Categoria: Teste de Tribologia

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

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.

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

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

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.

AGORA, VAMOS FALAR SOBRE SUA APLICAÇÃO

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

AS AMOSTRAS

PARÂMETROS DE TESTE DE MAPEAMENTO DE DESGASTE

CARREGAR	40 N
DURAÇÃO DO TESTE	varia
SPEED	200 rpm
RADIUS	10 mm
DISTÂNCIA	varia
MATERIAL DA ESFERA	Carbeto de tungstênio
DIÂMETRO DA ESFERA	10 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 teste*	*COF máximo*	*Mínimo COF*	*Avg. COF*
1	0.335	0.124	0.275
2	0.337	0.207	0.295
3	0.380	0.229	0.329
4	0.393	0.265	0.354
5	0.352	0.205	0.314
6	0.345	0.199	0.312
7	0.315	0.211	0.293

ORIENTAÇÃO RADIAL

*Ciclo de teste*	*Perda de volume total (µm3)*	Distância total Percorrida (m)	Taxa de desgaste (mm/Nm) x10^-5	Taxa de desgaste instantâneo (mm/Nm) x10^-5
1	296247687	0.40	1833.746	1833.746
2	355245227	1.22	1093.260	181.5637
3	596371326	2.88	898.242	363.1791
4	883747767	7.04	530.629	172.5496
5	1207179951	15.40	360.889	96.69074
6	1472745318	27.95	293.329	52.89311
7	1851319210	53.06	184.343	37.69599

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

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

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

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 teste*	*COF máximo*	*Mínimo COF*	*Avg. COF*
1	0.249	0.035	0.186
2	0.349	0.197	0.275
3	0.294	0.154	0.221
4	0.503	0.124	0.273
5	0.548	0.106	0.390
6	0.510	0.129	0.434
7	0.527	0.181	0.472

ORIENTAÇÃO RADIAL

*Ciclo de teste*	*Perda de volume total (µm3)*	Distância total Percorrida (m)	Taxa de desgaste (mm/Nm) x10^-5	Taxa de desgaste instantâneo (mm/Nm) x10^-5
1	96278846	0.40	595.957	595.9573
2	804289731	1.22	2475.185	2178.889
3	1316147855	2.88	1982.355	770.9501
4	3136530215	7.04	1883.269	1093.013
5	10821732180	15.40	3235.180	2297.508
6	20174960343	27.95	4018.282	1862.899
7	42512063420	53.06	4233.081	2224.187

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

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

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

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:

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.

AGORA, VAMOS FALAR SOBRE SUA APLICAÇÃO

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

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

AGORA, VAMOS FALAR SOBRE SUA APLICAÇÃO

Avaliação de Riscos e Desgaste de Revestimentos Industriais

REVESTIMENTO INDUSTRIAL

AVALIAÇÃO DE ARRANHÕES E DESGASTE USANDO UM TRIBÔMETRO

Preparado por

DUANJIE LI, PhD & ANDREA HERRMANN

INTRODUÇÃO

A tinta acrílica uretânica é um tipo de revestimento de proteção de secagem rápida amplamente utilizado em uma variedade de aplicações industriais, como pintura de piso, pintura automotiva e outras. Quando usada como tinta de piso, pode servir áreas com tráfego intenso de pés e rodas de borracha, tais como passarelas, calçadas e estacionamentos.

IMPORTÂNCIA DOS TESTES DE ARRANHÕES E DESGASTE PARA O CONTROLE DE QUALIDADE

Tradicionalmente, eram realizados testes de abrasão Taber para avaliar a resistência ao desgaste da tinta acrílica uretânica para piso de acordo com a norma ASTM D4060. Entretanto, como mencionado na norma, "Para alguns materiais, os testes de abrasão utilizando o Abraser Taber podem estar sujeitos a variações devido a mudanças nas características abrasivas do rebolo durante os testes "1. Isto pode resultar em má reprodutibilidade dos resultados dos testes e criar dificuldade na comparação dos valores relatados por diferentes laboratórios. Além disso, nos testes de abrasão Taber, a resistência à abrasão é calculada como perda de peso em um número especificado de ciclos de abrasão. Entretanto, as tintas acrílicas de uretano para piso têm uma espessura de película seca recomendada de 37,5-50 μm2.

O processo de abrasão agressivo da Taber Abraser pode desgastar rapidamente o revestimento de uretano acrílico e gerar perda de massa para o substrato, levando a erros substanciais no cálculo da perda de peso da tinta. O implante de partículas abrasivas na tinta durante o teste de abrasão também contribui para os erros. Portanto, uma medição bem controlada, quantificável e confiável é fundamental para garantir uma avaliação reprodutível do desgaste da tinta. Além disso, a teste de raspagem permite que os usuários detectem falhas prematuras de adesivos/coesivos em aplicações reais.

OBJETIVO DA MEDIÇÃO

Neste estudo, mostramos que NANOVEA Tribômetros e Testadores Mecânicos são ideais para avaliação e controle de qualidade de revestimentos industriais.

O processo de desgaste das tintas acrílicas de uretano para pisos com diferentes camadas de acabamento é simulado de forma controlada e monitorada usando o Tribômetro NANOVEA. O teste de micro-risco é usado para medir a carga necessária para causar falha coesiva ou adesiva na tinta.

NANOVEA T100

O Tribômetro Pneumático Compacto

NANOVEA PB1000

O Testador Mecânico de Grandes Plataformas

PROCEDIMENTO DE TESTE

Este estudo avalia quatro revestimentos de piso acrílico à base de água disponíveis comercialmente que têm o mesmo primário (camada de base) e diferentes camadas de acabamento da mesma fórmula com uma pequena alternância nas misturas de aditivos com o objetivo de aumentar a durabilidade. Estes quatro revestimentos são identificados como amostras A, B, C e D.

TESTE DE GUERRA

O Tribômetro NANOVEA foi aplicado para avaliar o comportamento tribológico, por exemplo, coeficiente de atrito, COF e resistência ao desgaste. Uma ponta esférica SS440 (6 mm de diâmetro, Grau 100) foi aplicada contra as tintas testadas. O COF foi registrado in situ. 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 superficial e os perfis de desgaste foram avaliados pelo NANOVEA Perfilômetro Óptico, e a morfologia da trilha de desgaste foi examinada usando microscópio óptico.

PARÂMETROS DE TESTE DE DESGASTE

FORÇA NORMAL

20 N

SPEED

15 m/min

DURAÇÃO DO TESTE

100, 150, 300 e 800 ciclos

TESTE DE SCRATCH

O Testador Mecânico NANOVEA equipado com uma ponta de diamante Rockwell C (raio de 200 μm) foi usado para realizar testes progressivos de risco de carga nas amostras de tinta usando o Modo Testador de Micro-Risco. Duas cargas finais foram usadas: 5 N de carga final para investigar a delaminação da tinta a partir do primer, e 35 N para investigar a delaminação do primer a partir dos substratos metálicos. Três testes foram repetidos nas mesmas condições de teste em cada amostra para garantir a reprodutibilidade dos resultados.

