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AR Categoria: Teste de Tribologia
Avaliação do desgaste por fretting
AVALIAÇÃO DO DESGASTE POR ATRITO
Autor:
Duanjie Li, PhD
Revisado por
Jocelyn Esparza
INTRODUÇÃO
Fretting é "um processo de desgaste especial que ocorre na área de contato entre dois materiais sob carga e sujeito a um movimento relativo mínimo por vibração ou alguma outra força". Quando as máquinas estão em operação, as vibrações ocorrem inevitavelmente nas juntas que são aparafusadas ou fixadas por pinos, entre componentes que não se destinam a se mover, e em acoplamentos e rolamentos oscilantes. A amplitude de tal movimento de deslizamento relativo é freqüentemente na ordem de micrômetros a milímetros. Esse movimento repetitivo de baixa amplitude causa um sério desgaste mecânico localizado e transferência de material na superfície, o que pode levar a uma redução da eficiência de produção, do desempenho da máquina ou até mesmo a danos à máquina.
Importância da Quantitativa
Avaliação do desgaste por fretting
O desgaste por atrito geralmente envolve vários mecanismos de desgaste complexos que ocorrem na superfície de contato, incluindo abrasão de dois corpos, adesão e/ou desgaste por fadiga por atrito. Para entender o mecanismo de desgaste por contato e selecionar o melhor material para proteção contra desgaste por contato, é necessária uma avaliação confiável e quantitativa do desgaste por contato. O comportamento do desgaste por contato é significativamente influenciado pelo ambiente de trabalho, como amplitude de deslocamento, carga normal, corrosão, temperatura, umidade e lubrificação. Um versátil tribômetro que possa simular as diferentes condições de trabalho realistas será ideal para avaliação de desgaste por atrito.
Steven R. Lampman, ASM Handbook: Volume 19: Fadiga e Fractura
http://www.machinerylubrication.com/Read/693/fretting-wear
OBJETIVO DA MEDIÇÃO
Neste estudo, avaliamos os comportamentos de desgaste por atrito de uma amostra de aço inoxidável SS304 em diferentes velocidades e temperaturas de oscilação para mostrar a capacidade de NANOVEA T50 Tribômetro na simulação do processo de desgaste por atrito do metal de uma maneira bem controlada e monitorada.
NANOVEA
T50
CONDIÇÕES DE TESTE
A resistência ao desgaste por atrito de uma amostra de aço inoxidável SS304 foi avaliada por NANOVEA Tribômetro usando o Módulo de Desgaste Linear Reciprocante. Uma esfera de 6 mm de diâmetro foi usada como material do contador. A pista de desgaste foi examinada usando um NANOVEA Perfilador 3D sem contato.
O teste de atrito foi realizado à temperatura ambiente (RT) e 200 °C para estudar o efeito da alta temperatura sobre a resistência ao desgaste por atrito da amostra SS304. Uma placa de aquecimento na fase de amostra aqueceu a amostra durante o teste de atrito a 200 °C. A taxa de desgaste, Kfoi avaliada usando a fórmula K=V/(F×s)onde V é o volume gasto, F é a carga normal, e s é a distância de deslizamento.
Por favor, note que uma bola de WC como material de balcão foi usada como exemplo neste estudo. Qualquer material sólido com diferentes formas e acabamento superficial pode ser aplicado utilizando uma fixação personalizada para simular a situação real de aplicação.
PARÂMETROS DE TESTE
das medidas de desgaste
RESULTADOS & DISCUSSÃO
O perfil da pista de desgaste 3D permite a determinação direta e precisa da perda de volume da pista de desgaste calculada pelo NANOVEA Software de análise de montanhas.
O teste de desgaste recíproco a uma velocidade baixa de 100 rpm e temperatura ambiente exibe uma pequena pista de desgaste de 0,014 mm³. Em comparação, o teste de desgaste por atrito realizado a uma alta velocidade de 1000 rpm cria uma pista de desgaste substancialmente maior com um volume de 0,12 mm³. Esse processo de desgaste acelerado pode ser atribuído ao alto calor e à intensa vibração gerada durante o teste de desgaste por atrito, que promove a oxidação dos detritos metálicos e resulta em severa abrasão de três corpos. O teste de desgaste por atrito a uma temperatura elevada de 200°C. °C forma uma faixa de desgaste maior de 0,27 mm³.
O teste de desgaste por atrito a 1000 rpm tem uma taxa de desgaste de 1,5×10-4 mm³/Nm, que é quase nove vezes comparado com o teste de desgaste recíproco a 100 rpm. O teste de desgaste por atrito a uma temperatura elevada acelera ainda mais a taxa de desgaste para 3,4×10-4 mm³/Nm. Uma diferença tão significativa na resistência ao desgaste medida em diferentes velocidades e temperaturas mostra a importância de simulações adequadas do desgaste por atrito para aplicações realistas.
O comportamento de desgaste pode mudar drasticamente quando pequenas mudanças nas condições de teste são introduzidas no tribosistema. A versatilidade do NANOVEA O Tribômetro permite medir o desgaste sob várias condições, incluindo alta temperatura, lubrificação, corrosão e outras. O controle preciso de velocidade e posição pelo motor avançado permite aos usuários realizar o teste de desgaste a velocidades que variam de 0,001 a 5000 rpm, tornando-o uma ferramenta ideal para laboratórios de pesquisa/teste para investigar o desgaste por atrito em diferentes condições tribológicas.
Pistas de desgaste por fricção em várias condições
sob o microscópio ótico
perfis de tramas de guerra em 3D
proporcionar mais compreensão fundamental
do mecanismo de desgaste por atrito
RESUMO DOS RESULTADOS DAS PISTAS DE DESGASTE
medido usando diferentes parâmetros de teste
CONCLUSÃO
Neste estudo, mostramos a capacidade do NANOVEA Tribômetro na avaliação do comportamento de desgaste por atrito de uma amostra de aço inoxidável SS304 de forma bem controlada e quantitativa.
A velocidade de teste e a temperatura desempenham papéis críticos na resistência ao desgaste por atrito dos materiais. O alto calor e a intensa vibração durante o atrito resultaram em um desgaste substancialmente acelerado da amostra SS304 por cerca de nove vezes. A temperatura elevada de 200 °C aumentou ainda mais a taxa de desgaste para 3,4×10-4 mm3/Nm.
A versatilidade do NANOVEA O Tribômetro o torna uma ferramenta ideal para medir o desgaste por atrito sob várias condições, incluindo alta temperatura, lubrificação, corrosão e outras.
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. Nossa linha incomparável é uma solução ideal para determinar o escopo total das propriedades tribológicas de revestimentos, filmes e substratos finos ou grossos, macios ou duros.
AGORA, VAMOS FALAR SOBRE SUA APLICAÇÃO
Rolamentos de esferas: estudo de resistência ao desgaste de alta força
INTRODUÇÃO
Um rolamento de esferas utiliza esferas para reduzir o atrito rotacional e suportar cargas radiais e axiais. As esferas rolantes entre as pistas do rolamento produzem um coeficiente de atrito (COF) muito menor em comparação com duas superfícies planas deslizando uma contra a outra. Os rolamentos de esferas são frequentemente expostos a altos níveis de tensão de contato, desgaste e condições ambientais extremas, como altas temperaturas. Portanto, a resistência ao desgaste das esferas sob cargas elevadas e condições ambientais extremas é crítica para prolongar a vida útil do rolamento de esferas e reduzir custos e tempo em reparos e substituições.
