom szybko zidentyfikować krytyczne obciążenie, przy którym występują typowe uszkodzenia powłok kohezyjnych i adhezyjnych. Nasze urządzenia są doskonałymi narzędziami kontroli jakości, które mogą ilościowo zbadać i porównać wewnętrzną jakość powłoki i integralność międzyfazową systemu powłoka/podłoże. Powłoka z odpowiednią warstwą pośrednią może wytrzymać duże odkształcenia pod wpływem dużego obciążenia zewnętrznego i naprężeń koncentracyjnych, a także zwiększyć wytrzymałość kohezyjną i adhezyjną systemu powłoka/podłoże.

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

TERAZ POROZMAWIAJMY O TWOJEJ APLIKACJI

LIVE CHAT

Właściwości adhezyjne powłoki złotej na podłożu kryształu kwarcowego

Właściwości adhezyjne powłoki złotej

na podłożu kryształu kwarcowego

Przygotowane przez

DUANJIE LI, dr

WPROWADZENIE

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

ZNACZENIE TESTU ZDRAPKI DLA QCM

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

CEL POMIARU

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

NANOVEA

PB1000

Nanoindenter i tester zarysowań Nanovea PB1000
WARUNKI BADANIA

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

TYP LOAD: Postępowe

OBCIĄŻENIE POCZĄTKOWE

0.01 N

OBCIĄŻENIE KOŃCOWE

30 N

ATMOSFERY: Powietrze 24°C

PRĘDKOŚĆ PRZESUWANIA

2 mm/min

ODLEGŁOŚĆ PRZESUWU

2 mm

WYNIKI I DYSKUSJA

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

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

RYSUNEK 1: Pełny ślad mikro zarysowań na próbce QCM.

RYSUNEK 2: Ścieżka mikro zarysowań przy różnych obciążeniach krytycznych.

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

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

PODSUMOWANIE

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

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

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

TERAZ POROZMAWIAJMY O TWOJEJ APLIKACJI

LIVE CHAT

Ocena zużycia i zarysowania drutu miedzianego poddanego obróbce powierzchniowej

Znaczenie oceny zużycia i zarysowania drutu miedzianego

Miedź ma długą historię stosowania w okablowaniu elektrycznym od czasu wynalezienia elektromagnesu i telegrafu. Przewody miedziane są stosowane w szerokiej gamie urządzeń elektronicznych, takich jak panele, mierniki, komputery, maszyny biznesowe i urządzenia, dzięki ich odporności na korozję, możliwości lutowania i wydajności w podwyższonych temperaturach do 150°C. Około połowa wydobywanej miedzi jest wykorzystywana do produkcji przewodów i kabli elektrycznych.

Jakość powierzchni drutu miedzianego ma kluczowe znaczenie dla wydajności i żywotności aplikacji. Mikro defekty w drutach mogą prowadzić do nadmiernego zużycia, inicjacji i propagacji pęknięć, zmniejszenia przewodności i nieodpowiedniej lutowności. Właściwa obróbka powierzchni drutów miedzianych usuwa defekty powierzchniowe powstałe podczas ciągnienia drutu, poprawiając odporność na korozję, zarysowania i zużycie. Wiele zastosowań lotniczych z drutami miedzianymi wymaga kontrolowanego zachowania, aby zapobiec nieoczekiwanym awariom sprzętu. Wymierne i wiarygodne pomiary są potrzebne do prawidłowej oceny odporności na zużycie i zarysowania powierzchni drutu miedzianego.

 
 

 

Cel pomiaru

W tej aplikacji symulujemy kontrolowany proces zużycia różnych obróbek powierzchni drutu miedzianego. Testowanie zarysowań mierzy obciążenie wymagane do spowodowania zniszczenia obrabianej warstwy powierzchniowej. W tym badaniu zaprezentowano Nanoveę Tribometr oraz Tester mechaniczny jako idealne narzędzia do oceny i kontroli jakości przewodów elektrycznych.

 

 

Procedura badania i procedury

Współczynnik tarcia (COF) i odporność na zużycie dwóch różnych obróbek powierzchni drutów miedzianych (drut A i drut B) oceniano za pomocą trybometru Nanovea przy użyciu liniowego modułu zużycia posuwisto-zwrotnego. Materiałem przeciwstawnym stosowanym w tym zastosowaniu jest kulka Al₂O₃ (o średnicy 6 mm). Ślad zużycia zbadano za pomocą urządzenia Nanovea Bezkontaktowy profilometr 3D. Parametry testu podsumowano w Tabeli 1.