Imagens panorâmicas de todo o comprimento dos arranhões foram geradas automaticamente e suas localizações críticas de falha foram correlacionadas com as cargas aplicadas pelo software do sistema. Esta característica do software facilita aos usuários realizar análises nos rastros de risco a qualquer momento, em vez de ter que determinar a carga crítica sob o microscópio imediatamente após os testes de risco.

PARÂMETROS DE TESTE DE ARRANHÕES

TIPO CARREGADO	Progressivo
CARGA INICIAL	0,01 mN
CARGA FINAL	5 N / 35 N
TAXA DE CARREGAMENTO	10 / 70 N/min
COMPRIMENTO DE SCRATCH	3 mm
VELOCIDADE DE REPRESENTAÇÃO, dx/dt	6,0 mm/min
GEOMETRIA INDENTER	120º cone
MATERIAL INDENTERIAL (dica)	Diamante
RAIO DA PONTA INDENTADA	200 μm

RESULTADOS DO TESTE DE DESGASTE

Quatro testes de desgaste pino-a-disco em diferentes números de rotações (100, 150, 300 e 800 ciclos) foram realizados em cada amostra, a fim de monitorar a evolução do desgaste. A morfologia da superfície das amostras foi medida com um Profiler NANOVEA 3D sem contato para quantificar a rugosidade da superfície antes da realização dos testes de desgaste. Todas as amostras tinham uma rugosidade de superfície comparável de aproximadamente 1 μm, como mostrado na FIGURA 1. O COF foi registrado in situ durante os testes de desgaste, como mostrado na FIGURA 2. O FIGURA 4 apresenta a evolução das pistas de desgaste após 100, 150, 300 e 800 ciclos, e o FIGURA 3 resumiu a taxa média de desgaste de diferentes amostras em diferentes estágios do processo de desgaste.

Em comparação com um valor COF de ~0,07 para as outras três amostras, a Amostra A exibe um COF muito mais alto de ~0,15 no início, que aumenta gradualmente e se estabiliza em ~0,3 após 300 ciclos de desgaste. Um COF tão alto acelera o processo de desgaste e cria uma quantidade substancial de resíduos de tinta como indicado na FIGURA 4 - a camada superior da Amostra A começou a ser removida nas primeiras 100 revoluções. Como mostrado na FIGURA 3, a amostra A apresenta a maior taxa de desgaste de ~5 μm2/N nos primeiros 300 ciclos, que diminui ligeiramente para ~3,5 μm2/N devido à melhor resistência ao desgaste do substrato metálico. A camada superior da Amostra C começa a falhar após 150 ciclos de desgaste, como mostrado na FIGURA 4, o que também é indicado pelo aumento de COF na FIGURA 2.

Em comparação, a amostra B e a amostra D mostram propriedades tribológicas aprimoradas. A Amostra B mantém um COF baixo durante todo o teste - o COF aumenta ligeiramente de~0,05 para ~0,1. Tal efeito lubrificante aumenta substancialmente sua resistência ao desgaste - a camada superior ainda proporciona proteção superior ao primer por baixo, após 800 ciclos de desgaste. A menor taxa média de desgaste de apenas ~0,77 μm2/N é medida para a Amostra B a 800 ciclos. A camada superior da Amostra D começa a delaminar após 375 ciclos, como refletido pelo aumento abrupto do COF na FIGURA 2. A taxa média de desgaste da Amostra D é de ~1,1 μm2/N a 800 ciclos.

Em comparação com as medidas convencionais de abrasão Taber, o Tribômetro NANOVEA fornece avaliações de desgaste quantificáveis e confiáveis bem controladas que garantem avaliações reprodutíveis e controle de qualidade de tintas comerciais para pisos/auto pinturas. Além disso, a capacidade de medições in situ do COF permite aos usuários correlacionar as diferentes etapas de um processo de desgaste com a evolução do COF, o que é fundamental para melhorar a compreensão fundamental do mecanismo de desgaste e das características tribológicas de vários revestimentos de tintas.

FIGURA 1: Morfologia 3D e rugosidade das amostras de tinta.

FIGURA 2: COF durante os testes pin-on-disk.

FIGURA 3: Evolução da taxa de desgaste de diferentes tintas.

FIGURA 4: Evolução das pistas de desgaste durante os testes pin-on-disk.

RESULTADOS DO TESTE DE DESGASTE

O FIGURA 5 mostra a trama de força normal, força de fricção e profundidade verdadeira em função do comprimento do risco para a Amostra A como exemplo. Um módulo opcional de emissão acústica pode ser instalado para fornecer mais informações. Conforme a carga normal aumenta linearmente, a ponta de recuo afunda gradualmente na amostra testada, conforme refletido pelo aumento progressivo da profundidade verdadeira. A variação nas inclinações da força de atrito e das curvas de profundidade verdadeira pode ser usada como uma das implicações que as falhas no revestimento começam a ocorrer.

FIGURA 5: Força normal, força de fricção e profundidade verdadeira em função do comprimento do arranhão para teste de risco da amostra A com uma carga máxima de 5 N.

FIGURA 6 e FIGURA 7 mostram os riscos completos de todas as quatro amostras de tinta testadas com uma carga máxima de 5 N e 35 N, respectivamente. A amostra D exigiu uma carga maior de 50 N para delaminar o primer. Os testes de arranhões com carga final de 5 N (FIGURA 6) avaliam a falha coesiva/adesiva da tinta superior, enquanto os testes com 35 N (FIGURA 7) avaliam a delaminação do primer. As setas nas micrografias indicam o ponto em que o revestimento superior ou o primer começa a ser completamente removido do primer ou do substrato. A carga neste ponto, denominada Carga Crítica, Lc, é usada para comparar as propriedades coesivas ou adesivas da tinta, conforme resumido na Tabela 1.

É evidente que a amostra de tinta D tem a melhor aderência interfacial - apresentando os maiores valores de Lc de 4,04 N na delaminação da tinta e 36,61 N na delaminação de primer. A amostra B mostra a segunda melhor resistência a arranhões. A partir da análise de risco, mostramos que a otimização da fórmula da tinta é crítica para os comportamentos mecânicos, ou mais especificamente, a resistência a riscos e a propriedade de adesão das tintas acrílicas para piso.

Tabela 1: Resumo das cargas críticas.

FIGURA 6: Micrográficos de arranhão total com carga máxima de 5 N.

FIGURA 7: Micrográficos de arranhão total com carga máxima de 35 N.

CONCLUSÃO

Em comparação com as medidas convencionais de abrasão Taber, o NANOVEA Mechanical Tester and Tribometer são ferramentas superiores para avaliação e controle de qualidade de pisos comerciais e revestimentos automotivos. O Testador Mecânico NANOVEA no modo Scratch pode detectar problemas de aderência/coesão em um sistema de revestimento. O Tribômetro NANOVEA fornece análises tribológicas quantificáveis e repetíveis bem controladas sobre a resistência ao desgaste e o coeficiente de atrito das tintas.