Os rolamentos de esferas podem ser encontrados em quase todas as aplicações que envolvem peças móveis. Eles são comumente usados em indústrias de transporte, como aeroespacial e automobilística, bem como na indústria de brinquedos que fabrica itens como fidget spinner e skates.
AVALIAÇÃO DO DESGASTE DE ROLAMENTOS DE ESFERAS EM ALTAS CARGAS
Os rolamentos de esferas podem ser fabricados a partir de uma extensa lista de materiais. Os materiais comumente usados variam entre metais como aço inoxidável e aço cromado ou cerâmicas como carboneto de tungstênio (WC) e nitreto de silício (Si3n4). Para garantir que os rolamentos de esferas fabricados possuam a resistência ao desgaste necessária, ideal para as condições de aplicação especificadas, são necessárias avaliações tribológicas confiáveis sob cargas elevadas. Os testes tribológicos auxiliam na quantificação e contraste dos comportamentos de desgaste de diferentes rolamentos de esferas de maneira controlada e monitorada para selecionar o melhor candidato para a aplicação desejada.
OBJETIVO DA MEDIÇÃO
Neste estudo, apresentamos um Nanovea Tribômetro como a ferramenta ideal para comparar a resistência ao desgaste de diferentes rolamentos de esferas sob altas cargas.
Figura 1: Configuração do teste de rolamento.
PROCEDIMENTO DE TESTE
O coeficiente de atrito, COF e a resistência ao desgaste dos rolamentos de esferas feitos de diferentes materiais foram avaliados por um Tribômetro Nanovea. Foi utilizada lixa de grão P100 como contra-material. As cicatrizes de desgaste dos rolamentos de esferas foram examinadas usando um Nanovea Perfilador 3D sem contato após a conclusão dos testes de desgaste. Os parâmetros de teste estão resumidos na Tabela 1. A taxa de desgaste, Kfoi avaliada usando a fórmula K=V/(F×s)onde V é o volume gasto, F é a carga normal e s é a distância de deslizamento. As cicatrizes de desgaste da bola foram avaliadas por um Nanovea Perfilador 3D sem contato para garantir medição precisa do volume de desgaste.
O recurso de posicionamento radial motorizado automatizado permite que o tribômetro diminua o raio da trilha de desgaste durante um teste. Este modo de teste é denominado teste espiral e garante que o rolamento de esferas sempre deslize sobre uma nova superfície da lixa (Figura 2). Melhora significativamente a repetibilidade do teste de resistência ao desgaste na esfera. O codificador avançado de 20 bits para controle de velocidade interno e o codificador de 16 bits para controle de posição externo fornecem informações precisas de velocidade e posição em tempo real, permitindo um ajuste contínuo da velocidade de rotação para atingir velocidade de deslizamento linear constante no contato.
Observe que a lixa P100 Grit foi usada para simplificar o comportamento de desgaste entre vários materiais de esfera neste estudo e pode ser substituída por qualquer outra superfície de material. Qualquer material sólido pode ser substituído para simular o desempenho de uma ampla gama de acoplamentos de materiais sob condições reais de aplicação, como em líquidos ou lubrificantes.
Figura 2: Ilustração dos passes em espiral do rolamento de esferas na lixa.
Tabela 1: Parâmetros de teste das medições de desgaste.
RESULTADOS & DISCUSSÃO
A taxa de desgaste é um fator vital para determinar a vida útil do rolamento de esferas, enquanto um COF baixo é desejável para melhorar o desempenho e a eficiência do rolamento. A Figura 3 compara a evolução do COF para diferentes rolamentos de esferas em relação à lixa durante os testes. A esfera de aço Cr mostra um COF aumentado de ~0,4 durante o teste de desgaste, em comparação com ~0,32 e ~0,28 para rolamentos de esferas SS440 e Al2O3. Por outro lado, a bola de WC apresenta um COF constante de ~0,2 durante todo o teste de desgaste. A variação observável do COF pode ser observada ao longo de cada teste, atribuída às vibrações causadas pelo movimento deslizante dos rolamentos de esferas contra a superfície áspera da lixa.
Figura 3: Evolução do COF durante os testes de desgaste.
A Figura 4 e a Figura 5 comparam as cicatrizes de desgaste dos rolamentos de esferas após serem medidas por um microscópio óptico e pelo perfilador óptico sem contato Nanovea, respectivamente, e a Tabela 2 resume os resultados da análise das trilhas de desgaste. O perfilador Nanovea 3D determina com precisão o volume de desgaste dos rolamentos de esferas, tornando possível calcular e comparar as taxas de desgaste de diferentes rolamentos de esferas. Pode-se observar que as esferas de aço Cr e SS440 apresentam cicatrizes de desgaste achatadas muito maiores em comparação com as esferas cerâmicas, ou seja, Al2O3 e WC após os testes de desgaste. As esferas Cr Steel e SS440 têm taxas de desgaste comparáveis de 3,7×10-3 e 3,2×10-3 m3/N m, respectivamente. Em comparação, a esfera de Al2O3 apresenta uma maior resistência ao desgaste com uma taxa de desgaste de 7,2×10-4 m3/N m. A bola de WC quase não apresenta pequenos arranhões na área superficial da pista de desgaste, resultando em uma taxa de desgaste significativamente reduzida de 3,3×10-6 mm3/N m.
Figura 4: Marcas de desgaste dos rolamentos após os testes.
Figura 5: Morfologia 3D das marcas de desgaste nos rolamentos de esferas.
Tabela 2: Análise de cicatrizes de desgaste dos rolamentos de esferas.
A Figura 6 mostra imagens microscópicas das marcas de desgaste produzidas na lixa pelos quatro rolamentos de esferas. É evidente que a bola de WC produziu o desgaste mais severo (removendo quase todas as partículas de areia em seu caminho) e possui a melhor resistência ao desgaste. Em comparação, as esferas Cr Steel e SS440 deixaram uma grande quantidade de detritos metálicos na trilha de desgaste da lixa.
Estas observações demonstram ainda mais a importância do benefício de um teste em espiral. Garante que o rolamento de esferas sempre deslize sobre uma nova superfície da lixa, o que melhora significativamente a repetibilidade de um teste de resistência ao desgaste.
Figura 6: Marcas de desgaste na lixa contra diferentes rolamentos de esferas.
CONCLUSÃO
A resistência ao desgaste dos rolamentos de esferas sob alta pressão desempenha um papel vital no seu desempenho em serviço. Os rolamentos de esferas de cerâmica possuem resistência ao desgaste significativamente melhorada sob condições de alta tensão e reduzem o tempo e o custo devido ao reparo ou substituição do rolamento. Neste estudo, o rolamento de esferas WC apresenta uma resistência ao desgaste substancialmente maior em comparação com os rolamentos de aço, tornando-o um candidato ideal para aplicações de rolamentos onde ocorre desgaste severo.
Um Tribômetro Nanovea é projetado com capacidade de alto torque para cargas de até 2.000 N e motor preciso e controlado para velocidades de rotação de 0,01 a 15.000 rpm. Ele oferece testes repetíveis de desgaste e fricção usando modos rotativos e lineares em conformidade com ISO e ASTM, com módulos opcionais de desgaste e lubrificação em alta temperatura disponíveis em um sistema pré-integrado. Esta gama incomparável permite aos usuários simular diferentes ambientes de trabalho severos dos rolamentos de esferas, incluindo alta tensão, desgaste e alta temperatura, etc. Ela também atua como uma ferramenta ideal para avaliar quantitativamente os comportamentos tribológicos de materiais superiores resistentes ao desgaste sob altas cargas.
