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Tribologia das rochas

TRIBOLOGIA ROCHA

USANDO O TRIBÔMETRO NANOVEA

Preparado por

DUANJIE LI, PhD

INTRODUÇÃO

As rochas são compostas por grãos de minerais. O tipo e a abundância destes minerais, bem como a força de ligação química entre os grãos minerais, determinam as propriedades mecânicas e tribológicas das rochas. Dependendo dos ciclos geológicos das rochas, as rochas podem sofrer transformações e são normalmente classificadas em três tipos principais: ígneas, sedimentares e metamórficas. Essas rochas apresentam diferentes composições minerais e químicas, permeabilidades e tamanhos de partículas, e tais características contribuem para sua variada resistência ao desgaste. A tribologia das rochas explora os comportamentos de desgaste e fricção das rochas em diversas condições geológicas e ambientais.

IMPORTÂNCIA DA TRIBOLOGIA ROCHA

Vários tipos de desgaste contra rochas, incluindo abrasão e fricção, ocorrem durante o processo de perfuração de poços, levando a significativas perdas diretas e consequentes atribuídas ao reparo e substituição de brocas e ferramentas de corte. Portanto, o estudo da perfurabilidade, perfurabilidade, capacidade de corte e abrasividade das rochas é fundamental nas indústrias de petróleo, gás e mineração. A pesquisa em tribologia de rochas desempenha um papel fundamental na seleção das estratégias de perfuração mais eficientes e econômicas, aumentando assim a eficiência geral e contribuindo para a conservação de materiais, energia e meio ambiente. Além disso, minimizar o atrito superficial é altamente vantajoso na redução da interação entre a broca de perfuração e a rocha, resultando na diminuição do desgaste da ferramenta e na melhoria da eficiência de perfuração/corte.

OBJETIVO DA MEDIÇÃO

Neste estudo, simulamos e comparamos as propriedades tribológicas de dois tipos de rochas para mostrar a capacidade do NANOVEA T50 Tribômetro na medição do coeficiente de atrito e da taxa de desgaste das rochas de forma controlada e monitorada.

NANOVEA

T50

SAIBA MAIS

AS AMOSTRAS

PROCEDIMENTO DE TESTE

O coeficiente de atrito, COF e a resistência ao desgaste de duas amostras de rocha foram avaliados pelo Tribômetro NANOVEA T50 usando o Módulo de Desgaste Pin-on-Disc. Uma bola de Al2O3 (6 mm de diâmetro) foi usada como contra-material. A trilha de desgaste foi examinada usando o perfilômetro sem contato NANOVEA após os testes. Os parâmetros de teste estão resumidos abaixo. 

A taxa de desgaste, K, foi avaliada usando a fórmula K=V/(F×s)=A/(F×n), onde V é o volume desgastado, F é a carga normal, s é a distância de deslizamento, A é a área da seção transversal da trilha de desgaste e n é o número de revoluções. A rugosidade da superfície e os perfis dos rastros de desgaste foram avaliados com o perfilômetro óptico NANOVEA, e a morfologia dos rastros de desgaste foi examinada usando um microscópio óptico. 

Observe que a bola de Al2O3 como contra-material foi usada como exemplo neste estudo. Qualquer material sólido com formatos diferentes pode ser aplicado usando um acessório personalizado para simular a situação real da aplicação.

PARÂMETROS DE TESTE

SUPERFÍCIE DE AÇO

Calcário, Mármore

RAIO DO ANEL DE DESGASTE 5 mm
FORÇA NORMAL 10 N
DURAÇÃO DO TESTE 10 minutos
SPEED 100 rpm

RESULTADOS & DISCUSSÃO

A dureza (H) e o módulo de elasticidade (E) das amostras de calcário e mármore são comparados na FIGURA 1, utilizando o módulo Micro Indentation do NANOVEA Mechanical Tester. A amostra de calcário apresentou valores mais baixos de H e E, medindo 0,53 e 25,9 GPa, respectivamente, em contraste com o mármore, que registrou valores de 1,07 para H e 49,6 GPa para E. A variabilidade relativamente maior nos valores de H e E observados no A amostra de calcário pode ser atribuída à sua maior heterogeneidade superficial, decorrente de suas características granuladas e porosas.

A evolução do COF durante os testes de desgaste das duas amostras de rocha está representada na FIGURA 2. O calcário inicialmente experimenta um rápido aumento no COF para aproximadamente 0,8 no início do teste de desgaste, mantendo este valor durante toda a duração do teste. Esta mudança abrupta no COF pode ser atribuída à penetração da bola de Al2O3 na amostra de rocha, resultante de um rápido desgaste e processo de rugosidade que ocorre na face de contato dentro da trilha de desgaste. Em contraste, a amostra de mármore apresenta um aumento notável no COF para valores mais elevados após aproximadamente 5 metros de distância de deslizamento, significando a sua resistência ao desgaste superior quando comparada com o calcário.

FIGURA 1: Comparação de dureza e módulo de Young entre amostras de calcário e mármore.

FIGURA 2: Evolução do Coeficiente de Atrito (COF) em amostras de calcário e mármore durante ensaios de desgaste.

A FIGURA 3 compara perfis transversais das amostras de calcário e mármore após os testes de desgaste, e a Tabela 1 resume os resultados da análise dos traços de desgaste. A FIGURA 4 mostra as marcas de desgaste das amostras ao microscópio óptico. A avaliação da trilha de desgaste está alinhada com a observação da evolução do COF: a amostra de mármore, que mantém um COF baixo por um período mais longo, apresenta uma taxa de desgaste menor de 0,0046 mm³/N m, em comparação com 0,0353 mm³/N m para o calcário. As propriedades mecânicas superiores do mármore contribuem para a sua melhor resistência ao desgaste do que o calcário.

FIGURA 3: Perfis transversais das trilhas de desgaste.

ÁREA DO VALE PROFUNDIDADE DO VALE TAXA DE DESGASTE
CALCÁRIO 35,3±5,9 × 104 μm2 229±24 μm 0,0353 milímetros3/Nm
MÁRMORE 4,6±1,2 × 104 μm2 61±15 μm 0,0046 milímetros3/Nm

TABELA 1: Resumo dos resultados da análise do rastro de desgaste.

FIGURA 4: Desgaste de trilhos sob microscópio ótico.

CONCLUSÃO

Neste estudo, demonstramos a capacidade do Tribômetro NANOVEA em avaliar o coeficiente de atrito e resistência ao desgaste de duas amostras de rocha, nomeadamente mármore e calcário, de forma controlada e monitorada. As propriedades mecânicas superiores do mármore contribuem para a sua excepcional resistência ao desgaste. Esta propriedade torna difícil perfurar ou cortar na indústria de petróleo e gás. Por outro lado, prolonga significativamente a sua vida útil quando utilizado como material de construção de alta qualidade, como ladrilhos.

Os tribometros NANOVEA oferecem recursos de teste de desgaste e fricção precisos e repetíveis, aderindo aos padrões ISO e ASTM nos modos rotativo e linear. Além disso, ele fornece módulos opcionais para desgaste em alta temperatura, lubrificação e tribocorrosão, todos perfeitamente integrados em um sistema. A linha incomparável da NANOVEA é uma solução ideal para determinar toda a gama de propriedades tribológicas de revestimentos finos ou espessos, macios ou duros, filmes, substratos e tribologia de rochas.

Análise de Superfície com Shot Peened

ANÁLISE DE SUPERFÍCIE SHOT PEENED

USANDO PROFILÔMETRO 3D SEM CONTATO

Preparado por

CRAIG LEISING

INTRODUÇÃO

O shot peening é um processo no qual um substrato é bombardeado com esferas esféricas de metal, vidro ou cerâmica - comumente chamadas de "shot" - com uma força destinada a induzir plasticidade na superfície. Analisar as características antes e depois do peening fornece informações cruciais para melhorar a compreensão e o controle do processo. A rugosidade da superfície e a área de cobertura das ondulações deixadas pelo disparo são aspectos de interesse especialmente notáveis.

Importância do perfilômetro 3D sem contato para análise de superfície com shot peened

Ao contrário dos perfilômetros de contato tradicionais, que têm sido tradicionalmente usados para análise de superfícies shotpeened, a medição 3D sem contato fornece uma imagem 3D completa para oferecer uma compreensão mais abrangente da área de cobertura e da topografia da superfície. Sem capacidades 3D, uma inspeção dependerá apenas de informações 2D, que são insuficientes para caracterizar uma superfície. Compreender a topografia, a área de cobertura e a rugosidade em 3D é a melhor abordagem para controlar ou melhorar o processo de peening. NANOVEA Perfilômetros 3D sem contato utilizam a tecnologia Chromatic Light com uma capacidade única de medir ângulos acentuados encontrados em superfícies usinadas e marteladas. Além disso, quando outras técnicas falham em fornecer dados confiáveis devido ao contato da sonda, variação da superfície, ângulo ou refletividade, os perfilômetros NANOVEA são bem-sucedidos.

