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Melhorar os procedimentos de mineração com Microindendation
PESQUISA DE MICROINDENTAÇÃO E CONTROLE DE QUALIDADE
A mecânica das rochas é o estudo do comportamento mecânico dos maciços rochosos e é aplicada nas indústrias de mineração, perfuração, produção de reservatórios e construção civil. A instrumentação avançada com medição precisa das propriedades mecânicas permite a melhoria de peças e procedimentos dentro dessas indústrias. Procedimentos bem sucedidos de controle de qualidade são assegurados pela compreensão da mecânica de rochas na microescala.
Microindentação é uma ferramenta crucial usada para estudos relacionados à mecânica de rochas. Essas técnicas aprimoram as técnicas de escavação, fornecendo maior compreensão das propriedades da massa rochosa. A microindentação é usada para melhorar as cabeças de perfuração, o que aprimora os procedimentos de mineração. A microindentação tem sido usada para estudar a formação de giz e pó de minerais. Os estudos de microindentação podem incluir dureza, módulo de Young, fluência, tensão-deformação, resistência à fratura e compressão com um único instrumento.
OBJETIVO DA MEDIÇÃO
Nesta aplicação o Nanovea testador mecânico mede a dureza Vickers (Hv), o módulo de Young e a tenacidade à fratura de uma amostra de rocha mineral. A rocha é composta por biotita, feldspato e quartzo que formam o compósito granítico padrão. Cada um é testado separadamente.
RESULTADOS E DISCUSSÃO
Esta seção inclui uma tabela de resumo que compara os principais resultados numéricos para as diferentes amostras, seguida da lista completa dos resultados, incluindo cada indentação realizada, acompanhada por micrográficos da indentação, quando disponível. Estes resultados completos apresentam os valores medidos do módulo de Dureza e Young como a profundidade de penetração (Δd) com suas médias e desvios padrão. Deve-se considerar que pode ocorrer grande variação nos resultados caso a rugosidade superficial esteja na mesma faixa de tamanho que o recuo.
Tabela de resumo dos principais resultados numéricos para Dureza e Resistência à Fratura
CONCLUSÃO
O testador mecânico Nanovea demonstra reprodutibilidade e resultados precisos de indentação na superfície dura da rocha mineral. A dureza e o módulo de Young de cada material que forma o granito foi medido diretamente da profundidade versus curvas de carga. A superfície rugosa significou testes com cargas mais elevadas que podem ter causado micro fissuras. As micro fissuras explicariam algumas das variações observadas nas medições. As rachaduras não eram perceptíveis através da observação microscópica padrão por causa de uma superfície de amostra áspera. Portanto, não é possível calcular os números tradicionais de resistência à fratura que exigem medições do comprimento das fissuras. Em vez disso, utilizamos o sistema para detectar a iniciação de fissuras através dos deslocamentos na profundidade versus curvas de carga enquanto aumentava as cargas.
As cargas de limite de fraturas foram relatadas em cargas onde ocorreram falhas. Ao contrário dos testes tradicionais de resistência à fratura que medem simplesmente o comprimento da fratura, obtém-se uma carga na qual se inicia a fratura do limiar. Além disso, o ambiente controlado e monitorado de perto permite que a medição da dureza seja usada como um valor quantitativo para comparar uma variedade de amostras.
AGORA, VAMOS FALAR SOBRE SUA APLICAÇÃO
Inspeção de rugosidade em linha
Detecção de erros instantâneos com perfis em linha
Saiba mais
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IMPORTÂNCIA DO PERFILADOR SEM CONTATO PARA A INSPEÇÃO DE RUGOSIDADE EM LINHA
Os defeitos superficiais derivam do processamento de materiais e da fabricação de produtos. A inspeção de qualidade de superfície em linha garante o mais rígido controle de qualidade dos produtos finais. A Nanovea Perfilômetros 3D sem contato utilizam tecnologia confocal cromática com capacidade única de determinar a rugosidade de uma amostra sem contato. Vários sensores perfiladores podem ser instalados para monitorar a rugosidade e a textura de diferentes áreas do produto ao mesmo tempo. O limite de rugosidade calculado em tempo real pelo software de análise serve como uma ferramenta de aprovação/reprovação rápida e confiável.
OBJETIVO DA MEDIÇÃO
Neste estudo, o sistema transportador de inspeção de rugosidade Nanovea equipado com um sensor de ponto é usado para inspecionar a rugosidade superficial das amostras de acrílico e lixa. Mostramos a capacidade do profilômetro sem contato da Nanovea em fornecer uma inspeção rápida e confiável da rugosidade em linha em tempo real em uma linha de produção.
