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AR Arquivos Mensais: fevereiro 2020
Efeito da Umidade na Tribologia de Revestimento DLC
Importância da Avaliação de Desgaste em DLC em Umidade
Os revestimentos de carbono tipo diamante (DLC) possuem propriedades tribológicas aprimoradas, nomeadamente excelente resistência ao desgaste e um coeficiente de atrito (COF) muito baixo. Os revestimentos DLC conferem características de diamante quando depositados em diferentes materiais. Propriedades tribomecânicas favoráveis tornam os revestimentos DLC preferíveis em diversas aplicações industriais, como peças aeroespaciais, lâminas de barbear, ferramentas de corte de metal, rolamentos, motores de motocicletas e implantes médicos.
Os revestimentos DLC apresentam COF muito baixo (abaixo de 0,1) contra esferas de aço sob alto vácuo e condições secas12. Entretanto, os revestimentos DLC são sensíveis a mudanças nas condições ambientais, particularmente a umidade relativa do ar (RH)3. Ambientes com alta concentração de umidade e oxigênio podem levar a um aumento significativo da concentração de COF4. A avaliação confiável do desgaste em umidade controlada simula condições ambientais realistas de revestimentos DLC para aplicações tribológicas. Os usuários selecionam os melhores revestimentos DLC para aplicações específicas com comparação adequada
dos comportamentos de desgaste do DLC expostos a diferentes umidades.
Objetivo da medição
Este estudo apresenta o Nanovea Tribômetro equipado com um controlador de umidade é a ferramenta ideal para investigar o comportamento de desgaste de revestimentos DLC em diversas umidades relativas.
Procedimento de teste
A resistência ao atrito e ao desgaste dos revestimentos DLC foram avaliadas pelo Tribômetro Nanovea. Os parâmetros de teste estão resumidos na Tabela 1. Um controlador de umidade conectado à tribocâmara controlou com precisão a umidade relativa (UR) com uma precisão de ±1%. Marcas de desgaste em revestimentos DLC e cicatrizes de desgaste em esferas de SiN foram examinadas usando um microscópio óptico após os testes.
Nota: Qualquer material de esfera sólida pode ser aplicado para simular o desempenho de diferentes materiais de acoplamento sob condições ambientais, como lubrificante ou alta temperatura.
Resultados e Discussão
Os revestimentos DLC são ótimos para aplicações tribológicas devido a seu baixo atrito e resistência superior ao desgaste. O atrito do revestimento DLC apresenta comportamento dependente da umidade mostrada na Figura 2. O revestimento DLC apresenta um COF muito baixo de ~0,05 durante todo o teste de desgaste em condições relativamente secas (10% RH). O revestimento DLC apresenta um COF constante de ~0,1 durante o teste, pois o RH aumenta para 30%. O estágio inicial de rodagem do COF é observado nas primeiras 2000 revoluções quando o RH sobe acima de 50%. O revestimento DLC mostra um COF máximo de ~0,20, ~0,26 e ~0,33 em RH de 50, 70 e 90%, respectivamente. Após o período de rodagem, o COF do revestimento DLC permanece constante em ~0,11, 0,13 e 0,20 em RH de 50, 70 e 90%, respectivamente.
A Figura 3 compara as cicatrizes de desgaste da bola SiN e a Figura 4 compara as pistas de desgaste do revestimento DLC após os testes de desgaste. O diâmetro da cicatriz de desgaste era menor quando o revestimento DLC foi exposto a um ambiente com baixa umidade. A camada de DLC de transferência se acumula na superfície da esfera SiN durante o processo de deslizamento repetitivo na superfície de contato. Nesta fase, o revestimento DLC desliza contra sua própria camada de transferência que atua como um lubrificante eficiente para facilitar o movimento relativo e conter a perda de massa adicional causada pela deformação por cisalhamento. Uma película de transferência é observada na cicatriz de desgaste da esfera SiN em ambientes de baixo RH (por exemplo, 10% e 30%), resultando em um processo de desgaste desacelerado da esfera. Este processo de desgaste reflete na morfologia da pista de desgaste do revestimento DLC, como mostrado na Figura 4. O revestimento DLC apresenta uma pista de desgaste menor em ambientes secos, devido à formação de uma película de transferência de DLC estável na interface de contato que reduz significativamente o atrito e a taxa de desgaste.
Conclusão
A umidade desempenha um papel vital no desempenho tribológico dos revestimentos DLC. O revestimento DLC possui resistência ao desgaste significativamente melhorada e baixo atrito superior em condições secas devido à formação de uma camada grafítica estável transferida para a contraparte deslizante (uma bola de SiN neste estudo). O revestimento DLC desliza contra sua própria camada de transferência, que atua como um lubrificante eficiente para facilitar o movimento relativo e restringir ainda mais a perda de massa causada pela deformação por cisalhamento. Não é observado um filme na esfera de SiN com o aumento da umidade relativa, levando a um aumento da taxa de desgaste na esfera de SiN e no revestimento DLC.