OBJETIVO DA MEDIÇÃO

Nesta aplicação, o perfilômetro sem contato NANOVEA ST400 é usado para medir a matéria-prima e duas superfícies perfuradas de forma diferente para uma análise comparativa. Existe uma lista interminável de parâmetros de superfície que podem ser calculados automaticamente após a digitalização da superfície 3D. Aqui, revisaremos a superfície 3D e selecionaremos as áreas de interesse para análise posterior, incluindo a quantificação e investigação da rugosidade, reentrâncias e área da superfície.

NANOVEA

ST400

SAIBA MAIS
profilômetro óptico sem contato 3d

A AMOSTRA

RESULTADOS

SUPERFÍCIE DE AÇO

ISO 25178 PARÂMETROS DE RUGOSIDADE 3D

SA 0,399 μm Rugosidade Média
Sq 0,516 μm Rugosidade RMS
Sz 5,686 μm Pico a Vale Máximo
Sp 2,976 μm Altura máxima de pico
Sv 2,711 μm Profundidade Máxima do Poço
SKU 3.9344 Curtose
Ssk -0.0113 Skewness
Sal 0,0028 mm Comprimento da autocorrelação
Str 0.0613 Taxa de Aspecto da Textura
Sdar 26,539 mm² Área de Superfície
Svk 0,589 μm Profundidade Reduzida do Vale
 

RESULTADOS

SUPERFÍCIE PEENADA 1

COBERTURA DE SUPERFÍCIE
98.105%

ISO 25178 PARÂMETROS DE RUGOSIDADE 3D

Sa 4,102 μm Rugosidade Média
Sq 5,153 μm Rugosidade RMS
Sz 44,975 μm Pico a Vale Máximo
Sp 24,332 μm Altura máxima de pico
Sv 20,644 μm Profundidade Máxima do Poço
SKU 3.0187 Curtose
Ssk 0.0625 Skewness
Sal 0,0976 milímetros Comprimento da autocorrelação
Str 0.9278 Taxa de Aspecto da Textura
Sdar 29,451 mm² Área de Superfície
Svk 5,008 μm Profundidade Reduzida do Vale

RESULTADOS

SUPERFÍCIE PEENADA 2

COBERTURA DE SUPERFÍCIE 97.366%

ISO 25178 PARÂMETROS DE RUGOSIDADE 3D

Sa 4,330 μm Rugosidade Média
Sq 5,455 μm Rugosidade RMS
Sz 54,013 μm Pico a Vale Máximo
Sp 25,908 μm Altura máxima de pico
Sv 28,105 μm Profundidade Máxima do Poço
SKU 3.0642 Curtose
Ssk 0.1108 Skewness
Sal 0,1034 mm Comprimento da autocorrelação
Str 0.9733 Taxa de Aspecto da Textura
Sdar 29,623 mm² Área de Superfície
Svk 5,167 μm Profundidade Reduzida do Vale

CONCLUSÃO

Neste aplicativo de análise de superfície perfurada, demonstramos como o NANOVEA ST400 3D Non-Contact Profiler caracteriza com precisão a topografia e os detalhes nanométricos de uma superfície perfurada. É evidente que tanto a Superfície 1 quanto a Superfície 2 têm um impacto significativo em todos os parâmetros aqui relatados quando comparados à matéria-prima. Um simples exame visual das imagens revela as diferenças entre as superfícies. Isso é confirmado observando a área de cobertura e os parâmetros listados. Em comparação com a Superfície 2, a Superfície 1 apresenta uma rugosidade média menor (Sa), mossas mais rasas (Sv) e área superficial reduzida (Sdar), mas uma área de cobertura ligeiramente maior.

A partir dessas medições de superfície 3D, as áreas de interesse podem ser prontamente identificadas e submetidas a uma ampla gama de medições, incluindo rugosidade, acabamento, textura, forma, topografia, nivelamento, empenamento, planaridade, volume, altura do degrau e outros. Uma seção transversal 2D pode ser rapidamente escolhida para uma análise detalhada. Esta informação permite uma investigação abrangente de superfícies marteladas, utilizando uma gama completa de recursos de medição de superfície. Áreas específicas de interesse podem ser examinadas com um módulo AFM integrado. Os perfilômetros 3D NANOVEA oferecem velocidades de até 200 mm/s. Eles podem ser personalizados em termos de tamanho, velocidade, recursos de digitalização e podem até mesmo atender aos padrões de Sala Limpa Classe 1. Opções como Indexing Conveyor e integração para uso Inline ou Online também estão disponíveis.

Um agradecimento especial ao Sr. Hayden do IMF por fornecer a amostra mostrada nesta nota. Industrial Metal Finishing Inc. | indmetfin.com

Morfologia da superfície da tinta

MORFOLOGIA DA SUPERFÍCIE DA PINTURA

MONITORAMENTO AUTOMATIZADO DA EVOLUÇÃO EM TEMPO REAL
USANDO O PERFILÔMETRO NANOVEA 3D

Preparado por

DUANJIE LI, PhD

INTRODUÇÃO

As propriedades protetoras e decorativas da tinta desempenham um papel significativo em uma variedade de indústrias, incluindo automotiva, naval, militar e de construção. Para obter as propriedades desejadas, como resistência à corrosão, proteção UV e resistência à abrasão, as fórmulas e arquiteturas de tintas são cuidadosamente analisadas, modificadas e otimizadas.

IMPORTÂNCIA DO PERFILÔMETRO 3D SEM CONTATO PARA ANÁLISE DE MORFOLOGIA DE SUPERFÍCIE DE TINTA DE SECAGEM

A tinta geralmente é aplicada na forma líquida e passa por um processo de secagem, que envolve a evaporação de solventes e a transformação da tinta líquida em um filme sólido. Durante o processo de secagem, a superfície pintada muda progressivamente de forma e textura. Diferentes acabamentos de superfície e texturas podem ser desenvolvidos usando aditivos para modificar a tensão superficial e as propriedades de fluxo da tinta. No entanto, em casos de receita de tinta mal formulada ou tratamento de superfície inadequado, podem ocorrer falhas indesejadas na superfície da tinta.

O monitoramento in situ preciso da morfologia da superfície da tinta durante o período de secagem pode fornecer informações diretas sobre o mecanismo de secagem. Além disso, a evolução em tempo real das morfologias da superfície é uma informação muito útil em diversas aplicações, como a impressão 3D. A NANOVEA Perfilômetros 3D sem contato medir a morfologia da superfície da tinta dos materiais sem tocar na amostra, evitando qualquer alteração de forma que possa ser causada por tecnologias de contato, como uma caneta deslizante.

OBJETIVO DA MEDIÇÃO

Nesta aplicação, o perfilômetro sem contato NANOVEA ST500, equipado com um sensor óptico de linha de alta velocidade, é usado para monitorar a morfologia da superfície da tinta durante seu período de secagem de 1 hora. Mostramos a capacidade do perfilômetro sem contato NANOVEA em fornecer medição de perfil 3D automatizada em tempo real de materiais com mudança de forma contínua.

NANOVEA

ST500

SAIBA MAIS

RESULTADOS & DISCUSSÃO

A tinta foi aplicada na superfície de uma folha de metal, seguida imediatamente por medições automatizadas da evolução da morfologia da tinta de secagem in situ usando o NANOVEA ST500 Non-Contact Profilometer equipado com um sensor de linha de alta velocidade. Uma macro foi programada para medir e registrar automaticamente a morfologia da superfície 3D em intervalos de tempo específicos: 0, 5, 10, 20, 30, 40, 50 e 60 min. Este procedimento de verificação automatizado permite que os usuários executem tarefas de verificação automaticamente, executando procedimentos definidos em sequência, reduzindo significativamente o esforço, o tempo e os possíveis erros do usuário em comparação com o teste manual ou verificações repetidas. Essa automação prova ser extremamente útil para medições de longo prazo envolvendo várias varreduras em diferentes intervalos de tempo.

O sensor de linha óptica gera uma linha brilhante composta por 192 pontos, conforme mostrado na FIGURA 1. Esses 192 pontos de luz varrem a superfície da amostra simultaneamente, aumentando significativamente a velocidade de varredura. Isso garante que cada escaneamento 3D seja concluído rapidamente para evitar mudanças substanciais na superfície durante cada escaneamento individual.

FIGURA 1: Sensor óptico de linha escaneando a superfície da tinta que está secando.