Com base nas análises tribológicas e mecânicas abrangentes sobre os revestimentos acrílicos à base de água para pisos testados neste estudo, mostramos que a amostra B possui a menor taxa de COF e desgaste e a segunda melhor resistência a riscos, enquanto a amostra D exibe a melhor resistência a riscos e a segunda melhor resistência ao desgaste. Esta avaliação nos permite avaliar e selecionar o melhor candidato, visando as necessidades em diferentes ambientes de aplicação.

Os módulos Nano e Micro do Testador Mecânico NANOVEA incluem todos os modos de indentação, teste de arranhões e desgaste em conformidade com a ISO e ASTM, proporcionando a mais ampla gama de testes disponíveis para avaliação de pintura em um único módulo. O Tribômetro NANOVEA oferece testes de desgaste e atrito precisos e repetíveis usando os modos rotativo e linear conforme ISO e ASTM, com módulos opcionais de desgaste em alta temperatura, lubrificação e tribo-corrosão disponíveis em um sistema pré-integrado. A gama inigualável da NANOVEA é uma solução ideal para determinar a gama completa de propriedades mecânicas/tribológicas de revestimentos, filmes e substratos finos ou grossos, macios ou duros, incluindo dureza, módulo Young, resistência à fratura, aderência, resistência ao desgaste e muitos outros. Os Profilers Opcionais NANOVEA Non-Contact Optical Profilers estão disponíveis para imagens 3D de alta resolução de rastros de arranhões e desgaste, além de outras medidas de superfície, como rugosidade.

AGORA, VAMOS FALAR SOBRE SUA APLICAÇÃO

Desgaste e Atrito de Correia Polimérica usando um Tribômetro

CELULOS DE POLÍMERO

GUERRA E FRICAÇÃO UTILIZANDO um TRIBOMETRO

Preparado por

DUANJIE LI, PhD

INTRODUÇÃO

O acionamento por correia transmite potência e rastreia o movimento relativo entre dois ou mais eixos rotativos. Como uma solução simples e barata com manutenção mínima, os acionamentos por correia são amplamente utilizados em uma variedade de aplicações, tais como serras, serrarias, debulhadoras, sopradores de silo e transportadores. Os acionamentos por correia podem proteger as máquinas de sobrecarga, bem como de vibrações úmidas e isoladas.

IMPORTÂNCIA DA AVALIAÇÃO DO DESGASTE PARA ACIONAMENTO POR CORREIA

A fricção e o desgaste são inevitáveis para as correias em uma máquina acionada por correia. O atrito suficiente garante uma transmissão de potência eficaz sem escorregar, mas o atrito excessivo pode desgastar rapidamente a correia. Diferentes tipos de desgaste, como fadiga, abrasão e atrito, ocorrem durante a operação de acionamento da correia. A fim de prolongar a vida útil da correia e reduzir o custo e o tempo de reparo e substituição da correia, é desejável uma avaliação confiável do desempenho de desgaste das correias para melhorar a vida útil da correia, a eficiência da produção e o desempenho da aplicação. A medição precisa do coeficiente de atrito e da taxa de desgaste da correia facilita a P&D e o controle de qualidade da produção da correia.

OBJETIVO DA MEDIÇÃO

Neste estudo, simulamos e comparamos os comportamentos de desgaste das correias com diferentes texturas de superfície para mostrar a capacidade do NANOVEA T2000 Tribômetro na simulação do processo de desgaste da esteira de forma controlada e monitorada.

NANOVEA

T2000

PROCEDIMENTOS DE TESTE

O coeficiente de atrito, COF, e a resistência ao desgaste de duas correias com rugosidade e textura de superfície diferentes foram avaliados pelo NANOVEA Carga elevada Tribômetro usando Módulo de Desgaste Alternativo Linear. Uma esfera de aço 440 (10 mm de diâmetro) foi utilizada como contra-material. A rugosidade da superfície e o rastro de desgaste foram examinados usando um Perfilômetro 3D sem contato. A taxa de desgaste, Kfoi avaliada usando a fórmula K=Vl(Fxs)onde V é o volume gasto, F é a carga normal e s é a distância de deslizamento.

Por favor, note que uma contraparte de esfera lisa de aço 440 foi usada como exemplo neste estudo, qualquer material sólido com diferentes formas e acabamento superficial pode ser aplicado usando dispositivos personalizados para simular a situação real de aplicação.

RESULTADOS & DISCUSSÃO

A esteira texturizada e a esteira lisa têm uma rugosidade de superfície Ra de 33,5 e 8,7 um, respectivamente, de acordo com os perfis de superfície analisados tomados com um NANOVEA Perfilador ótico 3D sem contato. O COF e a taxa de desgaste das duas correias testadas foram medidos em 10 N e 100 N, respectivamente, para comparar o comportamento de desgaste das correias com cargas diferentes.

FIGURA 1 mostra a evolução do COF das correias durante os testes de desgaste. As correias com texturas diferentes exibem comportamentos de desgaste substancialmente diferentes. É interessante que após o período de rodagem durante o qual o COF aumenta progressivamente, a Correia Texturizada atinge um COF mais baixo de ~0,5 em ambos os testes realizados usando cargas de 10 N e 100 N. Em comparação, a Correia Lisa testada sob a carga de 10 N exibe um COF significativamente mais alto de ~ 1,4 quando o COF fica estável e se mantém acima deste valor durante o resto do teste. A Smooth Belt testada sob a carga de 100 N rapidamente foi desgastada pela esfera de aço 440 e formou uma grande pista de desgaste. O teste foi, portanto, interrompido a 220 rotações.

FIGURA 1: Evolução do COF das correias com diferentes cargas.

FIGURA 2 compara as imagens das pistas de desgaste 3D após os testes a 100 N. O NANOVEA 3D sem contato oferece uma ferramenta para analisar a morfologia detalhada das pistas de desgaste, fornecendo mais informações sobre a compreensão fundamental do mecanismo de desgaste.

TABELA 1: Resultado da análise da pista de desgaste.

FIGURA 2: Vista 3D das duas correias
após os testes a 100 N.

O perfil da pista de desgaste 3D permite a determinação direta e precisa do volume da pista de desgaste calculado pelo software de análise avançada, como mostrado na TABELA 1. Em um teste de desgaste para 220 rotações, a Smooth Belt tem uma pista de desgaste muito maior e mais profunda com um volume de 75,7 mm3, em comparação com um volume de desgaste de 14,0 mm3 para a Textured Belt após um teste de desgaste de 600 rotações. O atrito significativamente maior da esteira lisa contra a esfera de aço leva a uma taxa de desgaste 15 vezes maior em comparação com a esteira texturizada.