O Tribômetro Nanovea oferece testes repetíveis de desgaste e fricção usando modos rotativos e lineares em conformidade com ISO e ASTM, com módulos de umidade opcionais disponíveis em um sistema pré-integrado. Ele permite aos usuários simular o ambiente de trabalho com diferentes umidades, fornecendo aos usuários uma ferramenta ideal para avaliar quantitativamente o comportamento tribológico dos materiais sob diferentes condições de trabalho.
Saiba mais sobre o Nanovea Tribômetro e Serviço de Laboratório
1 C. Donnet, Surf. Coat. Technol. 100–101 (1998) 180.
2 K. Miyoshi, B. Pohlchuck, K.W. Street, J.S. Zabinski, J.H. Sanders, A.A. Voevodin, R.L.C. Wu, Wear 225-229 (1999) 65.
3 R. Gilmore, R. Hauert, Surf. Coat. Technol. 133–134 (2000) 437.
4 R. Memming, H.J. Tolle, P.E. Wierenga, Thin Solid Coatings 143 (1986) 31
AGORA, VAMOS FALAR SOBRE SUA APLICAÇÃO
Análise de superfície 3D de um centavo com Perfilometria sem contato
Importância da Profilometria Sem Contato para Moedas
A moeda é altamente valorizada na sociedade moderna porque é trocada por bens e serviços. Moedas e notas de papel circulam nas mãos de muitas pessoas. A transferência constante de moeda física cria deformação superficial. 3D da Nanovea Profilômetro varre a topografia de moedas cunhadas em anos diferentes para investigar diferenças de superfície.
As características das moedas são facilmente reconhecíveis pelo público em geral, uma vez que são objetos comuns. Um centavo é ideal para apresentar a força do software avançado de análise de superfície da Nanovea: Mountains 3D. Os dados de superfície coletados com nosso perfilômetro 3D permitem análises de alto nível em geometria complexa com subtração de superfície e extração de contorno 2D. A subtração de superfície com máscara, carimbo ou molde controlado compara a qualidade dos processos de fabricação, enquanto a extração de contorno identifica tolerâncias com análise dimensional. O software 3D Profilometer e Mountains 3D da Nanovea investiga a topografia submicrométrica de objetos aparentemente simples, como moedas de um centavo.
Objetivo da medição
A superfície superior completa de cinco centavos foi escaneada usando o sensor de linha de alta velocidade da Nanovea. O raio interno e externo de cada centavo foi medido usando o Software de Análise Avançada Mountains. Uma extração de cada centavo de superfície em uma área de interesse com subtração direta da superfície quantificou a deformação da superfície.
Resultados e Discussão
Superfície 3D
O profilômetro Nanovea HS2000 levou apenas 24 segundos para digitalizar 4 milhões de pontos em uma área de 20mm x 20mm com um passo de 10um x 10um para adquirir a superfície de um centavo. Abaixo está um mapa de altura e uma visualização 3D da varredura. A visualização 3D mostra a capacidade do sensor de alta velocidade de captar pequenos detalhes impenetráveis ao olho. Muitos pequenos arranhões são visíveis em toda a superfície do centavo. Textura e rugosidade da moeda vista na visualização 3D são investigadas.
Análise Dimensional
Os contornos do centavo foram extraídos e a análise dimensional obteve diâmetros internos e externos da característica da borda. O raio externo foi em média 9.500 mm ± 0.024 enquanto o raio interno foi em média 8.960 mm ± 0.032. Análises dimensionais adicionais As montanhas 3D podem fazer em fontes de dados 2D e 3D são medições de distância, altura dos degraus, planaridade e cálculos de ângulo.
Subtração de superfície
A Figura 5 mostra a área de interesse para a análise da subtração de superfície. O centavo de 2007 foi usado como superfície de referência para os quatro centavos mais antigos. A subtração de superfície da superfície de 2007 mostra diferenças entre centavos com furos/picos. A diferença de volume total da superfície é obtida pela adição de volumes dos furos/picos. O erro RMS refere-se ao quão próximas as superfícies de centavos estão umas das outras.
Conclusão
O HS2000L de Alta Velocidade da Nanovea digitalizou cinco centavos cunhados em anos diferentes. O software Mountains 3D comparou as superfícies de cada moeda usando extração de contorno, análise dimensional e subtração de superfície. A análise define claramente o raio interno e externo entre os centavos enquanto compara diretamente as diferenças de características da superfície. Com a capacidade do profilômetro 3D da Nanovea de medir qualquer superfície com resolução em nível nanométrico, combinada com a capacidade de análise 3D das Montanhas, as possíveis aplicações de Pesquisa e Controle de Qualidade são infinitas.