A visualização em cores falsas, a visualização 3D e o perfil 2D da topografia da tinta de secagem em tempos representativos são mostrados na FIGURA 2, FIGURA 3 e FIGURA 4, respectivamente. A cor falsa nas imagens facilita a detecção de características que não são facilmente discerníveis. Diferentes cores representam variações de altura em diferentes áreas da superfície da amostra. A visualização 3D fornece uma ferramenta ideal para os usuários observarem a superfície pintada de diferentes ângulos. Durante os primeiros 30 minutos do teste, as cores falsas na superfície da tinta mudam gradualmente de tons mais quentes para tons mais frios, indicando uma diminuição progressiva da altura ao longo do tempo neste período. Esse processo fica mais lento, como mostra a leve mudança de cor ao comparar a tinta em 30 e 60 minutos.

Os valores médios da altura da amostra e da rugosidade Sa em função do tempo de secagem da tinta estão representados na FIGURA 5. A análise completa da rugosidade da tinta após 0, 30 e 60 minutos de secagem está listada na TABELA 1. Pode-se observar que a altura média da superfície da tinta diminui rapidamente de 471 para 329 µm nos primeiros 30 minutos de tempo de secagem. A textura da superfície se desenvolve ao mesmo tempo que o solvente vaporiza, levando a um aumento do valor de rugosidade Sa de 7,19 para 22,6 µm. O processo de secagem da tinta desacelera a partir daí, resultando em uma diminuição gradual da altura da amostra e do valor de Sa para 317 µm e 19,6 µm, respectivamente, em 60 min.

Este estudo destaca os recursos do perfilômetro sem contato 3D NANOVEA no monitoramento das alterações da superfície 3D da tinta que está secando em tempo real, fornecendo informações valiosas sobre o processo de secagem da tinta. Ao medir a morfologia da superfície sem tocar na amostra, o perfilômetro evita a introdução de alterações de forma na tinta não seca, o que pode ocorrer com tecnologias de contato como a caneta deslizante. Essa abordagem sem contato garante uma análise precisa e confiável da morfologia da superfície da tinta de secagem.

FIGURA 2: Evolução da morfologia da superfície da tinta de secagem em diferentes tempos.

FIGURA 3: Visualização 3D da evolução da superfície da tinta em diferentes tempos de secagem.

FIGURA 4: Perfil 2D na amostra de tinta após diferentes tempos de secagem.

FIGURA 5: Evolução da altura média da amostra e valor de rugosidade Sa em função do tempo de secagem da tinta.

ISO 25178

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

quadrado – Altura da raiz quadrada média | sku- Curtose | Sp- Altura máxima do pico | Sv- Altura máxima do poço | Sz – Altura máxima | Sv- Altura média aritmética

TABELA 1: Rugosidade da pintura em diferentes tempos de secagem.

CONCLUSÃO

Nesta aplicação, mostramos os recursos do perfilômetro sem contato 3D NANOVEA ST500 no monitoramento da evolução da morfologia da superfície da tinta durante o processo de secagem. O sensor óptico de linha de alta velocidade, gerando uma linha com 192 pontos de luz que examinam a superfície da amostra simultaneamente, tornou o estudo eficiente em termos de tempo, garantindo uma precisão incomparável.

A função macro do software de aquisição permite a programação de medições automatizadas da morfologia da superfície 3D in situ, tornando-o particularmente útil para medições de longo prazo envolvendo várias varreduras em intervalos de tempo específicos. Reduz significativamente o tempo, o esforço e o potencial de erros do usuário. As mudanças progressivas na morfologia da superfície são continuamente monitoradas e registradas em tempo real à medida que a tinta seca, fornecendo informações valiosas sobre o mecanismo de secagem da tinta.

Os dados mostrados aqui representam apenas uma fração dos cálculos disponíveis no software de análise. Os perfilômetros NANOVEA são capazes de medir praticamente qualquer superfície, seja ela transparente, escura, refletiva ou opaca.

 

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Teste de Desgaste do Revestimento de PTFE

TESTE DE DESGASTE DE REVESTIMENTO DE PTFE

USANDO TRIBÔMETRO E TESTE MECÂNICO

Preparado por

DUANJIE LI, PhD

INTRODUÇÃO

O politetrafluoretileno (PTFE), comumente conhecido como Teflon, é um polímero com coeficiente de atrito (COF) excepcionalmente baixo e excelente resistência ao desgaste, dependendo das cargas aplicadas. O PTFE exibe inércia química superior, alto ponto de fusão de 327°C (620°F) e mantém alta resistência, tenacidade e autolubrificação em baixas temperaturas. A excepcional resistência ao desgaste dos revestimentos de PTFE os torna altamente procurados em uma ampla gama de aplicações industriais, como automotiva, aeroespacial, médica e, principalmente, utensílios de cozinha.

IMPORTÂNCIA DA AVALIAÇÃO QUANTITATIVA DE REVESTIMENTOS DE PTFE

A combinação de um coeficiente de fricção (COF) superbaixo, excelente resistência ao desgaste e inércia química excepcional em altas temperaturas torna o PTFE a escolha ideal para revestimentos antiaderentes. Para aprimorar ainda mais seus processos mecânicos durante a P&D, bem como garantir o controle ideal sobre prevenção de mau funcionamento e medidas de segurança no processo de Controle de Qualidade, é crucial ter uma técnica confiável para avaliação quantitativa dos processos tribomecânicos de revestimentos de PTFE. O controle preciso sobre o atrito da superfície, desgaste e adesão dos revestimentos é essencial para garantir o desempenho pretendido.

OBJETIVO DA MEDIÇÃO

Nesta aplicação, o processo de desgaste de um revestimento de PTFE para uma panela antiaderente é simulado usando o NANOVEA Tribometer no modo recíproco linear.

NANOVEA T50

Tribômetro compacto de peso livre

SAIBA MAIS

Além disso, o testador mecânico NANOVEA foi usado para realizar um teste de adesão de microarranhões para determinar a carga crítica da falha de adesão do revestimento de PTFE.

NANOVEA PB1000

Testador mecânico de plataforma grande

SAIBA MAIS

PROCEDIMENTO DE TESTE

TESTE DE GUERRA

DESGASTE LINEAR RECIPROCANTE USANDO UM TRIBÔMETRO

O comportamento tribológico da amostra de revestimento de PTFE, incluindo o coeficiente de atrito (COF) e resistência ao desgaste, foi avaliado usando o NANOVEA Tribômetro no modo recíproco linear. Uma ponta esférica de aço inoxidável 440 com diâmetro de 3 mm (Grau 100) foi usada contra o revestimento. O COF foi monitorado continuamente durante o teste de desgaste do revestimento de PTFE.

 

A taxa de desgaste, K, foi calculada usando a fórmula K=V/(F×s)=A/(F×n), onde V representa o volume desgastado, F é a carga normal, s é a distância de deslizamento, A é a área da seção transversal da trilha de desgaste e n é o número de cursos. Os perfis de desgaste foram avaliados usando o NANOVEA Perfilômetro Óptico, e a morfologia da trilha de desgaste foi examinada usando um microscópio óptico.

PARÂMETROS DE TESTE DE DESGASTE

CARREGAR 30 N
DURAÇÃO DO TESTE 5 minutos
TAXA DE DESLIZAMENTO 80 rpm
AMPLITUDE DA PISTA 8mm
REVOLUÇÕES 300
DIÂMETRO DA ESFERA 3 mm
MATERIAL DA ESFERA Aço inoxidável 440
LUBRICANTE Nenhum
ATMOSPHERE Ar
TEMPERATURA 230C (RT)
UMIDADE 43%

PROCEDIMENTO DE TESTE

TESTE DE SCRATCH

TESTE DE ADESÃO DE MICRO RISCOS USANDO TESTE MECÂNICO

A medição da adesão ao risco de PTFE foi realizada usando o NANOVEA Testador Mecânico com uma ponta de diamante Rockwell C 1200 (raio de 200 μm) no modo Micro Scratch Tester.

 

Para garantir a reprodutibilidade dos resultados, três testes foram realizados em condições de teste idênticas.

PARÂMETROS DE TESTE DE ARRANHÕES

TIPO CARREGADO Progressivo
CARGA INICIAL 0,01 mN
CARGA FINAL 20 mN
TAXA DE CARREGAMENTO 40mN/min
COMPRIMENTO DE SCRATCH 3 mm
VELOCIDADE DE REPRESENTAÇÃO, dx/dt 6,0 mm/min
GEOMETRIA INDENTER 120o Rockwell C
MATERIAL INDENTERIAL (dica) Diamante
RAIO DA PONTA INDENTADA 200 μm

RESULTADOS & DISCUSSÃO

DESGASTE LINEAR RECIPROCANTE USANDO UM TRIBÔMETRO

O COF registrado in situ é mostrado na FIGURA 1. A amostra de teste exibiu um COF de ~0,18 durante as primeiras 130 rotações, devido à baixa pegajosidade do PTFE. No entanto, houve um aumento repentino no COF para ~1 quando o revestimento rompeu, revelando o substrato por baixo. Após os testes alternativos lineares, o perfil de desgaste foi medido usando o NANOVEA Perfilômetro óptico sem contato, conforme mostrado na FIGURA 2. A partir dos dados obtidos, a taxa de desgaste correspondente foi calculada como sendo ~2,78 × 10-3 mm3/Nm, enquanto a profundidade da trilha de desgaste foi determinada como sendo 44,94 µm.