RESULTADOS E DISCUSSÃO
O sistema de profilômetro do transportador pode operar em dois modos, a saber, o Modo Gatilho e o Modo Contínuo. Como ilustrado na Figura 2, a rugosidade da superfície das amostras é medida quando elas passam sob as cabeças do profilômetro óptico sob o Modo Trigger. Em comparação, o Modo Contínuo permite a medição sem parar da rugosidade da superfície da amostra contínua, como por exemplo, folha metálica e tecido. Vários sensores ópticos de perfil podem ser instalados para monitorar e registrar a rugosidade de diferentes áreas de amostra.
Durante a medição da rugosidade em tempo real, os alertas de aprovação e falha são exibidos nas janelas do software, como mostrado na Figura 4 e na Figura 5. Quando o valor de rugosidade está dentro dos limites indicados, a rugosidade medida é destacada na cor verde. Entretanto, o destaque fica vermelho quando a rugosidade da superfície medida está fora da faixa dos valores limiares estabelecidos. Isto fornece uma ferramenta para o usuário determinar a qualidade do acabamento superficial de um produto.
Nas seções seguintes, dois tipos de amostras, por exemplo, Acrílico e Lixa são usados para demonstrar os modos de Gatilho e Contínuo do sistema de Inspeção.
Modo disparo: Inspeção da superfície da amostra de acrílico
Uma série de amostras acrílicas são alinhadas na esteira transportadora e se movem sob a cabeça do profiler óptico como mostrado na Figura 1. A falsa vista colorida na Figura 6 mostra a mudança da altura da superfície. Algumas das amostras de acrílico com acabamento espelhado foram lixadas para criar uma textura de superfície rugosa, como mostrado na Figura 6b.
Como as amostras acrílicas se movem a uma velocidade constante sob a cabeça do profiler óptico, o perfil de superfície é medido como mostrado na Figura 7 e na Figura 8. O valor da rugosidade do perfil medido é calculado ao mesmo tempo e comparado com os valores limiares. O alerta vermelho de falha é lançado quando o valor de rugosidade estiver acima do limite estabelecido, permitindo aos usuários detectar e localizar imediatamente o produto defeituoso na linha de produção.
Modo Contínuo: Inspeção da superfície da amostra de lixa
Mapa de Altura da Superfície, Mapa de Distribuição de Rugosidade e Mapa de Limite de Rugosidade de Passo/Falha da superfície da amostra de lixa, como mostrado na Figura 9. A amostra de lixa tem um par de picos mais altos na parte usada, como mostrado no mapa da altura da superfície. As diferentes cores no palete da Figura 9C representam o valor de rugosidade da superfície local. O Mapa de Rugosidade exibe uma rugosidade homogênea na área intacta da amostra de lixa, enquanto a área usada é destacada na cor azul escuro, indicando o valor reduzido de rugosidade nesta região. Um limiar de rugosidade Pass/Failness threshold pode ser estabelecido para localizar tais regiões, como mostrado na Figura 9D.
Como a lixa passa continuamente sob o sensor de perfil em linha, o valor da rugosidade local em tempo real é calculado e registrado como plotado na Figura 10. Os alertas de aprovação/falha são exibidos na tela do software com base nos valores limiares de rugosidade definidos, servindo como uma ferramenta rápida e confiável para o controle de qualidade. A qualidade da superfície do produto na linha de produção é inspecionada in situ para descobrir áreas defeituosas a tempo.
CONCLUSÃO
Nesta aplicação, mostramos o Nanovea Conveyor Profilometer equipado com um sensor óptico sem contato funciona como uma ferramenta confiável de controle de qualidade em linha de forma eficaz e eficiente.
O sistema de inspeção pode ser instalado na linha de produção para monitorar a qualidade da superfície dos produtos in situ. O limiar de rugosidade funciona como um critério confiável para determinar a qualidade da superfície dos produtos, permitindo aos usuários perceberem os produtos defeituosos a tempo. Dois modos de inspeção, o Modo Trigger e o Modo Contínuo, são fornecidos para atender à exigência de inspeção em diferentes tipos de produtos.
Os dados mostrados aqui representam apenas uma parte dos cálculos disponíveis no software de análise. Os Nanovea Profilometers medem praticamente qualquer superfície em campos como Semicondutor, Microeletrônica, Solar, Fibra Óptica, Automotivo, Aeroespacial, Metalurgia, Usinagem, Revestimentos, Farmacêutico, Biomédico, Ambiental e muitos outros.