Uma diferença tão drástica de COF entre a esteira texturizada e a esteira lisa está possivelmente relacionada ao tamanho da área de contato entre a esteira e a esfera de aço, o que também leva a seu desempenho de desgaste diferente. A FIGURA 3 mostra as faixas de desgaste das duas correias sob o microscópio ótico. O exame das faixas de desgaste está de acordo com a observação sobre a evolução do COF: A Correia Texturizada, que mantém um COF baixo de ~0,5, não apresenta sinais de desgaste após o teste de desgaste sob uma carga de 10 N. A Correia Lisa mostra uma pequena faixa de desgaste a 10 N. Os testes de desgaste realizados a 100 N criam faixas de desgaste substancialmente maiores tanto na Correia Texturizada quanto na Correia Lisa, e a taxa de desgaste será calculada usando perfis 3D, como será discutido no parágrafo seguinte.

FIGURA 3: Desgaste de trilhos sob microscópio ótico.

CONCLUSÃO

Neste estudo, mostramos a capacidade do Tribômetro NANOVEA T2000 em avaliar o coeficiente de atrito e a taxa de desgaste das correias de uma maneira bem controlada e quantitativa. A textura da superfície desempenha um papel crítico na resistência ao atrito e ao desgaste das correias durante seu desempenho de serviço. A correia texturizada apresenta um coeficiente de atrito estável de ~0,5 e possui uma longa vida útil, o que resulta em tempo e custo reduzidos no reparo ou substituição de ferramentas. Em comparação, o atrito excessivo da esteira lisa contra a esfera de aço rapidamente usa a esteira. Além disso, a carga sobre a correia é um fator vital de sua vida útil. A sobrecarga cria um atrito muito alto, levando a um desgaste acelerado da correia.

O Tribômetro NANOVEA T2000 oferece testes de desgaste e atrito precisos e repetíveis usando os modos rotativo e linear compatíveis com ISO e ASTM, com módulos opcionais de desgaste em alta temperatura, lubrificação e tribocorrosão disponíveis em um sistema pré-integrado. NANOVEA's A gama inigualável 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

Desempenho da Lixa Abrasão Usando um Tribômetro

DESEMPENHO DA LIXA NA ABRASÃO

USANDO UM TRIBÔMETRO

Preparado por

DUANJIE LI, PhD

INTRODUÇÃO

A lixa consiste em partículas abrasivas coladas a uma face de um papel ou pano. Vários materiais abrasivos podem ser usados para as partículas, tais como granada, carboneto de silício, óxido de alumínio e diamante. A lixa é amplamente aplicada em diversos setores industriais para criar acabamentos de superfície específicos em madeira, metal e drywall. Muitas vezes, elas trabalham sob contato de alta pressão aplicada manualmente ou com ferramentas elétricas.

IMPORTÂNCIA DA AVALIAÇÃO DO DESEMPENHO DA LIXA DE LIXA POR ABRASÃO

A eficácia da lixa é muitas vezes determinada por seu desempenho em termos de abrasão sob diferentes condições. O tamanho do grão, ou seja, o tamanho das partículas abrasivas incrustadas na lixa, determina a taxa de desgaste e o tamanho dos arranhões do material a ser lixado. As lixas de maior granulometria têm partículas menores, resultando em menores velocidades de lixamento e acabamentos superficiais mais finos. Lixas com o mesmo número de grãos, mas feitas de materiais diferentes, podem ter comportamentos não semelhantes sob condições secas ou úmidas. São necessárias avaliações tribológicas confiáveis para garantir que a lixa fabricada possua o comportamento abrasivo desejado. Estas avaliações permitem aos usuários comparar quantitativamente os comportamentos de desgaste de diferentes tipos de lixas de forma controlada e monitorada, a fim de selecionar o melhor candidato para a aplicação desejada.

OBJETIVO DA MEDIÇÃO

Neste estudo, mostramos a capacidade do Tribômetro NANOVEA de avaliar quantitativamente o desempenho de abrasão de várias amostras de lixas em condições secas e úmidas.

NANOVEA

T2000

PROCEDIMENTOS DE TESTE

O coeficiente de atrito (COF) e o desempenho à abrasão de dois tipos de lixas foram avaliados pelo Tribômetro NANOVEA T100. Uma bola de aço inoxidável 440 foi usada como contra-material. As cicatrizes de desgaste da esfera foram examinadas após cada teste de desgaste utilizando o NANOVEA Perfilador óptico 3D sem contato para garantir medições precisas de perda de volume.

Observe que uma bola de aço inoxidável 440 foi escolhida como material do contador para criar um estudo comparativo, mas qualquer material sólido poderia ser substituído para simular uma condição de aplicação diferente.

RESULTADOS DOS TESTES E DISCUSSÃO

A FIGURA 1 mostra uma comparação COF da lixa 1 e 2 em condições ambientais secas e úmidas. A lixa 1, em condições secas, mostra um COF de 0,4 no início do teste que diminui progressivamente e se estabiliza a 0,3. Em condições úmidas, esta amostra apresenta um COF médio mais baixo de 0,27. Em contraste, o COF da amostra 2 mostra um COF seco de 0,27 e um COF úmido de ~ 0,37.

Observe que a oscilação nos dados de todos os gráficos de COF foi causada pelas vibrações geradas pelo movimento de deslizamento da bola contra as superfícies ásperas da lixa.

FIGURA 1: Evolução do COF durante os testes de desgaste.

O FIGURA 2 resume os resultados da análise das cicatrizes de desgaste. As cicatrizes de desgaste foram medidas usando um microscópio ótico e um NANOVEA 3D Non-Contact Optical Profiler. FIGURA 3 e FIGURA 4 comparam as cicatrizes de desgaste das bolas SS440 desgastadas após os testes de desgaste em Lixa 1 e 2 (condições úmidas e secas). Como mostrado no FIGURA 4, o NANOVEA Optical Profiler captura com precisão a topografia da superfície das quatro bolas e suas respectivas faixas de desgaste que foram então processadas com o software NANOVEA Mountains Advanced Analysis para calcular a perda de volume e a taxa de desgaste. No microscópio e na imagem do perfil da bola, pode-se observar que a bola utilizada para o teste de lixa 1 (seca) exibia uma cicatriz de desgaste achatada maior em comparação com as outras, com uma perda de volume de 0,313 mm³. Em contraste, a perda de volume da Lixa 1 (molhada) foi de 0,131 mm³. Para Lixa 2 (seca) a perda de volume foi de 0,163 mm³ e para Lixa 2 (úmida) a perda de volume aumentou para 0,237 mm³.

Além disso, é interessante observar que o COF desempenhou um papel importante no desempenho de abrasão das lixas. A lixa 1 exibiu COF mais alto na condição seca, levando a uma maior taxa de abrasão para a esfera SS440 utilizada no teste. Em comparação, o maior COF da lixa 2 na condição úmida resultou em uma maior taxa de abrasão. Os rastros de desgaste das lixas após as medidas são exibidos na FIGURA 5.