Configuração do teste de desgaste do revestimento de PTFE no Tribômetro NANOVEA T50.

FIGURA 1: Evolução do COF durante o teste de desgaste do revestimento de PTFE.

FIGURA 2: Extração de perfil de pista de desgaste PTFE.

PTFE Antes da descoberta

COF máximo 0.217
Mínimo COF 0.125
COF médio 0.177

PTFE Após avanço

COF máximo 0.217
Mínimo COF 0.125
COF médio 0.177

TABELA 1: COF antes e depois do rompimento durante o teste de desgaste.

RESULTADOS & DISCUSSÃO

TESTE DE ADESÃO DE MICRO RISCOS USANDO TESTE MECÂNICO

A adesão do revestimento de PTFE ao substrato é medida usando testes de arranhão com uma ponta de diamante de 200 µm. A micrografia é mostrada na FIGURA 3 e FIGURA 4, Evolução do COF e profundidade de penetração na FIGURA 5. Os resultados do teste de arranhão do revestimento de PTFE estão resumidos na TABELA 4. À medida que a carga na ponta de diamante aumentou, ela penetrou progressivamente no revestimento, resultando em um aumento no COF. Quando uma carga de ~8,5 N foi atingida, o rompimento do revestimento e a exposição do substrato ocorreram sob alta pressão, levando a um alto COF de ~0,3. O St Dev baixo mostrado na TABELA 2 demonstra a repetibilidade do teste de arranhão do revestimento de PTFE conduzido usando o testador mecânico NANOVEA.

FIGURA 3: Micrografia do arranhão completo em PTFE (10X).

FIGURA 4: Micrografia do arranhão completo em PTFE (10X).

FIGURA 5: Gráfico de atrito mostrando a linha do ponto crítico de falha do PTFE.

ARRANHÃO Ponto de Falha [N] Força de Atrito [N] COF
1 0.335 0.124 0.285
2 0.337 0.207 0.310
3 0.380 0.229 0.295
Média 8.52 2.47 0.297
St dev 0.17 0.16 0.012

TABELA 2: Resumo da carga crítica, força de atrito e COF durante o teste de raspagem.

CONCLUSÃO

Neste estudo, realizamos uma simulação do processo de desgaste de um revestimento de PTFE para panelas antiaderentes usando o Tribômetro NANOVEA T50 no modo recíproco linear. O revestimento de PTFE exibiu um baixo COF de ~0,18, o revestimento experimentou um avanço em torno de 130 revoluções. A avaliação quantitativa da adesão do revestimento de PTFE ao substrato de metal foi realizada usando o NANOVEA Mechanical Tester, que determinou a carga crítica da falha de adesão do revestimento em ~8,5 N neste teste.

 

Os tribômetros NANOVEA oferecem recursos de teste de atrito e desgaste precisos e repetíveis usando modos rotativos e lineares compatíveis com ISO e ASTM. Eles fornecem módulos opcionais para desgaste em alta temperatura, lubrificação e tribocorrosão, todos integrados em um único sistema. Essa versatilidade permite que os usuários simulem ambientes de aplicação do mundo real com mais precisão e compreendam melhor os mecanismos de desgaste e as propriedades tribológicas de diferentes materiais.

 

Os Testadores Mecânicos NANOVEA oferecem módulos Nano, Micro e Macro, cada um dos quais inclui modos de teste de indentação, arranhão e desgaste compatíveis com ISO e ASTM, fornecendo a mais ampla e amigável gama de recursos de teste disponíveis em um único sistema.

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Mapeamento de desgaste progressivo de pisos usando tribômetro

Mapeamento de desgaste progressivo de pisos

Uso do Tribômetro com Profilômetro integrado

Preparado por

LIU FRANCA

INTRODUÇÃO

Os materiais do piso são projetados para serem duráveis, mas muitas vezes sofrem desgaste devido às atividades cotidianas, como movimento e uso de móveis. Para garantir sua longevidade, a maioria dos tipos de piso possui uma camada protetora contra desgaste que resiste a danos. No entanto, a espessura e a durabilidade da camada de desgaste variam dependendo do tipo de piso e do nível de tráfego de pedestres. Além disso, diferentes camadas dentro da estrutura do piso, como revestimentos UV, camadas decorativas e esmaltes, apresentam taxas de desgaste variadas. É aí que entra o mapeamento de desgaste progressivo. Usando o Tribômetro NANOVEA T2000 com um Perfilômetro 3D sem contato, monitoramento preciso e análise do desempenho e longevidade dos materiais de piso podem ser feitos. Ao fornecer informações detalhadas sobre o comportamento de desgaste de vários materiais de piso, cientistas e profissionais técnicos podem tomar decisões mais informadas ao selecionar e projetar novos sistemas de piso.

IMPORTÂNCIA DO MAPEAMENTO DE DESGASTE PROGRESSIVO PARA PAINÉIS DE PISO

Tradicionalmente, os testes de pisos têm se concentrado na taxa de desgaste de uma amostra para determinar sua durabilidade contra o desgaste. No entanto, o mapeamento de desgaste progressivo permite analisar a taxa de desgaste da amostra durante todo o teste, fornecendo informações valiosas sobre seu comportamento de desgaste. Essa análise aprofundada permite correlações entre os dados de atrito e a taxa de desgaste, o que pode identificar as causas principais do desgaste. Deve-se observar que as taxas de desgaste não são constantes durante os testes de desgaste. Portanto, observar a progressão do desgaste proporciona uma avaliação mais precisa do desgaste da amostra. Indo além dos métodos de teste tradicionais, a adoção do mapeamento de desgaste progressivo contribuiu para avanços significativos no campo de testes de pisos.

O Tribômetro NANOVEA T2000 com perfilômetro 3D sem contato integrado é uma solução inovadora para testes de desgaste e medições de perda de volume. Sua capacidade de se mover com precisão entre o pino e o perfilômetro garante a confiabilidade dos resultados, eliminando qualquer desvio no raio ou localização da trilha de desgaste. Mas isso não é tudo – os recursos avançados do perfilômetro sem contato 3D permitem medições de superfície em alta velocidade, reduzindo o tempo de digitalização para meros segundos. Com capacidade de aplicar cargas de até 2.000 N e atingir velocidades de fiação de até 5.000 rpm, a NANOVEA T2000 Tribômetro oferece versatilidade e precisão no processo de avaliação. Está claro que este equipamento desempenha um papel vital no mapeamento do desgaste progressivo.

 

FIGURA 1: Configuração da amostra antes do teste de desgaste (esquerda) e profilometria da trilha de desgaste após o teste de desgaste (direita).

OBJETIVO DA MEDIÇÃO

O teste de mapeamento de desgaste progressivo foi realizado em dois tipos de materiais de piso: pedra e madeira. Cada amostra foi submetida a um total de 7 ciclos de teste, com durações crescentes de 2, 4, 8, 20, 40, 60 e 120 s, permitindo uma comparação do desgaste ao longo do tempo. Após cada ciclo de teste, a trilha de desgaste foi perfilada usando o NANOVEA 3D Non-Contact Profilometer. A partir dos dados coletados pelo perfilômetro, o volume do furo e a taxa de desgaste podem ser analisados usando os recursos integrados do software NANOVEA Tribometer ou do nosso software de análise de superfície, Mountains.

NANOVEA

T2000

SAIBA MAIS
tribômetro
amostras de teste de mapeamento de desgaste de madeira e pedra

 AS AMOSTRAS 

PARÂMETROS DE TESTE DE MAPEAMENTO DE DESGASTE

CARREGAR40 N
DURAÇÃO DO TESTEvaria
SPEED200 rpm
RADIUS10 mm
DISTÂNCIAvaria
MATERIAL DA ESFERACarbeto de tungstênio
DIÂMETRO DA ESFERA10 mm

A duração do teste usada nos 7 ciclos foi 2, 4, 8, 20, 40, 60 e 120 segundosrespectivamente. As distâncias percorridas foram 0,40, 0,81, 1,66, 4,16, 8,36, 12,55 e 25,11 metros.