Um perfilador sem contato Nanovea 3D fornece medições precisas do volume de desgaste e atua como uma ferramenta para analisar a morfologia detalhada das trilhas de desgaste, fornecendo insights adicionais na compreensão fundamental dos mecanismos de desgaste.
Preparado por
Duanjie Li, PhD, Jonathan Thomas e Pierre Leroux
Teste de Desgaste Block-On-Ring
IMPORTÂNCIA DA AVALIAÇÃO DO DESGASTE POR BLOCOS SOBRE ANÉIS
O desgaste deslizante é a perda progressiva de material que resulta do deslizamento de dois materiais um contra o outro na área de contato sob carga. Ocorre inevitavelmente em uma grande variedade de indústrias onde máquinas e motores estão em operação, incluindo automotiva, aeroespacial, petróleo e gás e muitas outras. Tal movimento de deslizamento causa desgaste mecânico grave e transferência de material na superfície, o que pode levar à redução da eficiência de produção, do desempenho da máquina ou mesmo a danos à máquina.
O desgaste por deslizamento geralmente envolve mecanismos de desgaste complexos que ocorrem na superfície de contato, como desgaste por adesão, abrasão de dois corpos, abrasão de três corpos e desgaste por fadiga. O comportamento de desgaste dos materiais é significativamente influenciado pelo ambiente de trabalho, como carga normal, velocidade, corrosão e lubrificação. Um versátil tribômetro que possa simular as diferentes condições de trabalho realistas será ideal para avaliação de desgaste.
O teste Block-on-Ring (ASTM G77) é uma técnica amplamente utilizada que avalia os comportamentos de desgaste por deslizamento de materiais em diferentes condições simuladas, permitindo uma classificação confiável de pares de materiais para aplicações tribológicas específicas.
O teste Block-on-Ring (ASTM G77) é uma técnica amplamente utilizada que avalia os comportamentos de desgaste por deslizamento de materiais em diferentes condições simuladas, permitindo uma classificação confiável de pares de materiais para aplicações tribológicas específicas.
OBJETIVO DA MEDIÇÃO
Nesta aplicação, o Nanovea Mechanical Tester mede o YS e UTS de aço inoxidável SS304 e amostras de liga metálica de alumínio Al6061. As amostras foram escolhidas por seus valores de YS e UTS comumente reconhecidos mostrando a confiabilidade dos métodos de indentação da Nanovea.
O comportamento do desgaste por deslizamento de um bloco H-30 em um anel S-10 foi avaliado pelo tribômetro da Nanovea usando o módulo Block-on-Ring. O bloco H-30 é feito de 01 aço ferramenta de dureza 30HRC, enquanto o anel S-10 é de aço tipo 4620 de dureza superficial de 58 a 63 HRC e diâmetro do anel de ~34,98 mm. Os testes Block-on-Ring foram realizados em ambientes secos e lubrificados para investigar o efeito no comportamento do desgaste. Os testes de lubrificação foram realizados em óleo mineral pesado USP. A trilha de desgaste foi examinada usando o Nanovea Perfilômetro 3D sem contato. Os parâmetros de teste estão resumidos na Tabela 1. A taxa de desgaste (K) foi avaliada usando a fórmula K=V/(F×s), onde V é o volume desgastado, F é a carga normal, s é a distância de deslizamento.
RESULTADOS E DISCUSSÃO
A Figura 2 compara o coeficiente de atrito (COF) dos testes Block-on-Ring em ambientes secos e lubrificados. O bloco tem significativamente mais atrito em um ambiente seco do que em um ambiente lubrificado. COF
flutua durante o período de rodagem nas primeiras 50 rotações e atinge um COF constante de ~0,8 para o restante do teste de desgaste de 200 rotações. Em comparação, o teste Block-on-Ring realizado na lubrificação com óleo mineral pesado da USP exibe COF baixo e constante de 0,09 ao longo do teste de desgaste de 500.000 rotações. O lubrificante reduz significativamente o COF entre as superfícies em aproximadamente 90 vezes.
As figuras 3 e 4 mostram as imagens ópticas e os perfis 2D da seção transversal das cicatrizes de desgaste nos blocos após os testes de desgaste seco e lubrificado. Os volumes e taxas de desgaste das faixas de desgaste estão listados na Tabela 2. O bloco de aço após o teste de desgaste a seco a uma velocidade de rotação menor de 72 rpm para 200 rotações exibe um grande volume de cicatriz de desgaste de 9,45 mm˙. Em comparação, o teste de desgaste realizado a uma velocidade maior de 197 rpm para 500.000 rotações no lubrificante de óleo mineral cria um volume de pista de desgaste substancialmente menor de 0,03 mm˙.
As imagens em ÿgure 3 mostram que o desgaste severo ocorre durante os testes em condições secas em comparação com o desgaste leve do teste de desgaste lubrificado. O calor elevado e as vibrações intensas geradas durante o teste de desgaste a seco promovem a oxidação dos detritos metálicos resultando em abrasão severa de três corpos. No teste de lubrificação, o óleo mineral reduz o atrito e esfria a face de contato, além de transportar os detritos abrasivos criados durante o desgaste. Isto leva a uma redução significativa da taxa de desgaste por um fator de ~8×10ˆ. Um di˛erence tão substancial na resistência ao desgaste em ambientes di˛erent mostra a importância de uma simulação de desgaste deslizante adequada em condições de serviço realistas.
O comportamento de desgaste pode mudar drasticamente quando pequenas mudanças nas condições de teste são introduzidas. A versatilidade do tribômetro Nanovea permite a medição do desgaste em condições de alta temperatura, lubrificação e tribocorrosão. O controle preciso de velocidade e posição pelo motor avançado permite que testes de desgaste sejam realizados a velocidades que variam de 0,001 a 5000 rpm, tornando-o uma ferramenta ideal para laboratórios de pesquisa/teste para investigar o desgaste em di˛erent condições tribológicas.
A condição superficial das amostras foi examinada pelo proÿlômetro ótico sem contato da Nanovea. A figura 5 mostra a morfologia da superfície dos anéis após os testes de desgaste. A forma do cilindro é removida para melhor apresentar a morfologia da superfície e a rugosidade criada pelo processo de desgaste deslizante. O rugosidade da superfície do cilindro ocorreu devido ao processo de abrasão de três corpos durante o teste de desgaste a seco de 200 rotações. O bloco e o anel após o teste de desgaste a seco apresentam uma rugosidade Ra de 14,1 e 18,1 µm, respectivamente, em comparação com 5,7 e 9,1 µm para o teste de desgaste lubrificado a longo prazo de 500.000 - revolução a uma velocidade maior. Este teste demonstra a importância de uma lubrificação adequada do contato do cilindro de anéis do pistão. O desgaste severo danifica rapidamente a superfície de contato sem lubrificação e leva à deterioração irreversível da qualidade do serviço e até mesmo à quebra do motor.
CONCLUSÃO
Neste estudo mostramos como o Tribômetro da Nanovea é usado para avaliar o comportamento do desgaste por deslizamento de um par de aço metálico usando o módulo Block-on-Ring seguindo a norma ASTM G77. O lubrificante desempenha um papel crítico nas propriedades de desgaste do par de materiais. O óleo mineral reduz a taxa de desgaste do bloco H-30 em um fator de ~8×10ˆ e o COF em ~90 vezes. A versatilidade do Tribômetro da Nanovea o torna uma ferramenta ideal para medir o comportamento do desgaste sob diversas condições de lubrificação, alta temperatura e tribocorrosão.