Ambas as lixas 1 e 2 afirmam funcionar em ambientes secos e úmidos. No entanto, eles exibiram desempenho de abrasão significativamente diferente em condições secas e úmidas. NANOVEA tribômetros fornecem recursos de avaliação de desgaste bem controlados, quantificáveis e confiáveis que garantem avaliações de desgaste reproduzíveis. Além disso, a capacidade de medição in situ do COF permite aos usuários correlacionar diferentes estágios de um processo de desgaste com a evolução do COF, o que é fundamental para melhorar a compreensão fundamental do mecanismo de desgaste e das características tribológicas da lixa.

FIGURA 2: Usar o volume da cicatriz das bolas e o COF médio sob diferentes condições.

FIGURA 3: Usar as cicatrizes das bolas após os testes.

FIGURA 4: Morfologia 3D das cicatrizes de desgaste nas bolas.

FIGURA 5: Desgaste de faixas nas lixas sob diferentes condições.

CONCLUSÃO

O desempenho em abrasão de dois tipos de lixas com o mesmo número de grãos foi avaliado sob condições secas e úmidas neste estudo. As condições de serviço da lixa têm um papel fundamental na eficácia do desempenho do trabalho. A lixa 1 teve um comportamento de abrasão significativamente melhor sob condições secas, enquanto a lixa 2 teve um melhor desempenho sob condições úmidas. O atrito durante o processo de lixamento é um fator importante a ser considerado ao avaliar o desempenho em termos de abrasão. O NANOVEA Optical Profiler mede com precisão a morfologia 3D de qualquer superfície, como cicatrizes de desgaste em uma bola, garantindo uma avaliação confiável do desempenho de abrasão da lixa neste estudo. O Tribômetro NANOVEA mede o coeficiente de atrito in situ durante um teste de desgaste, fornecendo uma visão sobre as diferentes etapas de um processo de desgaste. Ele também oferece testes de desgaste e atrito repetíveis usando os modos rotativo e linear compatíveis com ISO e ASTM, com módulos opcionais de desgaste e lubrificação a alta temperatura disponíveis em um sistema pré-integrado. Esta gama inigualável permite aos usuários simular diferentes ambientes severos de trabalho dos rolamentos de esferas, incluindo alta tensão, desgaste e alta temperatura, etc. Também fornece uma ferramenta ideal para avaliar quantitativamente os comportamentos tribológicos de materiais superiores resistentes ao desgaste sob cargas elevadas.

AGORA, VAMOS FALAR SOBRE SUA APLICAÇÃO

Teste de Desgaste do Pistão

Usando um Tribômetro

Preparado por

LIU FRANCA

INTRODUÇÃO

A perda por fricção representa aproximadamente 10% de energia total em combustível para um motor diesel[1]. 40-55% da perda de atrito vem do sistema do cilindro de potência. A perda de energia por atrito pode ser diminuída com uma melhor compreensão das interações tribológicas que ocorrem no sistema do cilindro de potência.

Uma parte significativa da perda de atrito no sistema de cilindros de potência provém do contato entre a saia do pistão e a camisa do cilindro. A interação entre a saia do pistão, lubrificante e as interfaces do cilindro é bastante complexa devido às constantes mudanças de força, temperatura e velocidade em um motor de vida real. A otimização de cada fator é fundamental para obter um ótimo desempenho do motor. Este estudo se concentrará em replicar os mecanismos que causam forças de fricção e desgaste nas interfaces saia do pistão - camisa do cilindro-lubrificante (P-L-C).

Esquema do sistema de cilindros de potência e das interfaces saia-saia-cilindro-lubrificante-cilíndrico do pistão.

[1] Bai, Dongfang. Modelagem de lubrificação da saia do pistão em motores de combustão interna. Diss. MIT, 2012

IMPORTÂNCIA DOS PISTÕES DE TESTE COM TRIBÔMETROS

O óleo de motor é um lubrificante bem projetado para sua aplicação. Além do óleo básico, são adicionados aditivos como detergentes, dispersantes, melhorador de viscosidade (VI), agentes anti-desgaste/antifricção e inibidores de corrosão para melhorar seu desempenho. Estes aditivos afetam a forma como o óleo se comporta sob diferentes condições operacionais. O comportamento do óleo afeta as interfaces P-L-C e determina se está ocorrendo desgaste significativo do contato metal-metal ou se está ocorrendo lubrificação hidrodinâmica (muito pouco desgaste).

É difícil entender as interfaces P-L-C sem isolar a área das variáveis externas. É mais prático simular o evento com condições que sejam representativas de sua aplicação na vida real. O NANOVEA Tribômetro é ideal para isso. Equipado com vários sensores de força, sensor de profundidade, módulo de lubrificação gota a gota e estágio alternativo linear, o NANOVEA O T2000 é capaz de imitar de perto os eventos que ocorrem dentro de um bloco de motor e obter dados valiosos para compreender melhor as interfaces P-L-C.

Módulo Líquido no Tribômetro NANOVEA T2000

O módulo drop-by-drop é crucial para este estudo. Como os pistões podem se mover a uma velocidade muito rápida (acima de 3000 rpm), é difícil criar uma fina película de lubrificante submergindo a amostra. Para resolver este problema, o módulo gota a gota é capaz de aplicar uma quantidade constante de lubrificante na superfície da saia do pistão.

A aplicação de lubrificante fresco também elimina a preocupação com contaminantes de desgaste desalojados que influenciam as propriedades do lubrificante.

NANOVEA T2000

Tribômetro de alta carga

OBJETIVO DA MEDIÇÃO

As interfaces saia-saia-lubrificante-cilíndrico do pistão serão estudadas neste relatório. As interfaces serão replicadas pela realização de um teste de desgaste linear recíproco com módulo de lubrificante gota a gota.

O lubrificante será aplicado à temperatura ambiente e em condições de aquecimento para comparar as condições de partida a frio e de operação ideal. O COF e a taxa de desgaste serão observados para entender melhor como as interfaces se comportam nas aplicações da vida real.

PARÂMETROS DE TESTE

para testes de tribologia em pistões

CARREGAR ………………………. 100 N

DURAÇÃO DO TESTE ………………………. 30 min

SPEED ………………………. 2000 rpm

AMPLITUDE ………………………. 10 mm

DISTÂNCIA TOTAL ………………………. 1200 m

REVESTIMENTO DA PELE ………………………. Moli-grafite

PIN MATERIAL ………………………. Liga de Alumínio 5052

PIN DIAMETER ………………………. 10 mm

LUBRICANTE ………………………. Óleo de motor (10W-30)

APPROX. TAXA DE FLUXO ………………………. 60 mL/min

TEMPERATURA ………………………. Temperatura ambiente & 90°C

RESULTADOS DE TESTES RECÍPROCOS LINEARES

Nesta experiência, o A5052 foi usado como material de contagem. Enquanto os blocos de motor são normalmente feitos de alumínio fundido como o A356, o A5052 tem propriedades mecânicas similares ao A356 para este teste simulado [2].