RESULTADOS DO MAPEAMENTO DE DESGASTE

PISO DE MADEIRA

Ciclo de testeCOF máximoMínimo COFAvg. COF
10.3350.1240.275
20.3370.2070.295
30.3800.2290.329
40.3930.2650.354
50.3520.2050.314
60.3450.1990.312
70.3150.2110.293

 

ORIENTAÇÃO RADIAL

Ciclo de testePerda de volume total (µm3)Distância total
Percorrida (m)		Taxa de desgaste
(mm/Nm) x10-5		Taxa de desgaste instantâneo
(mm/Nm) x10-5
12962476870.401833.7461833.746
23552452271.221093.260181.5637
35963713262.88898.242363.1791
48837477677.04530.629172.5496
5120717995115.40360.88996.69074
6147274531827.95293.32952.89311
7185131921053.06184.34337.69599
taxa de desgaste progressivo da madeira versus distância total

FIGURA 2: Taxa de desgaste versus distância total percorrida (esquerda)
e taxa de desgaste instantâneo versus ciclo de teste (direita) para pisos de madeira.

mapeamento do desgaste progressivo do piso de madeira

FIGURA 3: Gráfico COF e visualização 3D do rastro de desgaste do teste #7 em piso de madeira.

perfil extraído do mapeamento de desgaste

FIGURA 4: Análise da seção transversal da trilha de desgaste de madeira do teste #7

mapeamento progressivo de desgaste análise de volume e área

FIGURA 5: Análise de volume e área da trilha de desgaste no teste de amostra de madeira #7.

Para obter detalhes completos sobre os resultados, clique aqui.

RESULTADOS DO MAPEAMENTO DE DESGASTE

PISO DE PEDRA

Ciclo de testeCOF máximoMínimo COFAvg. COF
10.2490.0350.186
20.3490.1970.275
30.2940.1540.221
40.5030.1240.273
50.5480.1060.390
60.5100.1290.434
70.5270.1810.472

 

ORIENTAÇÃO RADIAL

Ciclo de testePerda de volume total (µm3)Distância total
Percorrida (m)		Taxa de desgaste
(mm/Nm) x10-5		Taxa de desgaste instantâneo
(mm/Nm) x10-5
1962788460.40595.957595.9573
28042897311.222475.1852178.889
313161478552.881982.355770.9501
431365302157.041883.2691093.013
51082173218015.403235.1802297.508
62017496034327.954018.2821862.899
74251206342053.064233.0812224.187
taxa de desgaste do piso de pedra versus distância
Gráfico de taxa de desgaste instantâneo de pisos de pedra

FIGURA 6: Taxa de desgaste versus distância total percorrida (esquerda)
e taxa de desgaste instantâneo versus ciclo de teste (direita) para pisos de pedra.

piso de pedra perfil 3d da pista de desgaste

FIGURA 7: Gráfico COF e visualização 3D do rastro de desgaste do teste #7 em piso de pedra.

mapeamento de desgaste progressivo do piso de pedra extraído do perfil
perfil extraído do piso de pedra profundidade e altura máximas área do furo e do pico

FIGURA 8: Análise de seção transversal da trilha de desgaste de pedra do teste #7.

Análise de volume de mapeamento de desgaste progressivo de pisos de madeira

FIGURA 9: Análise de volume e área da trilha de desgaste no teste de amostra de pedra #7.


Para obter detalhes completos sobre os resultados, clique aqui.

DISCUSSÃO

A taxa de desgaste instantânea é calculada com a seguinte equação:
mapeamento do desgaste progressivo da fórmula do piso

Onde V é o volume de um furo, N é a carga e X é a distância total, essa equação descreve a taxa de desgaste entre os ciclos de teste. A taxa de desgaste instantânea pode ser usada para identificar melhor as alterações na taxa de desgaste durante o teste.

Ambas as amostras têm comportamentos de desgaste muito diferentes. Com o tempo, o piso de madeira começa com uma alta taxa de desgaste, mas cai rapidamente para um valor menor e estável. No caso do piso de pedra, a taxa de desgaste parece começar em um valor baixo e tende a um valor mais alto ao longo dos ciclos. A taxa de desgaste instantâneo também apresenta pouca consistência. Não se sabe ao certo o motivo específico da diferença, mas pode ser devido à estrutura das amostras. O piso de pedra parece consistir de partículas soltas semelhantes a grãos, que se desgastariam de forma diferente em comparação com a estrutura compacta da madeira. Testes e pesquisas adicionais seriam necessários para determinar a causa desse comportamento de desgaste.

Os dados do coeficiente de atrito (COF) parecem concordar com o comportamento de desgaste observado. O gráfico do COF do piso de madeira parece consistente ao longo dos ciclos, complementando sua taxa de desgaste constante. Para o piso de pedra, o COF médio aumenta ao longo dos ciclos, da mesma forma que a taxa de desgaste também aumenta com os ciclos. Também há mudanças aparentes na forma dos gráficos de atrito, sugerindo mudanças na forma como a bola está interagindo com a amostra de pedra. Isso é mais evidente no ciclo 2 e no ciclo 4.

CONCLUSÃO

O tribômetro NANOVEA T2000 demonstra sua capacidade de realizar o mapeamento progressivo do desgaste, analisando a taxa de desgaste entre duas amostras diferentes de pisos. Pausar o teste de desgaste contínuo e escanear a superfície com o NANOVEA 3D Non-Contact Profilometer fornece informações valiosas sobre o comportamento de desgaste do material ao longo do tempo.

O tribômetro NANOVEA T2000 com o perfilômetro 3D sem contato integrado fornece uma ampla variedade de dados, incluindo dados de COF (coeficiente de atrito), medições de superfície, leituras de profundidade, visualização de superfície, perda de volume, taxa de desgaste e muito mais. Esse conjunto abrangente de informações permite que os usuários obtenham uma compreensão mais profunda das interações entre o sistema e a amostra. Com sua carga controlada, alta precisão, facilidade de uso, alta carga, ampla faixa de velocidade e módulos ambientais adicionais, o Tribômetro NANOVEA T2000 leva a tribologia para o próximo nível.

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Análise mecânica dinâmica da cortiça usando nanoindentação

ANÁLISE MECÂNICA DINÂMICA

DE CORTIÇA USANDO NANOINDENTAÇÃO

Preparado por

LIU FRANCA

INTRODUÇÃO

A Análise Mecânica Dinâmica (DMA) é uma técnica poderosa usada para investigar as propriedades mecânicas dos materiais. Nesta aplicação, nos concentramos na análise da cortiça, um material amplamente utilizado nos processos de vedação e envelhecimento do vinho. A cortiça, obtida da casca do carvalho Quercus suber, apresenta estruturas celulares distintas que proporcionam propriedades mecânicas semelhantes às dos polímeros sintéticos. Em um eixo, a cortiça tem estrutura de favo de mel. Os outros dois eixos são estruturados em múltiplos prismas retangulares. Isso confere à cortiça propriedades mecânicas diferentes, dependendo da orientação que está sendo testada.

IMPORTÂNCIA DO TESTE DE ANÁLISE MECÂNICA DINÂMICA (DMA) NA AVALIAÇÃO DAS PROPRIEDADES MECÂNICAS DA CORTIÇA

A qualidade das rolhas depende muito de suas propriedades mecânicas e físicas, que são cruciais para sua eficácia na vedação do vinho. Entre os principais fatores que determinam a qualidade da cortiça estão a flexibilidade, o isolamento, a resiliência e a impermeabilidade a gases e líquidos. Ao utilizar o teste de análise mecânica dinâmica (DMA), podemos avaliar quantitativamente as propriedades de flexibilidade e resiliência das rolhas, fornecendo um método confiável de avaliação.

O testador mecânico PB1000 da NANOVEA no Nanoindentação O modo DMA permite a caracterização dessas propriedades, especificamente o módulo de Young, o módulo de armazenamento, o módulo de perda e o tan delta (tan (δ)). O teste de DMA também permite a coleta de dados valiosos sobre mudança de fase, dureza, tensão e deformação do material de cortiça. Por meio dessas análises abrangentes, obtemos insights mais profundos sobre o comportamento mecânico das rolhas e sua adequação para aplicações de vedação de vinhos.

OBJETIVO DA MEDIÇÃO

Neste estudo, realizamos uma análise dinâmico-mecânica (DMA) em quatro rolhas de cortiça usando o NANOVEA PB1000 Mechanical Tester no modo de nanoindentação. A qualidade das rolhas de cortiça é rotulada como: 1 - Flor, 2 - Primeira, 3 - Colmatada, 4 - Borracha sintética. Os testes de indentação DMA foram realizados nas direções axial e radial para cada rolha de cortiça. Ao analisar a resposta mecânica das rolhas de cortiça, nosso objetivo foi obter informações sobre seu comportamento dinâmico e avaliar seu desempenho sob diferentes orientações.

NANOVEA

PB1000

SAIBA MAIS

PARÂMETROS DE TESTE

FORÇA MÁXIMA75 mN
TAXA DE CARREGAMENTO150 mN/min
TAXA DE DESLOCAÇÃO150 mN/min
AMPLITUDE5 mN
FREQÜÊNCIA1 Hz
CREEP60 s

tipo indenter

Bola

51200 Aço

3 mm de diâmetro

RESULTADOS

Nas tabelas e gráficos abaixo, o módulo de Young, o módulo de armazenamento, o módulo de perda e o tan delta são comparados entre cada amostra e orientação.

