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AR Arquivos Mensais: abril 2020
Análise de materiais compósitos usando a Profilometria 3D
Importância da profilometria sem contato para materiais compósitos
Os defeitos cruciais são minimizados para que os materiais compostos sejam tão fortes quanto possível nas aplicações de reforço. Como um material anisotrópico, a direção crítica da trama é consistente para manter a previsibilidade de alto desempenho. Os materiais compósitos têm uma das maiores proporções de resistência a peso, tornando-o mais forte do que o aço em alguns casos. É importante limitar a área de superfície exposta nos compósitos para minimizar a vulnerabilidade química e os efeitos de expansão térmica. A inspeção da superfície de perfilometria é fundamental para o controle de qualidade da produção de compósitos para garantir um forte desempenho durante um longo tempo de serviço.
Nanovea's Perfilômetro 3D sem contato é diferente de outras técnicas de medição de superfície, como sondas de toque ou interferometria. Nossos perfilômetros usam cromatismo axial para medir praticamente qualquer superfície e a preparação aberta permite amostras de qualquer tamanho sem necessidade de preparação. Medições nano a macro são obtidas durante a medição do perfil da superfície com influência zero da refletividade ou absorção da amostra. Nossos perfilômetros medem facilmente qualquer material: transparente, opaco, especular, difusivo, polido e áspero, com a capacidade avançada de medir ângulos de superfície elevados sem manipulação de software. A técnica de perfilômetro sem contato fornece a capacidade ideal e fácil de usar para maximizar estudos de superfície de materiais compósitos; juntamente com os benefícios da capacidade combinada de 2D e 3D.
Objetivo da medição
O Nanovea HS2000L Profilometer utilizado nesta aplicação mediu a superfície de duas tecelagens de compósitos de fibra de carbono. A rugosidade da superfície, comprimento de trama, isotropia, análise fractal e outros parâmetros de superfície são usados para caracterizar os compósitos. A área medida foi selecionada aleatoriamente e assumiu que os valores de propriedade podem ser comparados usando o poderoso software de análise de superfície da Nanovea.
Resultados e Discussão
Análise de Superfície
Os parâmetros de altura determinam como serão as peças compostas ásperas com uma baixa relação fibra/matriz. Nossos resultados comparam diferentes tipos de trama e tecido para determinar o pós-processamento de acabamento superficial. O acabamento de superfície torna-se crítico em aplicações onde a aerodinâmica pode se envolver.
Isotropia
A isotropia mostra a direcionalidade da trama para determinar os valores de propriedade esperados. Nosso estudo mostra como o composto bidirecional é isotrópico ~60%, como esperado. Enquanto isso, o composto unidirecional é ~13% isotrópico devido à forte fibra única com direção de fibra.
Análise de Tecelagem
O tamanho da trama determina a consistência da embalagem e a largura das fibras utilizadas no composto. Nosso estudo mostra como podemos medir facilmente o tamanho da trama até uma precisão de micron para garantir peças de qualidade.
Análise da textura
A análise da textura do comprimento de onda dominante sugere que o tamanho do fio para ambos os compósitos é de 4,27 microns de espessura. A análise da dimensão fractal da superfície da fibra determina a suavidade para encontrar a facilidade de fixação das fibras em uma matriz. A dimensão fractal da fibra unidirecional é maior do que a fibra bidirecional que pode afetar o processamento de compósitos.
Conclusão
Nesta aplicação, mostramos que o Nanovea HS2000L Non-Contact Profilometer caracteriza com precisão a superfície fibrosa dos materiais compostos. Distinguimos as diferenças entre os tipos de tecido de fibra de carbono com parâmetros de altura, isotropia, análise de textura e medidas de distância, juntamente com muito mais.
Nossas medições de superfície por profilômetro mitigam de forma precisa e rápida os danos compostos que diminuem os defeitos nas peças, maximizando a capacidade do material composto. A velocidade do profilômetro 3D da Nanovea varia de <1mm/s a 500mm/s para adequação em aplicações de pesquisa às necessidades de inspeção de alta velocidade. O profilômetro Nanovea é a solução
a qualquer necessidade de medição composta.
AGORA, VAMOS FALAR SOBRE SUA APLICAÇÃO
Avaliação da Dureza Biológica do Tecido usando Nanoindentação
Importância da Nanoindentação Biológica de Tecidos
Os testes mecânicos tradicionais (dureza, aderência, compressão, punção, resistência à ruptura, etc.) exigem maior precisão e confiabilidade nos ambientes atuais de controle de qualidade com uma ampla gama de materiais avançados, desde tecidos até materiais frágeis. A instrumentação mecânica tradicional não fornece o controle de carga sensível e a resolução necessária para materiais avançados. Os desafios associados aos biomateriais exigem o desenvolvimento de testes mecânicos capazes de controlar com precisão a carga de materiais extremamente macios. Estes materiais exigem cargas de teste sub mN muito baixas com grande alcance de profundidade para garantir a medição adequada das propriedades. Além disso, muitos tipos diferentes de testes mecânicos podem ser realizados em um único sistema, permitindo uma maior funcionalidade. Isto fornece uma gama de medições importantes sobre biomateriais, incluindo dureza, módulo elástico, módulo de perda e armazenamento, além de resistência a arranhões e pontos de ruptura de resistência ao escoamento.