Sob as condições de teste, o desgaste significativo foi
observado na saia do pistão em temperatura ambiente
em comparação a 90°C. Os arranhões profundos vistos nas amostras sugerem que o contato entre o material estático e a saia do pistão ocorre freqüentemente durante todo o teste. A alta viscosidade à temperatura ambiente pode estar restringindo o óleo de preencher completamente as lacunas nas interfaces e criar contato metal-metal. Em temperaturas mais altas, o óleo afina e é capaz de fluir entre o pino e o pistão. Como resultado, observa-se um desgaste significativamente menor a uma temperatura mais alta. O FIGURA 5 mostra que um lado da cicatriz de desgaste se desgastou significativamente menos do que o outro lado. Isto se deve muito provavelmente à localização da saída de óleo. A espessura da película lubrificante era mais espessa de um lado do que do outro, causando um desgaste desigual.

[2] "5052 Alumínio vs 356,0 Alumínio". MakeItFrom.com, makeitfrom.com/compare/5052-O-Aluminum/A356.0-SG70B-A13560-Cast-Aluminum

O COF dos testes de tribologia linear recíproca pode ser dividido em alta e baixa aprovação. O passe alto refere-se à amostra que se move na direção da frente, ou positiva, e o passe baixo refere-se à amostra que se move na direção inversa, ou negativa. A média de COF para o óleo RT foi observada como sendo inferior a 0,1 para ambas as direções. O COF médio entre os passes foi de 0,072 e 0,080. O COF médio do óleo de 90°C foi encontrado como diferente entre os passes. Os valores médios de COF de 0,167 e 0,09 foram observados. A diferença no COF dá uma prova adicional de que o óleo só foi capaz de molhar adequadamente um dos lados do pino. O COF alto foi obtido quando uma película espessa foi formada entre o pino e a saia do pistão devido à ocorrência de lubrificação hidrodinâmica. O COF mais baixo é observado na outra direção quando a lubrificação mista está ocorrendo. Para mais informações sobre lubrificação hidrodinâmica e lubrificação mista, por favor, visite nossa nota de aplicação em Curvas de Stribeck.

Tabela 1: Resultados do teste de desgaste lubrificado em pistões.

FIGURA 1: Gráficos COF para o teste de desgaste do óleo à temperatura ambiente A perfil cru B alto passe C baixo passe.

FIGURA 2: Gráficos COF para teste de óleo de desgaste a 90°C A perfil cru B alto passe C baixo passe.

FIGURA 3: Imagem ótica da cicatriz de desgaste do teste de desgaste do óleo do motor RT.

FIGURA 4: Volume de uma análise de cicatriz de desgaste de um furo do teste de desgaste de óleo de motor RT.

FIGURA 5: Exame de profilometria da cicatriz de desgaste do teste de desgaste do óleo do motor RT.

FIGURA 6: Imagem ótica da cicatriz de desgaste de 90°C teste de desgaste do óleo do motor

FIGURA 7: Volume de uma análise de cicatriz de desgaste de um furo de 90°C de teste de desgaste de óleo de motor.

FIGURA 8: Varredura da cicatriz de desgaste de 90°C do teste de desgaste do óleo do motor.

CONCLUSÃO

Foi realizado um teste de desgaste linear recíproco lubrificado em um pistão para simular eventos que ocorrem em um
motor operacional da vida real. As interfaces saia-saia-lubrificante-cilíndrico do pistão é crucial para o funcionamento de um motor. A espessura do lubrificante na interface é responsável pela perda de energia devido ao atrito ou desgaste entre a saia do pistão e a camisa do cilindro. Para otimizar o motor, a espessura da película deve ser a mais fina possível sem permitir que a saia do pistão e a camisa do cilindro se toquem. O desafio, entretanto, é como as mudanças de temperatura, velocidade e força irão afetar as interfaces P-L-C.

Com sua ampla gama de carga (até 2000 N) e velocidade (até 15000 rpm), o tribômetro NANOVEA T2000 é capaz de simular diferentes condições possíveis em um motor. Possíveis estudos futuros sobre este tópico incluem como as interfaces P-L-C se comportarão sob diferentes cargas constantes, carga oscilante, temperatura do lubrificante, velocidade e método de aplicação do lubrificante. Estes parâmetros podem ser facilmente ajustados com o tribômetro NANOVEA T2000 para dar uma compreensão completa sobre os mecanismos das interfaces de revestimento do pistão saia-lubrificante-cilíndrico do cilindro.

AGORA, VAMOS FALAR SOBRE SUA APLICAÇÃO

Teste de desgaste de revestimento de vidro por Tribômetro

Saiba mais

UMIDADE NO REVESTIMENTO DE VIDRO

TESTE DE DESGASTE POR TRIBÔMETRO

Preparado por

DUANJIE LIPhD

INTRODUÇÃO

O revestimento de vidro autolimpante cria uma superfície de vidro de fácil limpeza que evita a acumulação de sujeira, sujeira e manchas. Sua característica de autolimpeza reduz significativamente a freqüência, tempo, energia e custos de limpeza, tornando-a uma escolha atraente para uma variedade de aplicações residenciais e comerciais, tais como fachadas de vidro, espelhos, vidros de chuveiro, janelas e pára-brisas.

IMPORTÂNCIA DA RESISTÊNCIA AO DESGASTE DE REVESTIMENTO DE VIDRO AUTOLIMPANTE

Uma aplicação principal do revestimento autolimpante é a superfície exterior da fachada de vidro nos arranha-céus. A superfície do vidro é frequentemente atacada por partículas de alta velocidade transportadas por ventos fortes. A condição climática também desempenha um papel importante na vida útil do revestimento de vidro. Pode ser muito difícil e caro tratar a superfície do vidro e aplicar o novo revestimento quando o antigo falhar. Portanto, a resistência ao desgaste do revestimento de vidro sob
diferentes condições climáticas são críticas.

A fim de simular as condições ambientais realistas do revestimento autolimpante em diferentes condições climáticas, é necessária uma avaliação de desgaste repetível em uma umidade controlada e monitorada. Isto permite aos usuários comparar corretamente a resistência ao desgaste dos revestimentos autolimpantes expostos a diferentes graus de umidade e selecionar o melhor candidato para a aplicação visada.

OBJETIVO DA MEDIÇÃO

Neste estudo, mostramos que o NANOVEA O T100 Tribômetro equipado com um controlador de umidade é uma ferramenta ideal para investigar a resistência ao desgaste de revestimentos de vidro autolimpantes em diferentes graus de umidade.

NANOVEA

T100

PROCEDIMENTOS DE TESTE

As lâminas do microscópio de vidro soda cálcica foram revestidas com revestimentos de vidro autolimpantes com duas receitas de tratamento diferentes. Estes dois revestimentos são identificados como Revestimento 1 e Revestimento 2. Uma lâmina de vidro nu não revestido também é testada para comparação.