Módulo de Young: Stiffness; valores altos indicam stiff, valores baixos indicam flexible.

Módulo de armazenamento: Resposta elástica; energia armazenada no material.

Módulo de perda: Resposta viscosa; energia perdida devido ao calor.

Tan (δ): Amortecimento; valores altos indicam mais amortecimento.

ORIENTAÇÃO AXIAL

RolhaMÓDULO DE YOUNGMÓDULO DE ARMAZENAMENTOMÓDULO PERDIDOTAN
#(MPa)(MPa)(MPa)(δ)
122.567522.272093.6249470.162964
218.5466418.271533.1623490.17409
323.7538123.472673.6178190.154592
423.697223.580642.3470080.099539



ORIENTAÇÃO RADIAL

RolhaMÓDULO DE YOUNGMÓDULO DE ARMAZENAMENTOMÓDULO PERDIDOTAN
#(MPa)(MPa)(MPa)(δ)
124.7886324.565423.3082240.134865
226.6661426.317394.2862160.163006
344.0786743.614266.3659790.146033
428.0475127.941482.4359780.087173

MÓDULO DE YOUNG

MÓDULO DE ARMAZENAMENTO

MÓDULO PERDIDO

TAN DELTA

Entre as rolhas de cortiça, o módulo de Young não é muito diferente quando testado na orientação axial. Apenas as rolhas #2 e #3 apresentaram uma diferença aparente no módulo de Young entre as direções radial e axial. Como resultado, o módulo de armazenamento e o módulo de perda também serão maiores na direção radial do que na direção axial. A rolha #4 apresenta características semelhantes às das rolhas de cortiça natural, exceto no módulo de perda. Isso é bastante interessante, pois significa que a cortiça natural tem uma propriedade mais viscosa do que o material de borracha sintética.

CONCLUSÃO

A NANOVEA Testador Mecânico no modo Nano Scratch Tester permite a simulação de muitas falhas reais de revestimentos de pintura e revestimentos duros. Ao aplicar cargas crescentes de forma controlada e monitorada de perto, o instrumento permite identificar em que carga ocorrem falhas. Isso pode então ser usado como uma forma de determinar valores quantitativos de resistência a arranhões. Sabe-se que o revestimento testado, sem desgaste, apresenta uma primeira fissura a cerca de 22 mN. Com valores mais próximos de 5 mN, fica claro que a volta de 7 anos degradou a pintura.

A compensação do perfil original permite obter a profundidade corrigida durante o arranhão e também medir a profundidade residual após o arranhão. Isso fornece informações adicionais sobre o comportamento plástico versus elástico do revestimento sob carga crescente. Tanto as rachaduras quanto as informações sobre deformação podem ser de grande utilidade para melhorar o revestimento duro. Os desvios padrão muito pequenos também demonstram a reprodutibilidade da técnica do instrumento, o que pode ajudar os fabricantes a melhorar a qualidade de seu revestimento/pintura e a estudar os efeitos das intempéries.

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Nano Scratch & Mar Testing de tinta em substrato metálico

Nano Scratch & Mar Testing

de tinta em substrato metálico

Preparado por

SUSANA CABELLO

INTRODUÇÃO

A tinta com ou sem revestimento duro é um dos revestimentos mais comumente usados. Nós a vemos em carros, paredes, eletrodomésticos e em praticamente qualquer coisa que precise de algum revestimento protetor ou simplesmente para fins estéticos. As tintas destinadas à proteção do substrato subjacente geralmente contêm produtos químicos que evitam que a tinta pegue fogo ou simplesmente que ela perca a cor ou rache. Muitas vezes, a tinta usada para fins estéticos vem em várias cores, mas pode não ser necessariamente destinada à proteção do substrato ou a uma longa vida útil.

No entanto, toda tinta sofre algum desgaste com o tempo. O desgaste da tinta muitas vezes pode alterar as propriedades que os fabricantes pretendiam que ela tivesse. Ela pode lascar mais rapidamente, descascar com o calor, perder a cor ou rachar. As diferentes mudanças de propriedade da tinta ao longo do tempo são a razão pela qual os fabricantes oferecem uma seleção tão ampla. As tintas são feitas sob medida para atender a diferentes requisitos de clientes individuais.

IMPORTÂNCIA DO TESTE DE NANO-RISCOS PARA O CONTROLE DE QUALIDADE

Uma das principais preocupações dos fabricantes de tintas é a capacidade do produto de resistir a rachaduras. Quando a tinta começa a rachar, ela deixa de proteger o substrato em que foi aplicada e, portanto, não satisfaz o cliente. Por exemplo, se um galho atingir a lateral de um carro e imediatamente depois a tinta começar a lascar, os fabricantes da tinta perderão o negócio devido à má qualidade da tinta. A qualidade da tinta é muito importante porque, se o metal sob a tinta ficar exposto, ele pode começar a enferrujar ou corroer devido à nova exposição.

 

Razões como essa se aplicam a vários outros espectros, como suprimentos domésticos e de escritório e eletrônicos, brinquedos, ferramentas de pesquisa e muito mais. Embora a tinta possa ser resistente a rachaduras quando aplicada pela primeira vez em revestimentos de metal, as propriedades podem mudar com o tempo, quando ocorre algum desgaste na amostra. Por isso, é muito importante que as amostras de tinta sejam testadas em seu estágio de intemperismo. Embora as rachaduras sob alta carga de estresse possam ser inevitáveis, o fabricante deve prever o grau de enfraquecimento das mudanças ao longo do tempo e a profundidade do arranhão afetado para oferecer aos consumidores os melhores produtos possíveis.

OBJETIVO DA MEDIÇÃO

Devemos simular o processo de arranhar de forma controlada e monitorada para observar os efeitos do comportamento da amostra. Nesse aplicativo, o testador mecânico NANOVEA PB1000 no modo Nano Scratch Testing é usado para medir a carga necessária para causar falha em uma amostra de tinta de 30-50 μm de espessura com aproximadamente 7 anos de idade em um substrato de metal.

Um estilete com ponta de diamante de 2 μm é usado em uma carga progressiva que varia de 0,015 mN a 20,00 mN para riscar o revestimento. Realizamos uma varredura antes e depois da pintura com carga de 0,2 mN para determinar o valor da profundidade real do arranhão. A profundidade real analisa a deformação plástica e elástica da amostra durante o teste, enquanto a varredura posterior analisa apenas a deformação plástica do arranhão. O ponto em que o revestimento falha por rachadura é considerado o ponto de falha. Usamos a ASTMD7187 como guia para determinar nossos parâmetros de teste.

 

Podemos concluir que o fato de termos usado uma amostra desgastada, portanto, testando uma amostra de tinta em seu estágio mais fraco, nos apresentou pontos de falha menores.

 

Cinco testes foram realizados nessa amostra para

determinar as cargas críticas de falha exatas.

NANOVEA

PB1000

SAIBA MAIS

PARÂMETROS DE TESTE

seguintes ASTM D7027

A superfície de um padrão de rugosidade foi escaneada usando um NANOVEA ST400 equipado com um sensor de alta velocidade que gera uma linha brilhante de 192 pontos, conforme mostrado na FIGURA 1. Esses 192 pontos escaneiam a superfície da amostra ao mesmo tempo, o que resulta em um aumento significativo da velocidade de escaneamento.

TIPO CARREGADO Progressivo
CARGA INICIAL 0,015 mN
CARGA FINAL 20 mN
TAXA DE CARREGAMENTO 20 mN/min
COMPRIMENTO DE SCRATCH 1,6 mm
VELOCIDADE DE RASTREAMENTO, dx/dt 1.601 mm/min
CARREGAMENTO DE PRÉ-ESCANEAMENTO 0,2 mN
CARGA PÓS-SCAN 0,2 mN
Indenter cônico 90° Cone 2 µm de raio de ponta

tipo indenter

Cônico

Cone de diamante 90°

Raio da ponta de 2 µm

Indenter cônico Cone de 90° de diamante Raio da ponta de 2 µm

RESULTADOS

Esta seção apresenta os dados coletados sobre as falhas durante o teste de arranhão. A primeira seção descreve as falhas observadas no teste de arranhão e define as cargas críticas que foram relatadas. A próxima parte contém uma tabela de resumo das cargas críticas para todas as amostras e uma representação gráfica. A última parte apresenta resultados detalhados para cada amostra: as cargas críticas para cada arranhão, micrografias de cada falha e o gráfico do teste.

FALHAS OBSERVADAS E DEFINIÇÃO DE CARGAS CRÍTICAS

FALHA CRÍTICA:

DANOS INICIAIS

Esse é o primeiro ponto em que o dano é observado ao longo da trilha de arranhões.

nano arranhão falha crítica dano inicial

FALHA CRÍTICA:

DANO TOTAL

Nesse ponto, o dano é mais significativo, onde a pintura está lascando e rachando ao longo da trilha de arranhões.

nano arranhão falha crítica dano completo

RESULTADOS DETALHADOS

* Valores de falha obtidos no ponto de rachadura do substrato.