AGORA, VAMOS FALAR SOBRE SUA APLICAÇÃO
Teste de Desgaste Block-On-Ring
IMPORTÂNCIA DA AVALIAÇÃO DO DESGASTE POR BLOCOS SOBRE ANÉIS
O desgaste deslizante é a perda progressiva de material que resulta do deslizamento de dois materiais um contra o outro na área de contato sob carga. Ocorre inevitavelmente em uma grande variedade de indústrias onde máquinas e motores estão em operação, incluindo automotiva, aeroespacial, petróleo e gás e muitas outras. Tal movimento de deslizamento causa desgaste mecânico grave e transferência de material na superfície, o que pode levar à redução da eficiência de produção, do desempenho da máquina ou mesmo a danos à máquina.
O desgaste por deslizamento geralmente envolve mecanismos de desgaste complexos que ocorrem na superfície de contato, como desgaste por adesão, abrasão de dois corpos, abrasão de três corpos e desgaste por fadiga. O comportamento de desgaste dos materiais é significativamente influenciado pelo ambiente de trabalho, como carga normal, velocidade, corrosão e lubrificação. Um versátil tribômetro que possa simular as diferentes condições de trabalho realistas será ideal para avaliação de desgaste.
O teste Block-on-Ring (ASTM G77) é uma técnica amplamente utilizada que avalia os comportamentos de desgaste por deslizamento de materiais em diferentes condições simuladas, permitindo uma classificação confiável de pares de materiais para aplicações tribológicas específicas.
O teste Block-on-Ring (ASTM G77) é uma técnica amplamente utilizada que avalia os comportamentos de desgaste por deslizamento de materiais em diferentes condições simuladas, permitindo uma classificação confiável de pares de materiais para aplicações tribológicas específicas.
OBJETIVO DA MEDIÇÃO
Nesta aplicação, o Nanovea Mechanical Tester mede o YS e UTS de aço inoxidável SS304 e amostras de liga metálica de alumínio Al6061. As amostras foram escolhidas por seus valores de YS e UTS comumente reconhecidos mostrando a confiabilidade dos métodos de indentação da Nanovea.
O comportamento do desgaste por deslizamento de um bloco H-30 em um anel S-10 foi avaliado pelo tribômetro da Nanovea usando o módulo Block-on-Ring. O bloco H-30 é feito de 01 aço ferramenta de dureza 30HRC, enquanto o anel S-10 é de aço tipo 4620 de dureza superficial de 58 a 63 HRC e diâmetro do anel de ~34,98 mm. Os testes Block-on-Ring foram realizados em ambientes secos e lubrificados para investigar o efeito no comportamento do desgaste. Os testes de lubrificação foram realizados em óleo mineral pesado USP. A trilha de desgaste foi examinada usando o Nanovea Perfilômetro 3D sem contato. Os parâmetros de teste estão resumidos na Tabela 1. A taxa de desgaste (K) foi avaliada usando a fórmula K=V/(F×s), onde V é o volume desgastado, F é a carga normal, s é a distância de deslizamento.
RESULTADOS E DISCUSSÃO
A Figura 2 compara o coeficiente de atrito (COF) dos testes Block-on-Ring em ambientes secos e lubrificados. O bloco tem significativamente mais atrito em um ambiente seco do que em um ambiente lubrificado. COF
flutua durante o período de rodagem nas primeiras 50 rotações e atinge um COF constante de ~0,8 para o restante do teste de desgaste de 200 rotações. Em comparação, o teste Block-on-Ring realizado na lubrificação com óleo mineral pesado da USP exibe COF baixo e constante de 0,09 ao longo do teste de desgaste de 500.000 rotações. O lubrificante reduz significativamente o COF entre as superfícies em aproximadamente 90 vezes.
As figuras 3 e 4 mostram as imagens ópticas e os perfis 2D da seção transversal das cicatrizes de desgaste nos blocos após os testes de desgaste seco e lubrificado. Os volumes e taxas de desgaste das faixas de desgaste estão listados na Tabela 2. O bloco de aço após o teste de desgaste a seco a uma velocidade de rotação menor de 72 rpm para 200 rotações exibe um grande volume de cicatriz de desgaste de 9,45 mm˙. Em comparação, o teste de desgaste realizado a uma velocidade maior de 197 rpm para 500.000 rotações no lubrificante de óleo mineral cria um volume de pista de desgaste substancialmente menor de 0,03 mm˙.
As imagens em ÿgure 3 mostram que o desgaste severo ocorre durante os testes em condições secas em comparação com o desgaste leve do teste de desgaste lubrificado. O calor elevado e as vibrações intensas geradas durante o teste de desgaste a seco promovem a oxidação dos detritos metálicos resultando em abrasão severa de três corpos. No teste de lubrificação, o óleo mineral reduz o atrito e esfria a face de contato, além de transportar os detritos abrasivos criados durante o desgaste. Isto leva a uma redução significativa da taxa de desgaste por um fator de ~8×10ˆ. Um di˛erence tão substancial na resistência ao desgaste em ambientes di˛erent mostra a importância de uma simulação de desgaste deslizante adequada em condições de serviço realistas.