Gładka kulka Al₂O₃ jako materiał przeciwny została użyta jako przykład w tym badaniu. Każdy materiał lity o innym kształcie i wykończeniu powierzchni może być zastosowany przy użyciu niestandardowego oprzyrządowania, aby zasymulować rzeczywistą sytuację zastosowania.

 

 

Tester mechaniczny firmy Nanovea wyposażony w trzpień diamentowy Rockwell C (promień 100 μm) wykonał testy zarysowania drutów powlekanych pod obciążeniem progresywnym z wykorzystaniem trybu mikro zarysowania. Parametry testu zarysowania oraz geometrię końcówki przedstawiono w tabeli 2.
 

 

 

 

Wyniki i dyskusja

Zużycie drutu miedzianego:

Rysunek 2 przedstawia ewolucję COF drutów miedzianych podczas testów zużycia. Drut A wykazuje stabilny COF na poziomie ~0,4 podczas całej próby zużycia, natomiast drut B wykazuje COF na poziomie ~0,35 w pierwszych 100 obrotach i stopniowo wzrasta do ~0,4.

 

Rysunek 3 porównuje ślady zużycia drutów miedzianych po testach. Bezkontaktowy profilometr 3D firmy Nanovea oferował doskonałą analizę szczegółowej morfologii śladów zużycia. Pozwala on na bezpośrednie i dokładne określenie objętości śladów zużycia, zapewniając fundamentalne zrozumienie mechanizmu zużycia. Powierzchnia drutu B ma znaczące uszkodzenia po 600 obrotach w teście zużycia. Widok profilometru 3D pokazuje, że warstwa obrabiana powierzchniowo drutu B została całkowicie usunięta, co znacznie przyspieszyło proces zużycia. Pozostawił to spłaszczoną ścieżkę zużycia na drucie B, gdzie odsłonięty jest miedziany substrat. Może to skutkować znacznym skróceniem żywotności urządzeń elektrycznych, w których drut B jest używany. Dla porównania, drut A wykazuje stosunkowo łagodne zużycie, na co wskazuje płytka ścieżka zużycia na powierzchni. Warstwa poddana obróbce powierzchniowej na drucie A nie została usunięta tak jak warstwa na drucie B w tych samych warunkach.

Odporność na zarysowania powierzchni drutu miedzianego:

Na rysunku 4 przedstawiono ślady zarysowań na przewodach po badaniach. Warstwa ochronna drutu A wykazuje bardzo dobrą odporność na zarysowania. Rozwarstwia się przy obciążeniu ~12,6 N. Dla porównania, warstwa ochronna drutu B uległa zniszczeniu przy obciążeniu ~1,0 N. Tak znacząca różnica w odporności na zarysowania dla tych drutów przyczynia się do ich odporności na zużycie, gdzie drut A posiada znacznie większą odporność na zużycie. Ewolucja siły normalnej, COF i głębokości podczas testów zarysowania pokazana na Rys. 5 dostarcza więcej informacji na temat uszkodzenia powłoki podczas testów.

Wniosek

W tym kontrolowanym badaniu zaprezentowaliśmy trybometr Nanovea przeprowadzający ilościową ocenę odporności na zużycie drutów miedzianych poddanych obróbce powierzchniowej oraz tester mechaniczny Nanovea zapewniający wiarygodną ocenę odporności drutów miedzianych na zarysowania. Obróbka powierzchni drutu odgrywa kluczową rolę we właściwościach tribo-mechanicznych w całym okresie eksploatacji. Odpowiednia obróbka powierzchni drutu A znacznie zwiększyła odporność na zużycie i zarysowania, co ma kluczowe znaczenie dla wydajności i żywotności przewodów elektrycznych w trudnych warunkach.