Objetivo da medição
Nesta aplicação o testador mecânico Nanovea em modo nanoindentação é usado para estudar a dureza e o módulo elástico de 3 áreas separadas de um substituto de biomaterial em regiões de gordura, carne clara e carne escura de prosciutto.
A nanoindentação é baseada nas normas de indentação instrumentada ASTM E2546 e ISO 14577. Ela usa métodos estabelecidos onde uma ponta de indentação de geometria conhecida é conduzida para um local específico do material de teste com uma carga normal crescente controlada. Ao atingir uma profundidade máxima pré-estabelecida, a carga normal é reduzida até que ocorra um relaxamento completo. A carga é aplicada por um atuador piezo e medida em um laço controlado com uma célula de carga de alta sensibilidade. Durante os experimentos, a posição de indentro em relação à superfície da amostra é monitorada com um sensor capacitivo de alta precisão. As curvas de carga e deslocamento resultantes fornecem dados específicos para a natureza mecânica do material testado. Os modelos estabelecidos calculam a dureza quantitativa e os valores de módulo com os dados medidos. A nanoindentação é adequada para medições de baixa carga e profundidade de penetração em escalas nanométricas.
Resultados e Discussão
Estas tabelas abaixo apresentam valores medidos de dureza e módulo de Young com médias e desvios padrão. A elevada rugosidade superficial pode causar grandes variações nos resultados devido ao pequeno tamanho do recuo.
A área de gordura tinha cerca da metade da dureza das áreas de carne. O tratamento da carne fez com que a área mais escura da carne fosse mais dura do que a área mais clara. O módulo elástico e a dureza estão em relação direta com a sensação de mastigabilidade da boca das áreas de gordura e de carne. A área de gordura e de carne clara tem rastejamento continuando a uma taxa maior do que a de carne escura após 60 segundos.
Resultados detalhados - Gordura
Resultados detalhados - Carne leve
Resultados detalhados - Carne escura
Conclusão
Nesta aplicação, o Nanovea testador mecânico no modo de nanoindentação, determinou de forma confiável as propriedades mecânicas das áreas de gordura e carne, ao mesmo tempo em que superou a alta rugosidade da superfície da amostra. Isto demonstrou a ampla e incomparável capacidade do testador mecânico da Nanovea. O sistema fornece simultaneamente medições precisas de propriedades mecânicas em materiais extremamente duros e tecidos biológicos moles.
A célula de carga em circuito fechado com a mesa piezoelétrica garante a medição precisa de materiais em gel duros ou moles de 1 a 5kPa. Usando o mesmo sistema, é possível testar biomateriais com cargas mais altas de até 400N. A carga de múltiplos ciclos pode ser usada para testes de fadiga e as informações de resistência ao escoamento em cada zona podem ser obtidas usando uma ponta cilíndrica plana de diamante. Além disso, com a Análise Mecânica Dinâmica (DMA), a perda de propriedades viscoelásticas e os módulos de armazenamento podem ser avaliados com alta precisão usando o controle de carga em circuito fechado. Testes em várias temperaturas e sob líquidos também estão disponíveis no mesmo sistema.
O testador mecânico da Nanovea continua sendo a ferramenta superior para aplicações biológicas e de polímeros moles/gel.
AGORA, VAMOS FALAR SOBRE SUA APLICAÇÃO
Avaliação de desgaste e arranhões do fio de cobre tratado de superfície
Importância da Avaliação do Desgaste e Raspagem do Arame de Cobre
O cobre tem uma longa história de uso em fiação elétrica desde a invenção do eletroímã e do telégrafo. Os fios de cobre são aplicados em uma ampla gama de equipamentos eletrônicos como painéis, medidores, computadores, máquinas comerciais e aparelhos graças à sua resistência à corrosão, soldabilidade e desempenho em temperaturas elevadas de até 150°C. Aproximadamente metade de todo o cobre extraído é utilizado para a fabricação de fios elétricos e condutores de cabos.
A qualidade da superfície do fio de cobre é crítica para o desempenho do serviço de aplicação e para a vida útil. Micro defeitos nos fios podem levar a desgaste excessivo, início e propagação de rachaduras, diminuição da condutividade e soldabilidade inadequada. O tratamento adequado da superfície dos fios de cobre remove os defeitos superficiais gerados durante a trefilação do fio, melhorando a resistência à corrosão, aos arranhões e ao desgaste. Muitas aplicações aeroespaciais com fios de cobre exigem comportamento controlado para evitar falhas inesperadas no equipamento. Medidas quantificáveis e confiáveis são necessárias para avaliar adequadamente o desgaste e a resistência a riscos da superfície do fio de cobre.