O Tribômetro da Nanovea oferece testes de desgaste e fricção precisos e repetíveis usando modos rotativos e lineares em conformidade com ISO e ASTM, com módulos opcionais de desgaste em alta temperatura, lubrificação e tribocorrosão disponíveis em um sistema pré-integrado. A linha incomparável da Nanovea é uma solução ideal para determinar toda a gama de propriedades tribológicas de revestimentos, películas e substratos finos ou espessos, macios ou duros.
AGORA, VAMOS FALAR SOBRE SUA APLICAÇÃO
Avaliação de desgaste e arranhões do fio de cobre tratado de superfície
Importância da Avaliação do Desgaste e Raspagem do Arame de Cobre
O cobre tem uma longa história de uso em fiação elétrica desde a invenção do eletroímã e do telégrafo. Os fios de cobre são aplicados em uma ampla gama de equipamentos eletrônicos como painéis, medidores, computadores, máquinas comerciais e aparelhos graças à sua resistência à corrosão, soldabilidade e desempenho em temperaturas elevadas de até 150°C. Aproximadamente metade de todo o cobre extraído é utilizado para a fabricação de fios elétricos e condutores de cabos.
A qualidade da superfície do fio de cobre é crítica para o desempenho do serviço de aplicação e para a vida útil. Micro defeitos nos fios podem levar a desgaste excessivo, início e propagação de rachaduras, diminuição da condutividade e soldabilidade inadequada. O tratamento adequado da superfície dos fios de cobre remove os defeitos superficiais gerados durante a trefilação do fio, melhorando a resistência à corrosão, aos arranhões e ao desgaste. Muitas aplicações aeroespaciais com fios de cobre exigem comportamento controlado para evitar falhas inesperadas no equipamento. Medidas quantificáveis e confiáveis são necessárias para avaliar adequadamente o desgaste e a resistência a riscos da superfície do fio de cobre.
Objetivo da medição
Nesse aplicativo, simulamos um processo de desgaste controlado de diferentes tratamentos de superfície de fios de cobre. Teste de arranhões mede a carga necessária para causar falha na camada superficial tratada. Este estudo apresenta o Nanovea Tribômetro e Testador Mecânico como ferramentas ideais para avaliação e controle de qualidade de fios elétricos.
Procedimento e procedimentos de teste
O coeficiente de atrito (COF) e a resistência ao desgaste de dois diferentes tratamentos de superfície em fios de cobre (fio A e fio B) foram avaliados pelo tribômetro Nanovea usando um módulo de desgaste linear alternativo. Uma esfera de Al₂O₃ (6 mm de diâmetro) é o contramaterial usado nesta aplicação. A trilha de desgaste foi examinada usando o Nanovea Perfilômetro 3D sem contato. Os parâmetros de teste estão resumidos na Tabela 1.
Uma bola suave Al₂O₃ como material de contagem foi usada como exemplo neste estudo. Qualquer material sólido com forma e acabamento superficial diferentes pode ser aplicado utilizando uma fixação personalizada para simular a situação real de aplicação.
O testador mecânico da Nanovea equipado com uma ponta de diamante Rockwell C (100 raio μm) realizou testes progressivos de risco de carga nos fios revestidos usando o modo micro-risco. Os parâmetros do teste de raspagem e a geometria da ponta são mostrados na Tabela 2.
Resultados e Discussão
Desgaste de fio de cobre:
A Figura 2 mostra a evolução do COF dos fios de cobre durante os testes de desgaste. O fio A mostra um COF estável de ~0,4 durante o teste de desgaste enquanto o fio B exibe um COF de ~0,35 nas primeiras 100 revoluções e aumenta progressivamente para ~0,4.
A figura 3 compara os rastros de desgaste dos fios de cobre após os testes. O profilômetro 3D sem contato da Nanovea ofereceu uma análise superior da morfologia detalhada dos rastros de desgaste. Ele permite a determinação direta e precisa do volume de rastros de desgaste, fornecendo uma compreensão fundamental do mecanismo de desgaste. A superfície do fio B tem danos significativos nas pistas de desgaste após um teste de desgaste com 600 rotações. A vista 3D do profilômetro mostra a camada tratada da superfície do Fio B removida completamente, o que acelerou substancialmente o processo de desgaste. Isto deixou uma pista de desgaste achatada no Fio B, onde o substrato de cobre é exposto. Isto pode resultar em redução significativa da vida útil do equipamento elétrico onde o Fio B é usado. Em comparação, o Fio A apresenta um desgaste relativamente leve demonstrado por uma pista de desgaste rasa na superfície. A camada tratada na superfície do Fio A não foi removida como a camada no Fio B sob as mesmas condições.
Resistência a arranhões na superfície do fio de cobre:
A figura 4 mostra os rastros de arranhões nos fios após os testes. A camada protetora do arame A apresenta muito boa resistência a arranhões. Ela delamina a uma carga de ~12,6 N. Em comparação, a camada protetora do Fio B falhou a uma carga de ~1,0 N. Tal diferença significativa na resistência a riscos para estes fios contribui para seu desempenho de desgaste, onde o Fio A possui uma resistência ao desgaste substancialmente melhorada. A evolução da força normal, COF e profundidade durante os testes de raspagem mostrados na Fig. 5 fornece mais informações sobre falhas no revestimento durante os testes.
Conclusão
Nesse estudo controlado, apresentamos o tribômetro da Nanovea, que realiza uma avaliação quantitativa da resistência ao desgaste de fios de cobre com tratamento de superfície, e o testador mecânico da Nanovea, que fornece uma avaliação confiável da resistência a arranhões de fios de cobre. O tratamento da superfície do fio desempenha um papel fundamental nas propriedades tribo-mecânicas durante sua vida útil. O tratamento adequado da superfície do fio A melhorou significativamente a resistência ao desgaste e a arranhões, o que é fundamental para o desempenho e a vida útil dos fios elétricos em ambientes difíceis.
O tribômetro da Nanovea oferece testes precisos e repetíveis de desgaste e atrito usando modos rotativos e lineares em conformidade com as normas ISO e ASTM, com módulos opcionais de desgaste em alta temperatura, lubrificação e tribocorrosão disponíveis em um sistema pré-integrado. A linha inigualável da Nanovea é a solução ideal para determinar toda a gama de propriedades tribológicas de revestimentos, filmes e substratos finos ou espessos, macios ou duros.
AGORA, VAMOS FALAR SOBRE SUA APLICAÇÃO
Tribologia de carga dinâmica
Tribologia de carga dinâmica
Introdução
O desgaste ocorre em praticamente todos os setores industriais e impõe custos de ~0,75% do PIB1. A pesquisa em tribologia é vital para melhorar a eficiência da produção, o desempenho da aplicação, assim como a conservação do material, da energia e do meio ambiente. Vibração e oscilação ocorrem inevitavelmente em uma ampla gama de aplicações tribológicas. A vibração externa excessiva acelera o processo de desgaste e reduz o desempenho de serviço, o que leva a falhas catastróficas nas peças mecânicas.
Os tribômetros convencionais de carga morta aplicam cargas normais por pesos de massa. Tal técnica de carga não apenas limita as opções de carga a uma carga constante, mas também cria intensas vibrações não controladas a altas cargas e velocidades, levando a avaliações de comportamento de desgaste limitadas e inconsistentes. Uma avaliação confiável do efeito da oscilação controlada no comportamento de desgaste dos materiais é desejável para P&D e CQ em diferentes aplicações industriais.