Trybometr Nanovea oferuje precyzyjne i powtarzalne testy zużycia i tarcia przy użyciu trybów obrotowych i liniowych zgodnych z normami ISO i ASTM, z opcjonalnymi modułami zużycia w wysokich temperaturach, smarowania i tribokorozji dostępnymi w jednym wstępnie zintegrowanym systemie. Niezrównana gama urządzeń Nanovea jest idealnym rozwiązaniem do określania pełnego zakresu właściwości trybologicznych cienkich lub grubych, miękkich lub twardych powłok, folii i podłoży.

TERAZ POROZMAWIAJMY O TWOJEJ APLIKACJI

LIVE CHAT

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.

Kliknij tutaj, aby przeczytać!

Odporność na zarysowania ekranów telefonów komórkowych

Odporność na zarysowania ekranów telefonów komórkowych

Dowiedz się więcej
 

Znaczenie testowania ochraniaczy ekranu

Choć ekrany telefonów są zaprojektowane tak, aby były odporne na stłuczenia i zarysowania, to jednak są podatne na uszkodzenia. Codzienne użytkowanie telefonu powoduje ich zużycie, np. gromadzenie się rys i pęknięć. Ponieważ naprawa tych ekranów może być kosztowna, ochraniacze ekranu są niedrogim elementem zapobiegającym uszkodzeniom, powszechnie kupowanym i używanym w celu zwiększenia trwałości ekranu.


Używając modułu makro Nanovea PB1000 Mechanical Tester w połączeniu z czujnikiem emisji akustycznej (AE), możemy wyraźnie zidentyfikować krytyczne obciążenia, przy których ochraniacze ekranu wykazują uszkodzenie z powodu zarysowania1 test, aby stworzyć badanie porównawcze pomiędzy dwoma typami ochraniaczy ekranu.


Dwa popularne rodzaje materiałów na ochraniacze ekranu to TPU (termoplastyczny poliuretan) i szkło hartowane. Z tych dwóch, szkło hartowane jest uważane za najlepsze, ponieważ zapewnia lepszą ochronę przed uderzeniami i zarysowaniami. Jest ono jednak również najdroższe. TPU ochraniacze ekranu z drugiej strony, są mniej kosztowne i popularny wybór dla konsumentów, którzy wolą plastikowe ochraniacze ekranu. Ponieważ ochraniacze ekranu są zaprojektowane tak, aby absorbować zarysowania i uderzenia i są zwykle wykonane z materiałów o właściwościach kruchych, kontrolowana próba zarysowania połączona z wykrywaniem AE w warunkach in-situ jest optymalną konfiguracją badań do określenia obciążeń, przy których występują uszkodzenia kohezyjne (np. pęknięcia, odpryski i złamania) i/lub uszkodzenia kleju (np. rozwarstwienia i odpryski).



Cel pomiaru

W tym badaniu przeprowadzono trzy testy zarysowania na dwóch różnych komercyjnych ochraniaczach ekranu przy użyciu modułu makro Nanovea PB1000 Mechanical Tester. Używając czujnika emisji akustycznej i mikroskopu optycznego, zidentyfikowano krytyczne obciążenia, przy których każdy z ochraniaczy ekranu wykazywał uszkodzenia.




Procedura badania i procedury

Tester mechaniczny Nanovea PB1000 został użyty do badania dwóch ochraniaczy ekranu nałożonych na ekran telefonu i zaciśniętych na stole z czujnikiem tarcia. Parametry testu dla wszystkich zarysowań zestawiono w tabeli 1 poniżej.




Wyniki i dyskusja

Ponieważ ochraniacze ekranu były wykonane z innego materiału, każdy z nich wykazywał różne rodzaje awarii. Tylko jedno krytyczne uszkodzenie zostało zaobserwowane dla ochraniacza ekranu TPU, podczas gdy ochraniacz ekranu ze szkła hartowanego wykazał dwa. Wyniki dla każdej próbki przedstawiono w tabeli 2 poniżej. Obciążenie krytyczne #1 zdefiniowano jako obciążenie, przy którym ochraniacze ekranu zaczęły wykazywać pod mikroskopem oznaki uszkodzenia spoistego. Obciążenie krytyczne #2 jest zdefiniowane przez pierwszą zmianę szczytową widoczną na wykresie emisji akustycznej.