O comportamento de desgaste pode mudar drasticamente quando pequenas mudanças nas condições de teste são introduzidas. A versatilidade do tribômetro Nanovea permite a medição do desgaste em condições de alta temperatura, lubrificação e tribocorrosão. O controle preciso de velocidade e posição pelo motor avançado permite que testes de desgaste sejam realizados a velocidades que variam de 0,001 a 5000 rpm, tornando-o uma ferramenta ideal para laboratórios de pesquisa/teste para investigar o desgaste em di˛erent condições tribológicas.
A condição superficial das amostras foi examinada pelo proÿlômetro ótico sem contato da Nanovea. A figura 5 mostra a morfologia da superfície dos anéis após os testes de desgaste. A forma do cilindro é removida para melhor apresentar a morfologia da superfície e a rugosidade criada pelo processo de desgaste deslizante. O rugosidade da superfície do cilindro ocorreu devido ao processo de abrasão de três corpos durante o teste de desgaste a seco de 200 rotações. O bloco e o anel após o teste de desgaste a seco apresentam uma rugosidade Ra de 14,1 e 18,1 µm, respectivamente, em comparação com 5,7 e 9,1 µm para o teste de desgaste lubrificado a longo prazo de 500.000 - revolução a uma velocidade maior. Este teste demonstra a importância de uma lubrificação adequada do contato do cilindro de anéis do pistão. O desgaste severo danifica rapidamente a superfície de contato sem lubrificação e leva à deterioração irreversível da qualidade do serviço e até mesmo à quebra do motor.
CONCLUSÃO
Neste estudo mostramos como o Tribômetro da Nanovea é usado para avaliar o comportamento do desgaste por deslizamento de um par de aço metálico usando o módulo Block-on-Ring seguindo a norma ASTM G77. O lubrificante desempenha um papel crítico nas propriedades de desgaste do par de materiais. O óleo mineral reduz a taxa de desgaste do bloco H-30 em um fator de ~8×10ˆ e o COF em ~90 vezes. A versatilidade do Tribômetro da Nanovea o torna uma ferramenta ideal para medir o comportamento do desgaste sob diversas condições de lubrificação, alta temperatura e tribocorrosão.
O Tribômetro da Nanovea oferece testes de desgaste e fricção precisos e repetíveis usando modos rotativos e lineares em conformidade com ISO e ASTM, com módulos opcionais de desgaste em alta temperatura, lubrificação e tribocorrosão disponíveis em um sistema pré-integrado. A linha incomparável da Nanovea é uma solução ideal para determinar toda a gama de propriedades tribológicas de revestimentos, películas e substratos finos ou espessos, macios ou duros.
AGORA, VAMOS FALAR SOBRE SUA APLICAÇÃO
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.
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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.
AGORA, VAMOS FALAR SOBRE SUA APLICAÇÃO
Rendimento e resistência à tração do aço e do alumínio
Importância da Resistência ao Rendimento e da Medição da Resistência à Tração Final usando a Indentação
Tradicionalmente, a Resistência ao Rendimento e a Resistência à Tração Final têm sido testadas usando uma grande máquina de teste de tração que requer uma enorme resistência para separar amostras de teste. É caro e demorado usinar adequadamente muitos cupons de teste para um material onde cada amostra só pode ser testada uma vez. Pequenos defeitos na amostra criam uma variação perceptível nos resultados de teste. Configurações e alinhamentos diferentes dos testadores de tração no mercado muitas vezes resultam em variações substanciais na mecânica e nos resultados dos testes.
O inovador método de indentação da Nanovea fornece diretamente valores de Resistência ao Rendimento e Resistência à Tensão Final comparáveis aos valores medidos por testes de tração convencionais. Esta medição abre um novo reino de possibilidades de testes para todas as indústrias. A configuração experimental simples reduz significativamente o tempo e o custo de preparação da amostra em comparação com a forma complexa do cupom necessário para os testes de tração. São possíveis medições múltiplas em uma única amostra com um pequeno tamanho de indentação. Evita a influência de defeitos observados em cupons de teste de tração criados durante a usinagem da amostra. As medições YS e UTS em pequenas amostras em área localizada permitem o mapeamento e detecção local de defeitos em tubulações ou estruturas automotivas.
Objetivo da medição
Nesta aplicação, a Nanovea Testador Mecânico mede a resistência ao escoamento e a resistência à tração final de amostras de liga metálica de aço inoxidável SS304 e alumínio Al6061. As amostras foram escolhidas por seus valores comumente reconhecidos de resistência ao escoamento e resistência à tração final, mostrando a confiabilidade dos métodos de indentação da Nanovea.