Alta carga inovadora da Nanovea tribômetro tem capacidade de carga máxima de 2.000 N com sistema de controle de carga dinâmico. O avançado sistema pneumático de carregamento de ar comprimido permite aos usuários avaliar o comportamento tribológico de um material sob altas cargas normais com a vantagem de amortecer vibrações indesejadas criadas durante o processo de desgaste. Portanto, a carga é medida diretamente, sem necessidade de molas amortecedoras usadas em projetos mais antigos. Um módulo de carregamento oscilante eletroímã paralelo aplica oscilação bem controlada de amplitude desejada de até 20 N e frequência de até 150 Hz.
O atrito é medido com alta precisão diretamente pela força lateral aplicada ao suporte superior. O deslocamento é monitorado in situ, fornecendo informações sobre a evolução do comportamento de desgaste das amostras de teste. O teste de desgaste sob carga oscilatória controlada também pode ser realizado em ambientes de corrosão, alta temperatura, umidade e lubrificação para simular as condições reais de trabalho para as aplicações tribológicas. Uma alta velocidade integrada perfilômetro sem contato mede automaticamente a morfologia da trilha de desgaste e o volume de desgaste em poucos segundos.
Objetivo da medição
Neste estudo, mostramos a capacidade do Tribômetro de Carga Dinâmica Nanovea T2000 em estudar o comportamento tribológico de diferentes revestimentos e amostras de metal sob condições de carga com oscilação controlada.
Procedimento de teste
O comportamento tribológico, por exemplo, coeficiente de atrito, COF e resistência ao desgaste de um revestimento resistente ao desgaste de 300 µm de espessura foi avaliado e comparado pelo Tribômetro Nanovea T2000 com um tribômetro convencional de carga morta usando um pino na configuração de disco seguindo a ASTM G992.
Amostras separadas revestidas com Cu e TiN contra uma bola de Al₂0₃ de 6 mm sob oscilação controlada foram avaliadas pelo Modo Tribologia de Carga Dinâmica do Tribômetro Nanovea T2000.
Os parâmetros de teste estão resumidos na Tabela 1.
O profilômetro 3D integrado equipado com um sensor de linha varre automaticamente a pista de desgaste após os testes, proporcionando a medição mais precisa do volume de desgaste em segundos.
Resultados e Discussão
Sistema de carga pneumática vs. Sistema de carga morta
O comportamento tribológico de um revestimento resistente ao desgaste usando Nanovea T2000 Tribometer é comparado a um tribômetro convencional de carga morta (DL). A evolução do COF do revestimento é mostrada na Fig. 2. Observamos que o revestimento exibe um valor de COF comparável de ~0,6 durante o teste de desgaste. Entretanto, os 20 perfis de seção transversal em diferentes locais da pista de desgaste na Fig. 3 indicam que o revestimento sofreu um desgaste muito mais severo sob o sistema de carga morta.
Vibrações intensas foram geradas pelo processo de desgaste do sistema de carga morta em alta carga e velocidade. A enorme pressão concentrada na face de contato combinada com uma alta velocidade de deslizamento cria um peso substancial e uma vibração na estrutura que leva a um desgaste acelerado. O tribômetro convencional de carga morta aplica carga usando pesos de massa. Este método é confiável em cargas de contato mais baixas sob condições de desgaste suave; entretanto, sob condições de desgaste agressivo em cargas e velocidades maiores, a vibração significativa faz com que os pesos saltem repetidamente, resultando em uma pista de desgaste desigual causando uma avaliação tribológica não confiável. A taxa de desgaste calculada é de 8,0±2,4 x 10-4 mm3/N m, mostrando uma alta taxa de desgaste e grande desvio padrão.
O tribômetro Nanovea T2000 é projetado com um sistema de carga de controle dinâmico para amortecer as oscilações. Ele aplica a carga normal com ar comprimido que minimiza a vibração indesejada criada durante o processo de desgaste. Além disso, o controle ativo de carga em loop fechado garante que uma carga constante seja aplicada durante todo o teste de desgaste e a ponta segue a mudança de profundidade da pista de desgaste. Um perfil de pista de desgaste significativamente mais consistente é medido como mostrado na Fig. 3a, resultando em uma baixa taxa de desgaste de 3,4±0,5 x 10-4 mm3/N m.
A análise da pista de desgaste mostrada na Fig. 4 confirma o teste de desgaste realizado pelo sistema de carga pneumática de ar comprimido do Nanovea T2000 Tribometer cria uma pista de desgaste mais suave e mais consistente em comparação com o tribômetro convencional de carga morta. Além disso, o tribômetro Nanovea T2000 mede o deslocamento da ponta durante o processo de desgaste, fornecendo uma visão mais detalhada do progresso do comportamento do desgaste in situ.
Oscilação controlada sobre o desgaste da amostra de Cu
O módulo eletroímã de carga oscilante paralelo do Nanovea T2000 Tribômetro permite aos usuários investigar o efeito das oscilações de amplitude e freqüência controladas sobre o comportamento de desgaste dos materiais. O COF das amostras do Cu é registrado in situ, como mostrado na Fig. 6. A amostra Cu exibe um COF constante de ~0,3 durante a primeira medição de 330 voltas, significando a formação de um contato estável na interface e uma pista de desgaste relativamente suave. Enquanto o teste de desgaste continua, a variação do COF indica uma mudança no mecanismo de desgaste. Em comparação, os testes de desgaste sob uma oscilação controlada em amplitude de 5 N a 50 N apresentam um comportamento de desgaste diferente: o COF aumenta prontamente no início do processo de desgaste, e mostra uma variação significativa ao longo do teste de desgaste. Tal comportamento do COF indica que a oscilação imposta na carga normal desempenha um papel no estado de deslizamento instável no contato.
A Fig. 7 compara a morfologia da via de desgaste medida pelo profilômetro óptico integrado sem contato. Pode-se observar que a amostra Cu sob uma amplitude de oscilação controlada de 5 N exibe uma pista de desgaste muito maior com um volume de 1,35 x 109 µm3, em comparação com 5,03 x 108 µm3 sob nenhuma oscilação imposta. A oscilação controlada acelera significativamente a taxa de desgaste por um fator de ~2,7, mostrando o efeito crítico da oscilação sobre o comportamento de desgaste.
Oscilação Controlada no Desgaste do Revestimento TiN
As faixas de COF e de desgaste da amostra de revestimento TiN são mostradas na Fig. 8. O revestimento de TiN apresenta comportamentos de desgaste significativamente diferentes sob oscilação, conforme indicado pela evolução do COF durante os testes. O revestimento de TiN mostra um COF constante de ~0,3 após o período de rodagem no início do teste de desgaste, devido ao contato deslizante estável na interface entre o revestimento de TiN e a esfera Al₂O₃. Entretanto, quando o revestimento de TiN começa a falhar, a esfera Al₂O₃ penetra através do revestimento e desliza contra o substrato de aço fresco embaixo. Uma quantidade significativa de resíduos de revestimento TiN duro é gerada na pista de desgaste ao mesmo tempo, transformando um desgaste estável de deslizamento de dois corpos em desgaste por abrasão de três corpos. Tal mudança das características do par de materiais leva ao aumento das variações na evolução do COF. A oscilação imposta de 5 N e 10 N acelera a falha do revestimento de TiN de ~400 rotações para menos de 100 rotações. Os maiores rastros de desgaste nas amostras de revestimento TiN após os testes de desgaste sob a oscilação controlada estão de acordo com tal mudança no COF.