NANOVEA Tribômetro equipado com um módulo de controle de umidade foi utilizado para avaliar o comportamento tribológico, por exemplo, coeficiente de atrito, COF e resistência ao desgaste dos revestimentos de vidro autolimpantes. Uma ponta esférica de WC (6 mm de diâmetro) foi aplicada contra as amostras testadas. O COF foi registrado in situ. O controlador de umidade acoplado à tribocâmara controlou com precisão o valor da umidade relativa (UR) na faixa de ±1 %. A morfologia da trilha de desgaste foi examinada ao microscópio óptico após os testes de desgaste.

CARGA MÁXIMA 40 mN

RESULTADOS & DISCUSSÃO

Os testes de desgaste pin-on-disk em diferentes condições de umidade foram realizados sobre o vidro revestido e não revestido
amostras. O COF foi registrado in situ durante os testes de desgaste, como mostrado em FIGURA 1 e o COF médio está resumido em FIGURA 2. FIGURA 4 compara as faixas de desgaste após os testes de desgaste.

Como mostrado em FIGURA 1O vidro não revestido exibe um alto COF de ~0,45 uma vez que o movimento de deslizamento começa no 30% RH, e aumenta progressivamente para ~0,6 no final do teste de desgaste de 300 reversão. Em comparação, o
As amostras de vidro revestido Coating 1 e Coating 2 mostram um COF baixo abaixo de 0,2 no início do teste. O COF
de Coating 2 estabiliza em ~0,25 durante o resto do teste, enquanto Coating 1 exibe um aumento acentuado de COF em
~250 revoluções e o COF atinge um valor de ~0,5. Quando os testes de desgaste são realizados no 60% RH, o
O vidro não revestido ainda apresenta um COF mais alto de ~0,45 durante todo o teste de desgaste. Os revestimentos 1 e 2 exibem os valores de COF de 0,27 e 0,22, respectivamente. No 90% RH, o vidro não revestido possui um COF elevado de ~0,5 no final do teste de desgaste. Os revestimentos 1 e 2 exibem COF comparável de ~0,1 quando o teste de desgaste começa. O revestimento 1 mantém um COF relativamente estável de ~0,15. O revestimento 2, entretanto, falha em ~100 rotações, seguido por um aumento significativo de COF para ~0,5 no final do teste de desgaste.

O baixo atrito do revestimento de vidro autolimpante é causado por sua baixa energia superficial. Ele cria uma estática muito alta
ângulo de contato com a água e baixo ângulo de rolagem. Isto leva à formação de pequenas gotas de água na superfície do revestimento no 90% RH, como mostrado no microscópio em FIGURA 3. Também resulta na diminuição da média de COF de ~0,23 para ~0,15 para Revestimento 2 à medida que o valor de RH aumenta de 30% para 90%.

FIGURA 1: Coeficiente de atrito durante os testes pin-on-disk em diferentes humidades relativas.

FIGURA 2: Média de COF durante os testes pin-on-disk em diferentes humidades relativas.

FIGURA 3: Formação de pequenas gotículas de água sobre a superfície do vidro revestido.

FIGURA 4 compara as faixas de desgaste na superfície do vidro após os testes de desgaste em diferentes graus de umidade. O revestimento 1 exibe sinais de desgaste leve após os testes de desgaste no RH do 30% e 60%. Possui uma grande pista de desgaste após o teste no 90% RH, de acordo com o aumento significativo de COF durante o teste de desgaste. O revestimento 2 apresenta quase nenhum sinal de desgaste após os testes de desgaste tanto em ambiente seco quanto úmido, e também apresenta um COF baixo constante durante os testes de desgaste em diferentes graus de umidade. A combinação de boas propriedades tribológicas e baixa energia superficial torna o Coating 2 um bom candidato para aplicações de revestimento de vidro autolimpante em ambientes agressivos. Em comparação, o vidro não revestido mostra faixas de desgaste maiores e COF mais alto em diferentes humidades, demonstrando a necessidade da técnica de revestimento autolimpante.

FIGURA 4: Desgaste de trilhas após os testes pin-on-disk em diferentes humidades relativas (ampliação de 200x).

CONCLUSÃO

NANOVEA O T100 Tribometer é uma ferramenta superior para avaliação e controle de qualidade de revestimentos de vidro autolimpantes em diferentes condições de umidade. A capacidade de medição in-situ do COF permite aos usuários correlacionar diferentes estágios do processo de desgaste com a evolução do COF, o que é fundamental para melhorar a compreensão fundamental do mecanismo de desgaste e das características tribológicas dos revestimentos de vidro. Com base na análise tribológica abrangente sobre os revestimentos de vidro autolimpantes testados em diferentes condições de umidade, mostramos que o Coating 2 possui um COF baixo constante e resistência superior ao desgaste tanto em ambientes secos quanto úmidos, tornando-o um melhor candidato para aplicações de revestimentos de vidro autolimpantes expostos a diferentes intempéries.

NANOVEA Os tribômetros oferecem testes de desgaste e atrito precisos e repetíveis usando os modos rotativo e linear compatíveis com ISO e ASTM, com módulos opcionais de desgaste a alta temperatura, lubrificação e tribo-corrosão disponíveis em um sistema pré-integrado. O profiler 3D sem contato opcional está disponível para alta temperatura.
resolução 3D da pista de desgaste, além de outras medidas de superfície, como rugosidade.

AGORA, VAMOS FALAR SOBRE SUA APLICAÇÃO

Medição de Desgaste In Situ em Alta Temperatura

MEDIÇÃO DE DESGASTE IN SITU EM ALTA TEMPERATURA

USANDO O TRIBÔMETRO

Preparado por

Duanjie Li, PhD

INTRODUÇÃO

O Transformador Diferencial Linear Variável (LVDT) é um tipo de transformador elétrico robusto usado para medir o deslocamento linear. Tem sido amplamente utilizado em diversas aplicações industriais, incluindo turbinas de potência, hidráulica, automação, aeronaves, satélites, reatores nucleares, e muitas outras.

Neste estudo, apresentamos os add-ons de LVDT e módulos de alta temperatura do NANOVEA Tribômetro que permitem que a alteração da profundidade da trilha de desgaste da amostra testada seja medida durante o processo de desgaste em temperaturas elevadas. Isso permite aos usuários correlacionar diferentes estágios do processo de desgaste com a evolução do COF, o que é fundamental para melhorar a compreensão fundamental do mecanismo de desgaste e das características tribológicas dos materiais para aplicações em altas temperaturas.

OBJETIVO DA MEDIÇÃO

Neste estudo, gostaríamos de mostrar a capacidade do Tribômetro NANOVEA T50 para monitorar in situ a evolução do processo de desgaste dos materiais a temperaturas elevadas.

O processo de desgaste da cerâmica de silicato de alumina a diferentes temperaturas é simulado de forma controlada e monitorada.

NANOVEA

T50

PROCEDIMENTO DE TESTE

O comportamento tribológico, por exemplo, coeficiente de atrito, COF e resistência ao desgaste das placas cerâmicas de silicato de alumina foi avaliado pelo Tribômetro NANOVEA. A placa cerâmica de silicato de alumina foi aquecida por um forno desde a temperatura ambiente, RT, até temperaturas elevadas (400°C e 800°C), seguido pelos testes de desgaste a tais temperaturas.