CARGAS CRÍTICAS
SCRATCH DANO INICIAL [mN] DANO COMPLETO [µm]
1 14.513 4.932
2 3.895 4.838
3 3.917 4.930
MÉDIA 3.988 4.900
STD DEV 0.143 0.054
Micrografia de arranhão total do teste de nano arranhão (ampliação de 1000x).

FIGURA 2: Micrografia do arranhão completo (ampliação de 1000x).

Micrografia do dano inicial do teste de nanoarranhões (ampliação de 1000x)

FIGURA 3: Micrografia do dano inicial (ampliação de 1000x).

Micrografia de dano completo do teste de nanoarranhões (ampliação de 1000x).

FIGURA 4: Micrografia de dano completo (ampliação de 1000x).

Força de atrito e coeficiente de atrito do teste de nanoarranhões lineares

FIGURA 5: Força de atrito e coeficiente de atrito.

Perfil de superfície de nano arranhões lineares

FIGURA 6: Perfil da superfície.

Profundidade real e profundidade residual do teste de nanoarranhões lineares

FIGURA 7: Profundidade real e profundidade residual.

CONCLUSÃO

A NANOVEA Testador Mecânico no Nano Scratch Tester permite a simulação de muitas falhas reais de revestimentos de tinta e revestimentos duros. Ao aplicar cargas crescentes de forma controlada e monitorada de perto, o instrumento permite identificar em que carga ocorrem as falhas. Isso pode ser usado como uma forma de determinar valores quantitativos para a resistência a arranhões. O revestimento testado, sem intempéries, é conhecido por ter uma primeira rachadura em cerca de 22 mN. Com valores mais próximos de 5 mN, fica claro que a pintura foi degradada pela passagem de 7 anos.

A compensação do perfil original permite obter a profundidade corrigida durante o arranhão e medir a profundidade residual após o arranhão. Isso fornece informações adicionais sobre o comportamento plástico versus elástico do revestimento sob carga crescente. Tanto as rachaduras quanto as informações sobre deformação podem ser de grande utilidade para melhorar o revestimento duro. Os desvios padrão muito pequenos também demonstram a reprodutibilidade da técnica do instrumento, o que pode ajudar os fabricantes a melhorar a qualidade de seu revestimento/pintura e a estudar os efeitos das intempéries.

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Inspeção de mapeamento de rugosidade usando perfilometria 3D

INSPEÇÃO DE MAPEAMENTO DE RUGOSIDADE

USANDO A PROFILOMETRIA 3D

Preparado por

DUANJIE, PhD

INTRODUÇÃO

A rugosidade e a textura da superfície são fatores críticos que afetam a qualidade final e o desempenho de um produto. Uma compreensão completa da rugosidade, da textura e da consistência da superfície é essencial para selecionar as melhores medidas de processamento e controle. A inspeção em linha rápida, quantificável e confiável das superfícies dos produtos é necessária para identificar os produtos defeituosos a tempo e otimizar as condições da linha de produção.

IMPORTÂNCIA DO PROFILÔMETRO 3D SEM CONTATO PARA A INSPEÇÃO DE SUPERFÍCIE EM LINHA

Defeitos superficiais em produtos resultam do processamento de materiais e da fabricação do produto. A inspeção de qualidade de superfície em linha garante o mais rigoroso controle de qualidade dos produtos finais. NANOVEA Perfiladores ópticos 3D sem contato utilizam a tecnologia Chromatic Light com capacidade exclusiva para determinar a rugosidade de uma amostra sem contato. O sensor de linha permite a digitalização do perfil 3D de uma grande superfície em alta velocidade. 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 NANOVEA ST400 equipado com um sensor de alta velocidade é usado para inspecionar a superfície de uma amostra de teflon com defeito para mostrar a capacidade do NANOVEA

Profilômetros sem contato para fornecer inspeção de superfície rápida e confiável em uma linha de produção.

NANOVEA

ST400

SAIBA MAIS

RESULTADOS & DISCUSSÃO

Análise de superfície 3D do Amostra padrão de rugosidade

A superfície de um padrão de rugosidade foi escaneada usando um NANOVEA ST400 equipado com um sensor de alta velocidade que gera uma linha brilhante de 192 pontos, conforme mostrado na FIGURA 1. Esses 192 pontos escaneiam a superfície da amostra ao mesmo tempo, o que resulta em um aumento significativo da velocidade de escaneamento.

A FIGURA 2 mostra visualizações em falsa cor do Mapa de Altura da Superfície e do Mapa de Distribuição de Rugosidade da Amostra Padrão de Rugosidade. Na FIGURA 2a, o padrão de rugosidade exibe uma superfície ligeiramente inclinada, conforme representado pelo gradiente de cores variadas em cada um dos blocos de rugosidade padrão. Na FIGURA 2b, a distribuição homogênea da rugosidade é mostrada em diferentes blocos de rugosidade, cuja cor representa a rugosidade nos blocos.

A FIGURA 3 mostra os exemplos dos mapas de aprovação/reprovação gerados pelo software de análise com base em diferentes limites de rugosidade. Os blocos de rugosidade são destacados em vermelho quando a rugosidade da superfície está acima de um determinado valor limite definido. Isso fornece uma ferramenta para o usuário configurar um limite de rugosidade para determinar a qualidade do acabamento da superfície de uma amostra.

FIGURA 1: Varredura do sensor de linha óptica na amostra Roughness Standard

a. Mapa de altura da superfície:

b. Mapa de rugosidade:

FIGURA 2: Visualizações em falsa cor do mapa de altura da superfície e do mapa de distribuição de rugosidade da amostra padrão de rugosidade.

FIGURA 3: Mapa de aprovação/reprovação com base no limite de rugosidade.

Inspeção da superfície de uma amostra de teflon com defeitos

O Mapa de Altura da Superfície, o Mapa de Distribuição de Rugosidade e o Mapa de Limite de Rugosidade Aprovado/Reprovado da superfície da amostra Teflon são mostrados na FIGURA 4. A amostra de Teflon tem uma forma de cume no centro direito da amostra, conforme mostrado no mapa de altura da superfície.

a. Mapa de altura da superfície:

As diferentes cores na paleta da FIGURA 4b representam o valor da rugosidade na superfície local. O mapa de rugosidade exibe uma rugosidade homogênea na área intacta da amostra de Teflon. No entanto, os defeitos, na forma de um anel recuado e uma cicatriz de desgaste, são destacados em cores vivas. O usuário pode configurar facilmente um limite de rugosidade de Aprovado/Reprovado para localizar os defeitos de superfície, conforme mostrado na FIGURA 4c. Essa ferramenta permite aos usuários monitorar in situ a qualidade da superfície do produto na linha de produção e descobrir produtos defeituosos a tempo. O valor de rugosidade em tempo real é calculado e registrado à medida que os produtos passam pelo sensor óptico em linha, o que pode servir como uma ferramenta rápida e confiável para o controle de qualidade.

b. Mapa de rugosidade:

c. Mapa de limiar de rugosidade de aprovação/reprovação:

FIGURA 4: Mapa de altura da superfície, mapa de distribuição de rugosidade e Mapa de limiar de rugosidade de aprovação/reprovação da superfície da amostra do Teflon.

CONCLUSÃO

Nessa aplicação, mostramos como o NANOVEA ST400 3D Non-Contact Optical Profiler equipado com um sensor de linha óptica funciona como uma ferramenta confiável de controle de qualidade de maneira eficaz e eficiente.

O sensor de linha óptica gera uma linha brilhante de 192 pontos que escaneiam a superfície da amostra ao mesmo tempo, o que resulta em um aumento significativo da velocidade de escaneamento. Ele pode ser instalado na linha de produção para monitorar a rugosidade da superfície dos produtos in situ. O limite de rugosidade funciona como um critério confiável para determinar a qualidade da superfície dos produtos, permitindo que os usuários percebam os produtos defeituosos a tempo.

Os dados mostrados aqui representam apenas uma parte dos cálculos disponíveis no software de análise. Os Profilômetros NANOVEA medem praticamente qualquer superfície em campos como Semicondutores, Microeletrônica, Solar, Fibra Ótica, Automotivo, Aeroespacial, Metalurgia, Usinagem, Revestimentos, Farmacêutico, Biomédico, Ambiental e muitos outros.

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Dureza de Arranhão a Alta Temperatura usando um Tribômetro

DUREZA DE ARRANHÕES A ALTAS TEMPERATURAS

USANDO UM TRIBÔMETRO

Preparado por

DUANJIE, PhD

INTRODUÇÃO

A dureza mede a resistência dos materiais à deformação permanente ou plástica. Desenvolvido originalmente por um mineralogista alemão Friedrich Mohs em 1820, o teste de dureza de arranhões determina a dureza de um material a arranhões e abrasão devido ao atrito de um objeto cortante.1. A escala de Mohs é um índice comparativo e não uma escala linear, portanto uma medição de dureza de arranhões mais precisa e qualitativa foi desenvolvida como descrito na norma ASTM G171-03.2. Ele mede a largura média do risco criado por um estilete de diamante e calcula o número de dureza do risco (HSP).