Procedimento e procedimentos de teste
Os testes de resistência ao escoamento e resistência à tração final foram realizados no Nanovea Mechanical Tester na Microindentação modo. Uma ponta de diamante cilíndrica e plana de 200 μm de diâmetro foi usada para essa aplicação. As ligas SS304 e Al6061 foram selecionadas por sua ampla aplicação industrial e pelos valores comumente reconhecidos de resistência ao escoamento e resistência à tração final, a fim de mostrar o grande potencial e a confiabilidade do método de indentação. As amostras foram polidas mecanicamente até um acabamento espelhado antes do teste para evitar a influência da rugosidade da superfície ou de defeitos nos resultados do teste. As condições de teste estão listadas na Tabela 1. Mais de dez testes foram realizados em cada amostra para garantir a repetibilidade dos valores de teste.
Resultados e Discussão
As curvas de carga-deslocamento das amostras de liga SS304 e Al6061 são mostradas na Figura 3 com as marcas de indentação plana no interior das amostras de teste. A análise da curva de carga em forma de "S", utilizando algoritmos especiais desenvolvidos pela Nanovea, calcula a Resistência ao Rendimento e a Resistência à Tensão Final. Os valores são calculados automaticamente pelo software, conforme resumido na Tabela 1. Os valores da Resistência ao Rendimento e da Resistência à Tensão Final obtidos por testes de tração convencionais são listados para comparação.
Conclusão
Neste estudo, demonstramos a capacidade do Nanovea Mechanical Tester em avaliar a resistência ao escoamento e a resistência à tração final de amostras de chapas de aço inoxidável e liga de alumínio. A configuração experimental simples reduz significativamente o tempo e o custo de preparação de amostras necessárias para testes de tração. O pequeno tamanho do recuo torna possível realizar múltiplas medições em uma única amostra. Este método permite medições YS/UTS em pequenas amostras e áreas localizadas, fornecendo uma solução para mapeamento YS/UTS e detecção de defeitos locais de dutos ou estrutura automática.
Todos os módulos Nano, Micro ou Macro do Testador Mecânico Nanovea incluem modos de teste de indentação, desgaste e desgaste em conformidade com ISO e ASTM, fornecendo a gama de testes mais ampla e fácil de usar disponível em um único sistema. A linha incomparável da Nanovea é uma solução ideal para determinar toda a gama de propriedades mecânicas de revestimentos, filmes e substratos finos ou espessos, macios ou duros, incluindo dureza, módulo de Young, tenacidade à fratura, adesão, resistência ao desgaste e muitos outros. Além disso, o perfilador 3D sem contato opcional e o módulo AFM estão disponíveis para imagens 3D de alta resolução de indentação, arranhões e marcas de desgaste, além de outras medições de superfície, como rugosidade.
AGORA, VAMOS FALAR SOBRE SUA APLICAÇÃO
Tribologia de carga dinâmica
Tribologia de carga dinâmica
Introdução
O desgaste ocorre em praticamente todos os setores industriais e impõe custos de ~0,75% do PIB1. A pesquisa em tribologia é vital para melhorar a eficiência da produção, o desempenho da aplicação, assim como a conservação do material, da energia e do meio ambiente. Vibração e oscilação ocorrem inevitavelmente em uma ampla gama de aplicações tribológicas. A vibração externa excessiva acelera o processo de desgaste e reduz o desempenho de serviço, o que leva a falhas catastróficas nas peças mecânicas.
Os tribômetros convencionais de carga morta aplicam cargas normais por pesos de massa. Tal técnica de carga não apenas limita as opções de carga a uma carga constante, mas também cria intensas vibrações não controladas a altas cargas e velocidades, levando a avaliações de comportamento de desgaste limitadas e inconsistentes. Uma avaliação confiável do efeito da oscilação controlada no comportamento de desgaste dos materiais é desejável para P&D e CQ em diferentes aplicações industriais.
Alta carga inovadora da Nanovea tribômetro tem capacidade de carga máxima de 2.000 N com sistema de controle de carga dinâmico. O avançado sistema pneumático de carregamento de ar comprimido permite aos usuários avaliar o comportamento tribológico de um material sob altas cargas normais com a vantagem de amortecer vibrações indesejadas criadas durante o processo de desgaste. Portanto, a carga é medida diretamente, sem necessidade de molas amortecedoras usadas em projetos mais antigos. Um módulo de carregamento oscilante eletroímã paralelo aplica oscilação bem controlada de amplitude desejada de até 20 N e frequência de até 150 Hz.