Para comparação, os testes de desgaste foram realizados quando a amostra esfriou de 800°C para 400°C e depois para a temperatura ambiente. Uma ponta esférica AI2O3 (6mm de diâmetro, grau 100) foi aplicada contra as amostras testadas. O COF, a profundidade de desgaste e a temperatura foram monitorados in situ.

PARÂMETROS DE TESTE

da medição pin-on-disk

A taxa de desgaste, K, foi avaliada usando a fórmula K=V/(Fxs)=A/(Fxn), onde V é o volume gasto, F é a carga normal, s é a distância de deslizamento, A é a área da seção transversal da pista de desgaste, e n é o número de revolução. A rugosidade da superfície e os perfis da pista de desgaste foram avaliados pelo Perfurador Óptico NANOVEA, e a morfologia da pista de desgaste foi examinada usando um microscópio ótico.

RESULTADOS & DISCUSSÃO

O COF e a profundidade da pista de desgaste registrados in situ são mostrados no FIGURA 1 e FIGURA 2, respectivamente. No FIGURA 1, "-I" indica o teste realizado quando a temperatura foi aumentada de RT para uma temperatura elevada. O "-D" representa a diminuição da temperatura a partir de uma temperatura mais alta de 800°C.

Como mostrado no FIGURA 1, as amostras testadas em diferentes temperaturas exibem um COF comparável de ~0,6 ao longo das medições. Um COF tão elevado leva a um processo de desgaste acelerado que cria uma quantidade substancial de detritos. A profundidade da pista de desgaste foi monitorada durante os testes de desgaste por LVDT, como mostrado na FIGURA 2. Os testes realizados à temperatura ambiente antes do aquecimento da amostra e após o resfriamento da amostra mostram que a placa cerâmica de silicato de alumina apresenta um processo de desgaste progressivo em RT, a profundidade da pista de desgaste aumenta gradualmente durante todo o teste de desgaste para ~170 e ~150 μm, respectivamente.

Em comparação, os testes de desgaste em temperaturas elevadas (400°C e 800°C) apresentam um comportamento de desgaste diferente - a profundidade da pista de desgaste aumenta prontamente no início do processo de desgaste, e diminui à medida que o teste continua. A profundidade da pista de desgaste para testes realizados em temperaturas 400°C-I, 800°C e 400°C-D é de ~140, ~350 e ~210 μm, respectivamente.

FIGURA 1. Coeficiente de Fricção durante os testes pin-on-disk a diferentes temperaturas

FIGURA 2. Evolução da profundidade da pista de desgaste da placa cerâmica de silicato de alumina a diferentes temperaturas

A taxa média de desgaste e a profundidade da pista de desgaste das placas cerâmicas de silicato de alumina em diferentes temperaturas foram medidas usando NANOVEA Profiler Óptico, conforme resumido em FIGURA 3. A profundidade da pista de desgaste está de acordo com o registrado usando LVDT. A placa cerâmica de silicato de alumina apresenta uma taxa de desgaste substancialmente aumentada de ~0,5 mm3/Nm a 800°C, em comparação com as taxas de desgaste abaixo de 0,2 mm3/N a temperaturas abaixo de 400°C. A placa cerâmica de silicato de alumina não apresenta propriedades mecânicas/tribológicas significativamente melhoradas após o curto processo de aquecimento, possuindo uma taxa de desgaste comparável antes e depois do tratamento térmico.

A cerâmica de silicato de alumina, também conhecida como lava e pedra milagrosa, é macia e maquinável antes do tratamento térmico. Um longo processo de queima a temperaturas elevadas de até 1093°C pode aumentar substancialmente sua dureza e resistência, após o que é necessária a usinagem com diamante. Tal característica única torna a cerâmica de silicato de alumina um material ideal para escultura.

Neste estudo, mostramos que o tratamento térmico a uma temperatura mais baixa que o necessário para a queima (800°C vs 1093°C) em pouco tempo não melhora as características mecânicas e tribológicas da cerâmica de silicato de alumina, tornando a queima adequada um processo essencial para este material antes de sua utilização nas aplicações reais.

FIGURA 3. Taxa de desgaste e profundidade da pista de desgaste da amostra em diferentes temperaturas

CONCLUSÃO

Com base na análise tribológica abrangente deste estudo, mostramos que a placa cerâmica de silicato de alumina apresenta coeficiente de atrito comparável em diferentes temperaturas desde a temperatura ambiente até 800°C. No entanto, mostra uma taxa de desgaste substancialmente aumentada de ~0,5 mm3/Nm a 800°C, demonstrando a importância de um tratamento térmico adequado desta cerâmica.

Os Tribômetros NANOVEA são capazes de avaliar as propriedades tribológicas dos materiais para aplicações a altas temperaturas de até 1000°C. A função de medições in situ do COF e da profundidade da pista de desgaste permite aos usuários correlacionar diferentes estágios do processo de desgaste com a evolução do COF, o que é fundamental para melhorar a compreensão fundamental do mecanismo de desgaste e das características tribológicas dos materiais utilizados em temperaturas elevadas.

Os Tribômetros NANOVEA oferecem 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. A gama inigualável da NANOVEA é uma solução ideal para determinar a gama completa de propriedades tribológicas de revestimentos, filmes e substratos finos ou grossos, macios ou duros.

Os perfis opcionais 3D sem contato estão disponíveis para imagens 3D de alta resolução de faixas de desgaste, além de outras medidas de superfície, tais como rugosidade.

AGORA, VAMOS FALAR SOBRE SUA APLICAÇÃO

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Produtos

Perfilômetros

PS50 - Perfilômetro Compacto Avançado

JR25 - Perfilômetro Compacto Portátil

ST400 - Perfilômetro Padrão Modular

AFMPRO - Perfilômetro com Força Atômica

ST500 - Perfilômetro para Área Modular Grande

JR100 - Perfilômetro Portátil de alta velocidade

CQ em linha (Rugosidade, Textura e Acabamento)

Testadores Mecânicos

CB500 - Testador mecânico Compacto Avançado

PB1000 - Testador Mecânico com Plataforma Grande

Sistemas de Vácuo (Personalizado)

Tribômetros

T50 - Tribômetro Padrão Modular

T100 - Tribômetro Pneumático Compacto

T2000 - Tribômetro Pneumático de Alta Carga

CR-8R (Espessura do revestimento de crateras de bola)

Sistemas de Vácuo (Personalizado)

Soluções em testes

Perfilometria

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Indentação | Stress vs Deformação

Indentação | Deslizamento & Relaxamento

Indentação | Perda & Armazenamento

Indentação | Resistência à Fratura

Indentação | Resistência e Fadiga

Alta Temperatura

Umidade

Arranhamento | Falha Adesiva

Arranhamento | Falha Coesiva

Arranhamento | Dureza do Arranhão

Arranhamento | Desgaste Multi-Pass

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Líquido

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Vácuo

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