Dla ochraniacza ekranu TPU, obciążenie krytyczne #2 koreluje z miejscem, w którym ochraniacz zaczął się wyraźnie odklejać od ekranu telefonu. Rysa pojawiła się na powierzchni ekranu telefonu, gdy obciążenie krytyczne #2 zostało przekroczone dla pozostałych testów zarysowania. W przypadku protektora ze szkła hartowanego, obciążenie krytyczne #1 odpowiada miejscu, w którym zaczęły pojawiać się pęknięcia promieniste. Obciążenie krytyczne #2 występuje pod koniec zarysowania przy większych obciążeniach. Emisja akustyczna ma większą wielkość niż w przypadku protektora ekranu TPU, jednak nie doszło do uszkodzenia ekranu telefonu. W obu przypadkach, obciążenie krytyczne #2 odpowiadało dużej zmianie głębokości, wskazując, że wgłębnik przebił się przez ochraniacz ekranu.













Wniosek




W tym badaniu zaprezentowaliśmy zdolność Nanovea PB1000 Mechanical Tester do wykonywania kontrolowanych i powtarzalnych testów zarysowań i jednoczesnego wykorzystania detekcji emisji akustycznej do dokładnego określenia obciążeń, przy których dochodzi do uszkodzenia kleju i kohezji w ochraniaczach ekranu wykonanych z TPU i szkła hartowanego. Dane eksperymentalne przedstawione w tym dokumencie potwierdzają wstępne założenie, że szkło hartowane sprawdza się najlepiej w zapobieganiu zarysowaniom na ekranach telefonów.


Tester mechaniczny Nanovea oferuje dokładne i powtarzalne możliwości pomiaru wgnieceń, zarysowań i zużycia przy użyciu modułów Nano i Micro zgodnych z ISO i ASTM. The Tester mechaniczny to kompletny system, dzięki czemu jest idealnym rozwiązaniem do określania pełnego zakresu właściwości mechanicznych cienkich lub grubych, miękkich lub twardych powłok, folii i podłoży.

TERAZ POROZMAWIAJMY O TWOJEJ APLIKACJI

LIVE CHAT

Automatyzacja wielu podobnych próbek przy użyciu testera mechanicznego PB1000

Wstęp :

Powłoki są szeroko stosowane w różnych branżach ze względu na ich właściwości użytkowe. Twardość powłoki, odporność na erozję, niskie tarcie i wysoka odporność na zużycie to tylko niektóre z wielu właściwości, które sprawiają, że powłoki są ważne. Powszechnie stosowaną metodą ilościowej oceny tych właściwości jest próba zarysowania, która pozwala na powtarzalny pomiar właściwości adhezyjnych i/lub kohezyjnych powłoki. Porównując obciążenia krytyczne, przy których następuje uszkodzenie, można ocenić wewnętrzne właściwości powłoki.

Kliknij, aby dowiedzieć się więcej!

Lepsze spojrzenie na soczewki poliwęglanowe

Lepsze spojrzenie na soczewki poliwęglanowe Dowiedz się więcej
 
Soczewki poliwęglanowe są powszechnie stosowane w wielu aplikacjach optycznych. Ich wysoka odporność na uderzenia, mała masa oraz tani koszt produkcji wielkoseryjnej sprawiają, że w różnych zastosowaniach są bardziej praktyczne niż tradycyjne szkło [1]. Niektóre z tych zastosowań wymagają kryteriów bezpieczeństwa (np. okulary ochronne), złożoności (np. soczewki Fresnela) lub trwałości (np. soczewki świateł drogowych), które trudno spełnić bez użycia tworzyw sztucznych. Możliwość taniego spełnienia wielu wymagań przy zachowaniu wystarczających właściwości optycznych sprawia, że soczewki plastikowe wyróżniają się w swojej dziedzinie. Soczewki poliwęglanowe mają również ograniczenia. Głównym problemem dla konsumentów jest łatwość, z jaką można je zarysować. Aby to zrekompensować, można przeprowadzić dodatkowe procesy w celu nałożenia powłoki antyzadrapaniowej. Nanovea przygląda się niektórym ważnym właściwościom soczewek plastikowych, wykorzystując nasze trzy instrumenty metrologiczne: Profilometr, Tribometroraz Tester mechaniczny.   Kliknij, aby przeczytać więcej!

Prawa autorskie © 2024 Nanovea. Wszelkie prawa zastrzeżone.