O atrito é medido com alta precisão diretamente pela força lateral aplicada ao suporte superior. O deslocamento é monitorado in situ, fornecendo informações sobre a evolução do comportamento de desgaste das amostras de teste. O teste de desgaste sob carga oscilatória controlada também pode ser realizado em ambientes de corrosão, alta temperatura, umidade e lubrificação para simular as condições reais de trabalho para as aplicações tribológicas. Uma alta velocidade integrada perfilômetro sem contato mede automaticamente a morfologia da trilha de desgaste e o volume de desgaste em poucos segundos.
Objetivo da medição
Neste estudo, mostramos a capacidade do Tribômetro de Carga Dinâmica Nanovea T2000 em estudar o comportamento tribológico de diferentes revestimentos e amostras de metal sob condições de carga com oscilação controlada.
Procedimento de teste
O comportamento tribológico, por exemplo, coeficiente de atrito, COF e resistência ao desgaste de um revestimento resistente ao desgaste de 300 µm de espessura foi avaliado e comparado pelo Tribômetro Nanovea T2000 com um tribômetro convencional de carga morta usando um pino na configuração de disco seguindo a ASTM G992.
Amostras separadas revestidas com Cu e TiN contra uma bola de Al₂0₃ de 6 mm sob oscilação controlada foram avaliadas pelo Modo Tribologia de Carga Dinâmica do Tribômetro Nanovea T2000.
Os parâmetros de teste estão resumidos na Tabela 1.
O profilômetro 3D integrado equipado com um sensor de linha varre automaticamente a pista de desgaste após os testes, proporcionando a medição mais precisa do volume de desgaste em segundos.
Resultados e Discussão
Sistema de carga pneumática vs. Sistema de carga morta
O comportamento tribológico de um revestimento resistente ao desgaste usando Nanovea T2000 Tribometer é comparado a um tribômetro convencional de carga morta (DL). A evolução do COF do revestimento é mostrada na Fig. 2. Observamos que o revestimento exibe um valor de COF comparável de ~0,6 durante o teste de desgaste. Entretanto, os 20 perfis de seção transversal em diferentes locais da pista de desgaste na Fig. 3 indicam que o revestimento sofreu um desgaste muito mais severo sob o sistema de carga morta.
Vibrações intensas foram geradas pelo processo de desgaste do sistema de carga morta em alta carga e velocidade. A enorme pressão concentrada na face de contato combinada com uma alta velocidade de deslizamento cria um peso substancial e uma vibração na estrutura que leva a um desgaste acelerado. O tribômetro convencional de carga morta aplica carga usando pesos de massa. Este método é confiável em cargas de contato mais baixas sob condições de desgaste suave; entretanto, sob condições de desgaste agressivo em cargas e velocidades maiores, a vibração significativa faz com que os pesos saltem repetidamente, resultando em uma pista de desgaste desigual causando uma avaliação tribológica não confiável. A taxa de desgaste calculada é de 8,0±2,4 x 10-4 mm3/N m, mostrando uma alta taxa de desgaste e grande desvio padrão.
O tribômetro Nanovea T2000 é projetado com um sistema de carga de controle dinâmico para amortecer as oscilações. Ele aplica a carga normal com ar comprimido que minimiza a vibração indesejada criada durante o processo de desgaste. Além disso, o controle ativo de carga em loop fechado garante que uma carga constante seja aplicada durante todo o teste de desgaste e a ponta segue a mudança de profundidade da pista de desgaste. Um perfil de pista de desgaste significativamente mais consistente é medido como mostrado na Fig. 3a, resultando em uma baixa taxa de desgaste de 3,4±0,5 x 10-4 mm3/N m.
A análise da pista de desgaste mostrada na Fig. 4 confirma o teste de desgaste realizado pelo sistema de carga pneumática de ar comprimido do Nanovea T2000 Tribometer cria uma pista de desgaste mais suave e mais consistente em comparação com o tribômetro convencional de carga morta. Além disso, o tribômetro Nanovea T2000 mede o deslocamento da ponta durante o processo de desgaste, fornecendo uma visão mais detalhada do progresso do comportamento do desgaste in situ.
Oscilação controlada sobre o desgaste da amostra de Cu
O módulo eletroímã de carga oscilante paralelo do Nanovea T2000 Tribômetro permite aos usuários investigar o efeito das oscilações de amplitude e freqüência controladas sobre o comportamento de desgaste dos materiais. O COF das amostras do Cu é registrado in situ, como mostrado na Fig. 6. A amostra Cu exibe um COF constante de ~0,3 durante a primeira medição de 330 voltas, significando a formação de um contato estável na interface e uma pista de desgaste relativamente suave. Enquanto o teste de desgaste continua, a variação do COF indica uma mudança no mecanismo de desgaste. Em comparação, os testes de desgaste sob uma oscilação controlada em amplitude de 5 N a 50 N apresentam um comportamento de desgaste diferente: o COF aumenta prontamente no início do processo de desgaste, e mostra uma variação significativa ao longo do teste de desgaste. Tal comportamento do COF indica que a oscilação imposta na carga normal desempenha um papel no estado de deslizamento instável no contato.