IMPORTÂNCIA DA MEDIÇÃO DA DUREZA DOS ARRANHÕES EM ALTAS TEMPERATURAS

Os materiais são selecionados com base nas exigências do serviço. Para aplicações que envolvem mudanças significativas de temperatura e gradientes térmicos, é fundamental investigar as propriedades mecânicas dos materiais a altas temperaturas para estar plenamente ciente dos limites mecânicos. Os materiais, especialmente os polímeros, geralmente amolecem a altas temperaturas. Muitas falhas mecânicas são causadas pela deformação por fluência e fadiga térmica ocorrendo apenas a temperaturas elevadas. Portanto, uma técnica confiável para medir a dureza a altas temperaturas é necessária para garantir uma seleção adequada dos materiais para aplicações a altas temperaturas.

OBJETIVO DA MEDIÇÃO

Neste estudo, o Tribômetro NANOVEA T50 mede a dureza ao risco de uma amostra de Teflon em diferentes temperaturas, desde a temperatura ambiente até 300ºC. A capacidade de realizar medições de dureza a riscos em alta temperatura torna o NANOVEA Tribômetro um sistema versátil para avaliações tribológicas e mecânicas de materiais para aplicações em altas temperaturas.

NANOVEA

T50

SAIBA MAIS

CONDIÇÕES DE TESTE

O Tribômetro NANOVEA T50 Free Weight Standard foi usado para realizar os testes de dureza de arranhões em uma amostra de Teflon a temperaturas que variam da temperatura ambiente (RT) a 300°C. O teflon tem um ponto de derretimento de 326,8°C. Foi utilizada uma ponta diamantada cônica de ângulo de ápice de 120° com raio de ponta de 200 µm. A amostra de teflon foi fixada no estágio rotativo da amostra com uma distância de 10 mm até o centro do estágio. A amostra foi aquecida por um forno e testada a temperaturas de RT, 50°C, 100°C, 150°C, 200°C, 250°C e 300°C.

PARÂMETROS DE TESTE

da medição da dureza de arranhões a alta temperatura

FORÇA NORMAL 2 N
VELOCIDADE DE DESLIZAMENTO 1 mm/s
DISTÂNCIA DE DESLIZAMENTO 8mm por temperatura
ATMOSPHERE Ar
TEMPERATURA RT, 50°C, 100°C, 150°C, 200°C, 250°C, 300°C.

RESULTADOS & DISCUSSÃO

Os perfis de arranhões da amostra de Teflon em diferentes temperaturas são mostrados no FIGURA 1 para comparar a dureza do arranhão em diferentes temperaturas elevadas. O acúmulo de material nas bordas da trilha de arranhão se forma à medida que a ponta se desloca a uma velocidade constante viaja com uma carga constante de 2 N e arado na amostra de Teflon, empurrando e deformando o material no arranhão para o lado.

Os rastros de arranhões foram examinados sob o microscópio ótico, como mostrado na FIGURA 2. As larguras dos arranhões medidas e os números calculados de dureza de arranhão (HSP) são resumidos e comparados na FIGURA 3. A largura do arranhão medida pelo microscópio está de acordo com a medida usando o Perfilômetro NANOVEA - a amostra de Teflon exibe uma largura de arranhão maior a temperaturas mais altas. Sua largura de arranhão aumenta de 281 para 539 µm à medida que a temperatura se eleva de RT para 300oC, resultando na diminuição do HSP de 65 para 18 MPa.

A dureza dos arranhões em temperaturas elevadas pode ser medida com alta precisão e repetibilidade usando o Tribômetro NANOVEA T50. Ele fornece uma solução alternativa a partir de outras medições de dureza e faz do NANOVEA Tribometer um sistema mais completo para avaliações tribo-mecânicas abrangentes em alta temperatura.

FIGURA 1: Perfis de arranhões após os testes de dureza de arranhão em diferentes temperaturas.

FIGURA 2: Arranhões sob o microscópio após as medições em diferentes temperaturas.

FIGURA 3: Evolução da largura da pista de Arranhões e da dureza da Arranhão em relação à temperatura.

CONCLUSÃO

Neste estudo, mostramos como o Tribômetro NANOVEA mede a dureza dos arranhões a temperaturas elevadas em conformidade com a norma ASTM G171-03. O teste de dureza de arranhões com carga constante fornece uma solução alternativa simples para comparar a dureza dos materiais usando o tribômetro. A capacidade de realizar medições de dureza de arranhões a temperaturas elevadas faz do Tribômetro NANOVEA uma ferramenta ideal para avaliar as propriedades tribo-mecânicas de materiais a altas temperaturas.

O Tribômetro NANOVEA também oferece testes de desgaste e atrito precisos e repetíveis usando os modos rotativo e linear conforme ISO e ASTM, com módulos opcionais de desgaste a alta temperatura, lubrificação e tribo-corrosão disponíveis em um sistema pré-integrado. O Perfilômetro 3D sem contato opcional está disponível para imagens 3D de alta resolução de faixas de desgaste, além de outras medições de superfície, como rugosidade.

1 Wredenberg, Fredrik; PL Larsson (2009). "Teste de arranhão de metais e polímeros: Experimentos e numéricos". Desgaste 266 (1-2): 76
2 ASTM G171-03 (2009), "Standard Test Method for Scratch Hardness of Materials Using a Diamond Stylus

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Inspeção de superfície de solda usando um Perfilômetro portátil 3D

Inspeção de superfície WELd

usando um profilômetro portátil 3d

Preparado por

CRAIG LEISING

INTRODUÇÃO

Pode tornar-se crítico que uma determinada solda, normalmente feita por inspeção visual, seja investigada com um nível extremo de precisão. Áreas específicas de interesse para análises precisas incluem fissuras superficiais, porosidade e crateras não preenchidas, independentemente dos procedimentos de inspeção subseqüentes. As características da solda, tais como dimensão/formato, volume, rugosidade, tamanho, etc., podem ser todas medidas para avaliação crítica.

IMPORTÂNCIA DO PROFILÔMETRO 3D SEM CONTATO PARA A INSPEÇÃO DA SUPERFÍCIE DE SOLDA

Ao contrário de outras técnicas, como sondas de toque ou interferometria, o NANOVEA Perfilômetro 3D sem contato, usando cromatismo axial, pode medir praticamente qualquer superfície, os tamanhos das amostras podem variar amplamente devido ao preparo aberto e não há necessidade de preparação da amostra. A faixa nano a macro é obtida durante a medição do perfil da superfície com influência zero da refletividade ou absorção da amostra, possui capacidade avançada para medir ângulos de superfície elevados e não há manipulação de resultados por software. Meça facilmente qualquer material: transparente, opaco, especular, difusivo, polido, áspero, etc. Os recursos 2D e 2D dos perfilômetros portáteis NANOVEA os tornam instrumentos ideais para inspeção completa da superfície da solda, tanto no laboratório quanto no campo.

OBJETIVO DA MEDIÇÃO

Nesta aplicação, o perfilador portátil NANOVEA JR25 é utilizado para medir a rugosidade da superfície, forma e volume de uma solda, bem como a área circundante. Estas informações podem fornecer informações críticas para investigar adequadamente a qualidade da solda e do processo de soldagem.

NANOVEA

JR25

SAIBA MAIS

RESULTADOS DO TESTE

A imagem abaixo mostra a visão 3D completa da solda e da área circundante juntamente com os parâmetros de superfície da solda apenas. O perfil da seção transversal 2D é mostrado abaixo.

a amostra

Com o perfil de seção transversal 2D acima removido do 3D, as informações dimensionais da solda são calculadas abaixo. Área de superfície e volume de material calculado para a solda somente abaixo.

 HOLEPEAK
SUPERFÍCIE1,01 mm214,0 mm2
VOLUME8.799e-5 mm323,27 mm3
PROFUNDIDADE/ALTURA MÁXIMA0,0276 mm0,6195 mm
PROFUNDIDADE/ALTURA MÉDIA 0,004024 mm 0,2298 mm

CONCLUSÃO

Nesta aplicação, mostramos como o NANOVEA 3D Non-Contact Profiler pode caracterizar com precisão as características críticas de uma solda e a área de superfície circundante. A partir da rugosidade, dimensões e volume, um método quantitativo de qualidade e repetibilidade pode ser determinado e ou investigado mais detalhadamente. As amostras de solda, como o exemplo nesta nota de aplicação, podem ser facilmente analisadas, com uma mesa padrão ou com o Profiler NANOVEA portátil para testes internos ou de campo.

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