Conclusão
O avançado sistema de carga pneumática do Nanovea T2000 Tribômetro possui uma vantagem intrínseca como um amortecedor de vibrações naturalmente rápido em comparação com os sistemas tradicionais de carga morta. Esta vantagem tecnológica dos sistemas pneumáticos é verdadeira em comparação com os sistemas controlados por carga que utilizam uma combinação de servomotores e molas para aplicar a carga. A tecnologia garante uma avaliação de desgaste confiável e melhor controlada em cargas elevadas, como demonstrado neste estudo. Além disso, o sistema ativo de carga em circuito fechado pode alterar a carga normal para um valor desejado durante testes de desgaste para simular aplicações da vida real vistas em sistemas de freio.
Em vez de ter influência das condições de vibração descontrolada durante os testes, mostramos o Nanovea T2000 Dynamic-Load Tribometer que permite aos usuários avaliar quantitativamente os comportamentos tribológicos dos materiais sob diferentes condições de oscilação controlada. As vibrações têm um papel significativo no comportamento de desgaste das amostras de metal e revestimento cerâmico.
O módulo de carga oscilante de eletroímã paralelo fornece oscilações controladas com precisão em amplitudes e frequências definidas, permitindo aos usuários simular o processo de desgaste sob condições reais quando as vibrações ambientais são freqüentemente um fator importante. Na presença de oscilações impostas durante o desgaste, tanto o Cu quanto as amostras de revestimento TiN exibem uma taxa de desgaste substancialmente maior. A evolução do coeficiente de atrito e do deslocamento da ponta medida in situ são indicadores importantes para o desempenho do material durante as aplicações tribológicas. O profilômetro 3D integrado sem contato oferece uma ferramenta para medir com precisão o volume de desgaste e analisar a morfologia detalhada das faixas de desgaste em segundos, fornecendo mais informações sobre o entendimento fundamental do mecanismo de desgaste.
O T2000 é equipado com um motor auto-ajustável, de alta qualidade e alto torque com uma velocidade interna de 20 bits e um codificador de posição externa de 16 bits. Ele permite que o tribômetro forneça uma faixa inigualável de velocidades de rotação de 0,01 a 5000 rpm que podem mudar em saltos escalonados ou em taxas contínuas. Ao contrário dos sistemas que utilizam um sensor de torque localizado em baixo, o Tribômetro Nanovea utiliza uma célula de carga de alta precisão localizada em cima para medir com precisão e separadamente as forças de atrito.
Os Tribômetros Nanovea oferecem testes de desgaste e atrito precisos e repetíveis usando os modos rotativo e linear compatíveis com ISO e ASTM (incluindo testes de 4 esferas, arruela de pressão e bloco sobre anel), com módulos opcionais de desgaste em alta temperatura, lubrificação e tribo-corrosão disponíveis em um sistema pré-integrado. A gama inigualável do Nanovea T2000 é uma solução ideal para determinar a gama completa de propriedades tribológicas de revestimentos, filmes e substratos finos ou grossos, macios ou duros.
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Efeito da Umidade na Tribologia de Revestimento DLC
Importância da Avaliação de Desgaste em DLC em Umidade
Os revestimentos de carbono tipo diamante (DLC) possuem propriedades tribológicas aprimoradas, nomeadamente excelente resistência ao desgaste e um coeficiente de atrito (COF) muito baixo. Os revestimentos DLC conferem características de diamante quando depositados em diferentes materiais. Propriedades tribomecânicas favoráveis tornam os revestimentos DLC preferíveis em diversas aplicações industriais, como peças aeroespaciais, lâminas de barbear, ferramentas de corte de metal, rolamentos, motores de motocicletas e implantes médicos.
Os revestimentos DLC apresentam COF muito baixo (abaixo de 0,1) contra esferas de aço sob alto vácuo e condições secas12. Entretanto, os revestimentos DLC são sensíveis a mudanças nas condições ambientais, particularmente a umidade relativa do ar (RH)3. Ambientes com alta concentração de umidade e oxigênio podem levar a um aumento significativo da concentração de COF4. A avaliação confiável do desgaste em umidade controlada simula condições ambientais realistas de revestimentos DLC para aplicações tribológicas. Os usuários selecionam os melhores revestimentos DLC para aplicações específicas com comparação adequada
dos comportamentos de desgaste do DLC expostos a diferentes umidades.
Objetivo da medição
Este estudo apresenta o Nanovea Tribômetro equipado com um controlador de umidade é a ferramenta ideal para investigar o comportamento de desgaste de revestimentos DLC em diversas umidades relativas.
Procedimento de teste
A resistência ao atrito e ao desgaste dos revestimentos DLC foram avaliadas pelo Tribômetro Nanovea. Os parâmetros de teste estão resumidos na Tabela 1. Um controlador de umidade conectado à tribocâmara controlou com precisão a umidade relativa (UR) com uma precisão de ±1%. Marcas de desgaste em revestimentos DLC e cicatrizes de desgaste em esferas de SiN foram examinadas usando um microscópio óptico após os testes.
Nota: Qualquer material de esfera sólida pode ser aplicado para simular o desempenho de diferentes materiais de acoplamento sob condições ambientais, como lubrificante ou alta temperatura.
Resultados e Discussão
Os revestimentos DLC são ótimos para aplicações tribológicas devido a seu baixo atrito e resistência superior ao desgaste. O atrito do revestimento DLC apresenta comportamento dependente da umidade mostrada na Figura 2. O revestimento DLC apresenta um COF muito baixo de ~0,05 durante todo o teste de desgaste em condições relativamente secas (10% RH). O revestimento DLC apresenta um COF constante de ~0,1 durante o teste, pois o RH aumenta para 30%. O estágio inicial de rodagem do COF é observado nas primeiras 2000 revoluções quando o RH sobe acima de 50%. O revestimento DLC mostra um COF máximo de ~0,20, ~0,26 e ~0,33 em RH de 50, 70 e 90%, respectivamente. Após o período de rodagem, o COF do revestimento DLC permanece constante em ~0,11, 0,13 e 0,20 em RH de 50, 70 e 90%, respectivamente.
A Figura 3 compara as cicatrizes de desgaste da bola SiN e a Figura 4 compara as pistas de desgaste do revestimento DLC após os testes de desgaste. O diâmetro da cicatriz de desgaste era menor quando o revestimento DLC foi exposto a um ambiente com baixa umidade. A camada de DLC de transferência se acumula na superfície da esfera SiN durante o processo de deslizamento repetitivo na superfície de contato. Nesta fase, o revestimento DLC desliza contra sua própria camada de transferência que atua como um lubrificante eficiente para facilitar o movimento relativo e conter a perda de massa adicional causada pela deformação por cisalhamento. Uma película de transferência é observada na cicatriz de desgaste da esfera SiN em ambientes de baixo RH (por exemplo, 10% e 30%), resultando em um processo de desgaste desacelerado da esfera. Este processo de desgaste reflete na morfologia da pista de desgaste do revestimento DLC, como mostrado na Figura 4. O revestimento DLC apresenta uma pista de desgaste menor em ambientes secos, devido à formação de uma película de transferência de DLC estável na interface de contato que reduz significativamente o atrito e a taxa de desgaste.