Objetivo da medição
Nesse aplicativo, simulamos um processo de desgaste controlado de diferentes tratamentos de superfície de fios de cobre. Teste de arranhões mede a carga necessária para causar falha na camada superficial tratada. Este estudo apresenta o Nanovea Tribômetro e Testador Mecânico como ferramentas ideais para avaliação e controle de qualidade de fios elétricos.
Procedimento e procedimentos de teste
O coeficiente de atrito (COF) e a resistência ao desgaste de dois diferentes tratamentos de superfície em fios de cobre (fio A e fio B) foram avaliados pelo tribômetro Nanovea usando um módulo de desgaste linear alternativo. Uma esfera de Al₂O₃ (6 mm de diâmetro) é o contramaterial usado nesta aplicação. A trilha de desgaste foi examinada usando o Nanovea Perfilômetro 3D sem contato. Os parâmetros de teste estão resumidos na Tabela 1.
Uma bola suave Al₂O₃ como material de contagem foi usada como exemplo neste estudo. Qualquer material sólido com forma e acabamento superficial diferentes pode ser aplicado utilizando uma fixação personalizada para simular a situação real de aplicação.
O testador mecânico da Nanovea equipado com uma ponta de diamante Rockwell C (100 raio μm) realizou testes progressivos de risco de carga nos fios revestidos usando o modo micro-risco. Os parâmetros do teste de raspagem e a geometria da ponta são mostrados na Tabela 2.
Resultados e Discussão
Desgaste de fio de cobre:
A Figura 2 mostra a evolução do COF dos fios de cobre durante os testes de desgaste. O fio A mostra um COF estável de ~0,4 durante o teste de desgaste enquanto o fio B exibe um COF de ~0,35 nas primeiras 100 revoluções e aumenta progressivamente para ~0,4.
A figura 3 compara os rastros de desgaste dos fios de cobre após os testes. O profilômetro 3D sem contato da Nanovea ofereceu uma análise superior da morfologia detalhada dos rastros de desgaste. Ele permite a determinação direta e precisa do volume de rastros de desgaste, fornecendo uma compreensão fundamental do mecanismo de desgaste. A superfície do fio B tem danos significativos nas pistas de desgaste após um teste de desgaste com 600 rotações. A vista 3D do profilômetro mostra a camada tratada da superfície do Fio B removida completamente, o que acelerou substancialmente o processo de desgaste. Isto deixou uma pista de desgaste achatada no Fio B, onde o substrato de cobre é exposto. Isto pode resultar em redução significativa da vida útil do equipamento elétrico onde o Fio B é usado. Em comparação, o Fio A apresenta um desgaste relativamente leve demonstrado por uma pista de desgaste rasa na superfície. A camada tratada na superfície do Fio A não foi removida como a camada no Fio B sob as mesmas condições.
Resistência a arranhões na superfície do fio de cobre:
A figura 4 mostra os rastros de arranhões nos fios após os testes. A camada protetora do arame A apresenta muito boa resistência a arranhões. Ela delamina a uma carga de ~12,6 N. Em comparação, a camada protetora do Fio B falhou a uma carga de ~1,0 N. Tal diferença significativa na resistência a riscos para estes fios contribui para seu desempenho de desgaste, onde o Fio A possui uma resistência ao desgaste substancialmente melhorada. A evolução da força normal, COF e profundidade durante os testes de raspagem mostrados na Fig. 5 fornece mais informações sobre falhas no revestimento durante os testes.
Conclusão
Nesse estudo controlado, apresentamos o tribômetro da Nanovea, que realiza uma avaliação quantitativa da resistência ao desgaste de fios de cobre com tratamento de superfície, e o testador mecânico da Nanovea, que fornece uma avaliação confiável da resistência a arranhões de fios de cobre. O tratamento da superfície do fio desempenha um papel fundamental nas propriedades tribo-mecânicas durante sua vida útil. O tratamento adequado da superfície do fio A melhorou significativamente a resistência ao desgaste e a arranhões, o que é fundamental para o desempenho e a vida útil dos fios elétricos em ambientes difíceis.
O tribômetro da Nanovea oferece testes precisos e repetíveis de desgaste e atrito usando modos rotativos e lineares em conformidade com as normas ISO e ASTM, com módulos opcionais de desgaste em alta temperatura, lubrificação e tribocorrosão disponíveis em um sistema pré-integrado. A linha inigualável da Nanovea é a solução ideal para determinar toda a gama de propriedades tribológicas de revestimentos, filmes e substratos finos ou espessos, macios ou duros.