A Fig. 7 compara a morfologia da via de desgaste medida pelo profilômetro óptico integrado sem contato. Pode-se observar que a amostra Cu sob uma amplitude de oscilação controlada de 5 N exibe uma pista de desgaste muito maior com um volume de 1,35 x 109 µm3, em comparação com 5,03 x 108 µm3 sob nenhuma oscilação imposta. A oscilação controlada acelera significativamente a taxa de desgaste por um fator de ~2,7, mostrando o efeito crítico da oscilação sobre o comportamento de desgaste.
Oscilação Controlada no Desgaste do Revestimento TiN
As faixas de COF e de desgaste da amostra de revestimento TiN são mostradas na Fig. 8. O revestimento de TiN apresenta comportamentos de desgaste significativamente diferentes sob oscilação, conforme indicado pela evolução do COF durante os testes. O revestimento de TiN mostra um COF constante de ~0,3 após o período de rodagem no início do teste de desgaste, devido ao contato deslizante estável na interface entre o revestimento de TiN e a esfera Al₂O₃. Entretanto, quando o revestimento de TiN começa a falhar, a esfera Al₂O₃ penetra através do revestimento e desliza contra o substrato de aço fresco embaixo. Uma quantidade significativa de resíduos de revestimento TiN duro é gerada na pista de desgaste ao mesmo tempo, transformando um desgaste estável de deslizamento de dois corpos em desgaste por abrasão de três corpos. Tal mudança das características do par de materiais leva ao aumento das variações na evolução do COF. A oscilação imposta de 5 N e 10 N acelera a falha do revestimento de TiN de ~400 rotações para menos de 100 rotações. Os maiores rastros de desgaste nas amostras de revestimento TiN após os testes de desgaste sob a oscilação controlada estão de acordo com tal mudança no COF.
Conclusão
O avançado sistema de carga pneumática do Nanovea T2000 Tribômetro possui uma vantagem intrínseca como um amortecedor de vibrações naturalmente rápido em comparação com os sistemas tradicionais de carga morta. Esta vantagem tecnológica dos sistemas pneumáticos é verdadeira em comparação com os sistemas controlados por carga que utilizam uma combinação de servomotores e molas para aplicar a carga. A tecnologia garante uma avaliação de desgaste confiável e melhor controlada em cargas elevadas, como demonstrado neste estudo. Além disso, o sistema ativo de carga em circuito fechado pode alterar a carga normal para um valor desejado durante testes de desgaste para simular aplicações da vida real vistas em sistemas de freio.
Em vez de ter influência das condições de vibração descontrolada durante os testes, mostramos o Nanovea T2000 Dynamic-Load Tribometer que permite aos usuários avaliar quantitativamente os comportamentos tribológicos dos materiais sob diferentes condições de oscilação controlada. As vibrações têm um papel significativo no comportamento de desgaste das amostras de metal e revestimento cerâmico.
O módulo de carga oscilante de eletroímã paralelo fornece oscilações controladas com precisão em amplitudes e frequências definidas, permitindo aos usuários simular o processo de desgaste sob condições reais quando as vibrações ambientais são freqüentemente um fator importante. Na presença de oscilações impostas durante o desgaste, tanto o Cu quanto as amostras de revestimento TiN exibem uma taxa de desgaste substancialmente maior. A evolução do coeficiente de atrito e do deslocamento da ponta medida in situ são indicadores importantes para o desempenho do material durante as aplicações tribológicas. O profilômetro 3D integrado sem contato oferece uma ferramenta para medir com precisão o volume de desgaste e analisar a morfologia detalhada das faixas de desgaste em segundos, fornecendo mais informações sobre o entendimento fundamental do mecanismo de desgaste.
O T2000 é equipado com um motor auto-ajustável, de alta qualidade e alto torque com uma velocidade interna de 20 bits e um codificador de posição externa de 16 bits. Ele permite que o tribômetro forneça uma faixa inigualável de velocidades de rotação de 0,01 a 5000 rpm que podem mudar em saltos escalonados ou em taxas contínuas. Ao contrário dos sistemas que utilizam um sensor de torque localizado em baixo, o Tribômetro Nanovea utiliza uma célula de carga de alta precisão localizada em cima para medir com precisão e separadamente as forças de atrito.