Conclusão
A umidade desempenha um papel vital no desempenho tribológico dos revestimentos DLC. O revestimento DLC possui resistência ao desgaste significativamente melhorada e baixo atrito superior em condições secas devido à formação de uma camada grafítica estável transferida para a contraparte deslizante (uma bola de SiN neste estudo). O revestimento DLC desliza contra sua própria camada de transferência, que atua como um lubrificante eficiente para facilitar o movimento relativo e restringir ainda mais a perda de massa causada pela deformação por cisalhamento. Não é observado um filme na esfera de SiN com o aumento da umidade relativa, levando a um aumento da taxa de desgaste na esfera de SiN e no revestimento DLC.
O Tribômetro Nanovea oferece testes repetíveis de desgaste e fricção usando modos rotativos e lineares em conformidade com ISO e ASTM, com módulos de umidade opcionais disponíveis em um sistema pré-integrado. Ele permite aos usuários simular o ambiente de trabalho com diferentes umidades, fornecendo aos usuários uma ferramenta ideal para avaliar quantitativamente o comportamento tribológico dos materiais sob diferentes condições de trabalho.
Saiba mais sobre o Nanovea Tribômetro e Serviço de Laboratório
1 C. Donnet, Surf. Coat. Technol. 100–101 (1998) 180.
2 K. Miyoshi, B. Pohlchuck, K.W. Street, J.S. Zabinski, J.H. Sanders, A.A. Voevodin, R.L.C. Wu, Wear 225-229 (1999) 65.
3 R. Gilmore, R. Hauert, Surf. Coat. Technol. 133–134 (2000) 437.
4 R. Memming, H.J. Tolle, P.E. Wierenga, Thin Solid Coatings 143 (1986) 31
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Avaliação de Fricção em Velocidades Extremamente Baixas
Importância da avaliação da fricção em baixa velocidade
O atrito é a força que resiste ao movimento relativo das superfícies sólidas que deslizam umas contra as outras. Quando ocorre o movimento relativo destas duas superfícies de contato, o atrito na interface converte a energia cinética em calor. Tal processo também pode levar ao desgaste do material e, portanto, à degradação do desempenho das peças em uso.
Com uma grande relação de elasticidade, alta resiliência, assim como grandes propriedades à prova d'água e resistência ao desgaste, a borracha é amplamente aplicada em uma variedade de aplicações e produtos nos quais o atrito desempenha um papel importante, tais como pneus de automóveis, lâminas do limpador de pára-brisa. solas de sapatos e muitos outros. Dependendo da natureza e das exigências destas aplicações, deseja-se alta ou baixa fricção contra diferentes materiais. Como conseqüência, uma medição controlada e confiável do atrito da borracha contra várias superfícies torna-se crítica.
Objetivo da medição
O coeficiente de atrito (COF) da borracha contra diferentes materiais é medido de forma controlada e monitorada utilizando o Nanovea Tribômetro. Neste estudo, gostaríamos de mostrar a capacidade do Tribômetro Nanovea para medir o COF de diferentes materiais em velocidades extremamente baixas.
Resultados e Discussão
O coeficiente de atrito (COF) das esferas de borracha (6 mm de diâmetro, RubberMill) em três materiais (Aço inoxidável 316, Cu 110 e acrílico opcional) foi avaliado pelo Nanovea Tribometer. As amostras de metal testadas foram polidas mecanicamente até um acabamento de superfície semelhante a um espelho antes da medição. A leve deformação da esfera de borracha sob a carga normal aplicada criou um contato de área, o que também ajuda a reduzir o impacto de asperezas ou a falta de homogeneidade do acabamento superficial da amostra para as medidas de COF. Os parâmetros de teste estão resumidos na Tabela 1.
O COF de uma bola de borracha contra diferentes materiais a quatro velocidades diferentes é mostrado na figura. 2, e os COFs médios calculados automaticamente pelo software são resumidos e comparados na Figura 3. É interessante que as amostras metálicas (SS 316 e Cu 110) exibem COFs significativamente aumentadas à medida que a velocidade de rotação aumenta de um valor muito baixo de 0,01 rpm para 5 rpm - o valor COF do casal borracha/SS 316 aumenta de 0,29 para 0,8, e de 0,65 para 1,1 para o casal borracha/Cu 110. Esta constatação está de acordo com os resultados relatados por vários laboratórios. Como proposto por Grosch4 o atrito da borracha é determinado principalmente por dois mecanismos: (1) a adesão entre a borracha e o outro material, e (2) as perdas de energia devido à deformação da borracha causada por asperezas superficiais. Schallamach5 observaram-se ondas de descolamento de borracha do material do contador através da interface entre as esferas de borracha macia e uma superfície dura. A força da borracha para se descolar da superfície do substrato e a taxa de ondas de descolamento podem explicar os diferentes atritos a diferentes velocidades durante o teste.
Em comparação, o casal de borracha/material acrílico exibe alto COF em diferentes velocidades de rotação. O valor do COF aumenta ligeiramente de ~ 1,02 para ~ 1,09 à medida que a velocidade de rotação aumenta de 0,01 rpm para 5 rpm. Este alto COF é possivelmente atribuído a uma ligação química local mais forte na face de contato formada durante os testes.
Conclusão
Neste estudo, mostramos que em velocidades extremamente baixas, a borracha apresenta um comportamento de fricção peculiar - seu atrito contra uma superfície dura aumenta com o aumento da velocidade do movimento relativo. A borracha apresenta fricção diferente quando desliza sobre materiais diferentes. O Nanovea Tribometer pode avaliar as propriedades de fricção dos materiais de forma controlada e monitorada em diferentes velocidades, permitindo aos usuários melhorar a compreensão fundamental do mecanismo de fricção dos materiais e selecionar o melhor casal de materiais para aplicações de engenharia tribológica direcionada.
O Nanovea Tribometer 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 tribo-corrosão disponíveis em um sistema pré-integrado. É capaz de controlar o estágio rotativo a velocidades extremamente baixas até 0,01 rpm e monitorar a evolução do atrito in situ. 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.
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Tribologia dos Polímeros
Introdução
Os polímeros têm sido amplamente utilizados em uma ampla variedade de aplicações e se tornaram uma parte indispensável da vida cotidiana. Os polímeros naturais como o âmbar, a seda e a borracha natural têm desempenhado um papel essencial na história da humanidade. O processo de fabricação de polímeros sintéticos pode ser otimizado para alcançar propriedades físicas únicas, tais como tenacidade, viscoelasticidade, autolubrificação, e muitas outras.
Importância do Desgaste e Atrito dos Polímeros
Os polímeros são comumente usados para aplicações tribológicas, tais como pneus, mancais e correias transportadoras.
Diferentes mecanismos de desgaste ocorrem dependendo das propriedades mecânicas do polímero, das condições de contato e das propriedades dos detritos ou da película de transferência formada durante o processo de desgaste. Para garantir que os polímeros possuam resistência suficiente ao desgaste sob as condições de serviço, é necessária uma avaliação tribológica confiável e quantificável. A avaliação tribológica nos permite comparar quantitativamente os comportamentos de desgaste de diferentes polímeros de forma controlada e monitorada para selecionar o material candidato para a aplicação alvo.
O Nanovea Tribometer 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 incomparável permite aos usuários simular os diferentes ambientes de trabalho dos polímeros, incluindo tensão concentrada, desgaste e alta temperatura, etc.
OBJETIVO DA MEDIÇÃO
Neste estudo, mostramos que o Nanovea Tribômetro é uma ferramenta ideal para comparar a resistência ao atrito e ao desgaste de diferentes polímeros de maneira bem controlada e quantitativa.
PROCEDIMENTO DE TESTE
O coeficiente de atrito (COF) e a resistência ao desgaste de diferentes polímeros comuns foram avaliados pelo Tribômetro Nanovea. Uma bola de Al2O3 foi utilizada como contramaterial (pino, amostra estática). As marcas de desgaste nos polímeros (amostras rotativas dinâmicas) foram medidas usando um perfilômetro 3D sem contato e microscópio óptico após a conclusão dos testes. Deve-se observar que, como opção, um sensor endoscópico sem contato pode ser usado para medir a profundidade em que o pino penetra na amostra dinâmica durante um teste de desgaste. Os parâmetros de teste estão resumidos na Tabela 1. A taxa de desgaste, K, foi avaliada usando a fórmula K=Vl(Fxs), onde V é o volume desgastado, F é a carga normal e s é a distância de deslizamento.
Favor observar que as bolas Al2O3 foram usadas como material de contagem neste estudo. Qualquer material sólido pode ser substituído para simular mais de perto o desempenho de dois espécimes sob condições reais de aplicação.
RESULTADOS E DISCUSSÃO
A taxa de desgaste é um fator vital para determinar a vida útil dos materiais, enquanto o atrito desempenha um papel crítico durante as aplicações tribológicas. A Figura 2 compara a evolução do COF para diferentes polímeros contra a bola Al2O3 durante os testes de desgaste. O COF funciona como um indicador de quando ocorrem falhas e o processo de desgaste entra em uma nova etapa. Entre os polímeros testados, o HDPE mantém o COF mais baixo constante de ~0,15 durante todo o teste de desgaste. O COF suave implica na formação de um tribo-contacto estável.
As figuras 3 e 4 comparam os rastros de desgaste das amostras de polímero após o teste ser medido pelo microscópio ótico. O profilômetro 3D in situ sem contato determina com precisão o volume de desgaste das amostras de polímero, tornando possível calcular com precisão taxas de desgaste de 0,0029, 0,0020 e 0,0032m3/N m, respectivamente. Em comparação, a amostra de CPVC mostra a maior taxa de desgaste de 0,1121m3/N m. As cicatrizes de desgaste paralelo profundo estão presentes na pista de desgaste do CPVC.
CONCLUSÃO
A resistência ao desgaste dos polímeros tem um papel vital em seu desempenho de serviço. Neste estudo, mostramos que o Nanovea Tribometer avalia o coeficiente de atrito e a taxa de desgaste de diferentes polímeros em um
bem controlada e de maneira quantitativa. O PEAD apresenta o menor COF de ~0,15 entre os polímeros testados. As amostras de PEAD, Nylon 66, e Polipropileno possuem baixas taxas de desgaste de 0,0029, 0,0020 e 0,0032 m3/N m, respectivamente. A combinação de baixo atrito e grande resistência ao desgaste faz do PEAD um bom candidato para aplicações tribológicas de polímeros.
O profilômetro 3D sem contato in situ permite a medição precisa do volume de desgaste e oferece uma ferramenta para analisar a morfologia detalhada das faixas de desgaste, fornecendo mais informações sobre a compreensão fundamental dos mecanismos de desgaste
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Medição contínua da curva de Stribeck usando o Tribômetro Pin-on-Disk
Introdução:
Quando a lubrificação é aplicada para reduzir o desgaste/fricção das superfícies em movimento, o contato de lubrificação na interface pode mudar de vários regimes, tais como Limite, Lubrificação Mista e Hidrodinâmica. A espessura do filme fluido desempenha um papel importante neste processo, principalmente determinado pela viscosidade do fluido, a carga aplicada na interface e a velocidade relativa entre as duas superfícies. Como os regimes de lubrificação reagem ao atrito é mostrado no que é chamado de curva de Stribeck [1-4].
Neste estudo demonstramos pela primeira vez a capacidade de medir uma curva de Stribeck contínua. Usando o Nanovea Tribômetro controle avançado de velocidade sem etapas, de 15.000 a 0,01 rpm, em 10 minutos o software fornece diretamente uma curva de Stribeck completa. A configuração inicial simples exige apenas que os usuários selecionem o modo de rampa exponencial e insiram as velocidades inicial e final, em vez de ter que realizar vários testes ou programar um procedimento passo a passo em velocidades diferentes, exigindo a junção de dados para as medições convencionais da curva de Stribeck. Este avanço fornece dados precisos durante toda a avaliação do regime de lubrificantes e reduz substancialmente o tempo e o custo. O teste mostra um grande potencial para ser utilizado em diferentes aplicações de engenharia industrial.
Comparação da gota de lubrificação utilizando o Nanovea T50 Tribometer
Importância das Soluções de Teste de Queda de Olhos
Soluções de gota ocular são utilizadas para aliviar os sintomas causados por uma série de problemas oculares. Por exemplo, elas podem ser usadas para tratar irritações oculares menores (por exemplo, ressecamento e vermelhidão), retardar o início do glaucoma ou tratar infecções. As soluções para gotas oculares vendidas sem receita médica são usadas principalmente para tratar a secura. Sua eficácia na lubrificação do olho pode ser comparada e medida com um teste de coeficiente de atrito.
Olhos secos podem ser causados por uma ampla gama de fatores, por exemplo, a tensão ocular do computador ou estar ao ar livre em condições climáticas extremas. Boas gotas lubrificantes para os olhos ajudam a manter e complementar a umidade na superfície externa dos olhos. Isto funciona para aliviar o desconforto, ardor ou irritação e vermelhidão associados aos olhos secos. Medindo o coeficiente de atrito (COF) de uma solução de colírio, sua eficiência lubrificante e como ela se compara a outras soluções podem ser determinadas.
Objetivo da medição
Neste estudo, o coeficiente de atrito (COF) de três soluções diferentes de gota de lubrificante foi medido usando o ajuste pino-a-disco no Nanovea T50 Tribometer.
Procedimento e procedimentos de teste
Um pino esférico de 6 mm de diâmetro feito de alumina foi aplicado a uma lâmina de vidro com cada solução de gota de olho atuando como o lubrificante entre as duas superfícies. Os parâmetros de teste utilizados para todos os experimentos estão resumidos na Tabela 1 abaixo.
Resultados e Discussão
Os valores máximo, mínimo e médio do coeficiente de atrito para as três diferentes soluções de gota ocular testadas estão tabulados na Tabela 2 abaixo. Os gráficos do COF v. Revoluções para cada solução de gota ocular estão representados nas Figuras 2-4. O COF durante cada teste permaneceu relativamente constante durante a maior parte da duração total do teste. A amostra A tinha a menor média de COF indicando que tinha as melhores propriedades de lubrificação.
Conclusão
Neste estudo, mostramos a capacidade do Nanovea T50 Tribometer em medir o coeficiente de atrito de soluções com três gotas oftálmicas. Com base nestes valores, mostramos que a amostra A tinha um coeficiente de atrito menor e, portanto, apresenta melhor lubrificação em comparação com as outras duas amostras.
Nanovea Tribômetros oferece testes de desgaste e fricção precisos e repetíveis usando módulos rotativos e lineares em conformidade com ISO e ASTM. Ele também fornece módulos opcionais de desgaste, lubrificação e tribocorrosão em alta temperatura, disponíveis em um sistema pré-integrado. Essa versatilidade permite aos usuários simular melhor o ambiente real de aplicação e melhorar a compreensão fundamental do mecanismo de desgaste e das características tribológicas de vários materiais.