Os Tribômetros Nanovea oferecem testes de desgaste e atrito precisos e repetíveis usando os modos rotativo e linear compatíveis com ISO e ASTM (incluindo testes de 4 esferas, arruela de pressão e bloco sobre anel), com módulos opcionais de desgaste em alta temperatura, lubrificação e tribo-corrosão disponíveis em um sistema pré-integrado. A gama inigualável do Nanovea T2000 é uma solução ideal para determinar a gama completa de propriedades tribológicas de revestimentos, filmes e substratos finos ou grossos, macios ou duros.
AGORA, VAMOS FALAR SOBRE SUA APLICAÇÃO
Análise de textura de casca de laranja para pintura usando Perfilometria 3D
Análise de textura de casca de laranja para pintura usando Perfilometria 3D
Introdução
O tamanho e a frequência das estruturas de superfície sobre os substratos afetam a qualidade dos revestimentos brilhantes. A textura de casca de laranja da tinta, nomeada por sua aparência, pode se desenvolver a partir da influência do substrato e da técnica de aplicação da tinta. Os problemas de textura são geralmente quantificados pela ondulação, comprimento de onda e o efeito visual que eles têm sobre os revestimentos brilhantes. As menores texturas resultam na redução do brilho enquanto as maiores resultam em ondulações visíveis na superfície revestida. A compreensão do desenvolvimento dessas texturas e sua relação com substratos e técnicas é fundamental para o controle de qualidade.
Importância da Perfilometria para Medição de Textura
Diferentemente dos instrumentos 2D tradicionais usados para medir a textura do brilho, a medição 3D sem contato fornece rapidamente uma imagem 3D usada para entender as características da superfície com a capacidade adicional de investigar rapidamente as áreas de interesse. Sem a velocidade e a análise em 3D, um ambiente de controle de qualidade dependeria apenas de informações em 2D que oferecem pouca previsibilidade de toda a superfície. A compreensão das texturas em 3D permite a melhor seleção de medidas de processamento e controle. A garantia do controle de qualidade de tais parâmetros depende muito de uma inspeção quantificável, reproduzível e confiável. Nanovea 3D sem contato Perfilômetros utilizam a tecnologia confocal cromática para ter a capacidade exclusiva de medir os ângulos acentuados encontrados durante a medição rápida. Os Profilômetros Nanovea são bem-sucedidos onde outras técnicas não conseguem fornecer dados confiáveis devido ao contato da sonda, à variação da superfície, ao ângulo ou à refletividade.
Objetivo da medição
Nesta aplicação, a Nanovea HS2000L mede a textura de casca de laranja de uma tinta brilhante. Há infinitos parâmetros de superfície calculados automaticamente a partir da varredura da superfície 3D. Aqui analisamos uma superfície 3D escaneada quantificando as características da textura de casca de laranja da tinta.
Resultados e Discussão
O Nanovea HS2000L quantificou os parâmetros de isotropia e altura da tinta de casca de laranja. A textura de casca de laranja quantificou a direção do padrão aleatório com a isotropia 94,4%. Os parâmetros de altura quantificam a textura com uma diferença de altura de 24,84µm.
A curva da relação de rolamento na Figura 4 é uma representação gráfica da distribuição de profundidade. Esta é uma característica interativa dentro do software que permite ao usuário visualizar as distribuições e porcentagens em profundidades variáveis. Um perfil extraído na Figura 5 fornece valores úteis de rugosidade para a textura de casca de laranja. A extração de pico acima de um limiar de 144 mícrons mostra a textura de casca de laranja. Estes parâmetros são facilmente ajustados a outras áreas ou parâmetros de interesse.
Conclusão
Nesta aplicação, o Perfilômetro Nanovea HS2000L 3D Sem-Contato caracteriza com precisão tanto a topografia quanto os detalhes nanométricos da textura da casca de laranja da tinta em um revestimento brilhante. As áreas de interesse das medidas de superfície 3D são rapidamente identificadas e analisadas com muitas medidas úteis (Dimensão, Textura de acabamento rugoso, Topografia de forma, Planaridade de deformação plana, Área de volume, Passo-Altura, etc.). As seções transversais 2D escolhidas rapidamente fornecem um conjunto completo de recursos de medição de superfície sobre a textura de brilho. Áreas especiais de interesse podem ser analisadas posteriormente com um módulo AFM integrado. A velocidade do Perfilômetro Nanovea 3D varia de <1 mm/s a 500 mm/s para adequação em aplicações de pesquisa para as necessidades de inspeção de alta velocidade. Os Perfilômetros Nanovea 3D têm uma ampla gama de configurações para se adequar à sua aplicação.
AGORA, VAMOS FALAR SOBRE SUA APLICAÇÃO
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
