TESTE DE DESGASTE DE REVESTIMENTO DE PTFE

USANDO TRIBÔMETRO E TESTE MECÂNICO

Preparado por

DUANJIE LI, PhD

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 Compacto
Tribômetro de peso livre

DOWNLOAD DO CATÁLOGO

OBTENHA UMA COTAÇÃO

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 Plataforma Grande Testador Mecânico

DOWNLOAD DO CATÁLOGO

OBTENHA UMA COTAÇÃO

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.

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CELULOS DE POLÍMERO

GUERRA E FRICAÇÃO UTILIZANDO um TRIBOMETRO

Preparado por

DUANJIE LI, PhD

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

SAIBA MAIS

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.

FIGURA 3:  Desgaste de trilhos sob microscópio ótico.

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TESTE DE DESGASTE DO PISTÃOUSANDO O TRIBÔMETRO NANOVEA

Preparado por

LIU FRANCA

O que é o teste de desgaste do pistão?

O teste de desgaste do pistão avalia o atrito, a lubrificação e a durabilidade do material entre as saias do pistão e os revestimentos do cilindro em condições controladas de laboratório. Utilizando um tribômetro, os engenheiros podem replicar o movimento recíproco real e medir com precisão o coeficiente de atrito, a taxa de desgaste e a topografia da superfície 3D. Esses resultados fornecem informações importantes sobre o comportamento tribológico de revestimentos, lubrificantes e ligas usados em pistões de motores, ajudando a otimizar o desempenho, a eficiência de combustível e a confiabilidade a longo prazo.

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

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.

Como os tribômetros simulam
Desgaste real do pistão-camisa

As interfaces entre a saia do pistão, o lubrificante e o revestimento do cilindro serão estudadas neste relatório. As interfaces serão replicadas através da realização de um movimento recíproco linear. teste de desgaste com módulo 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.

NANOVEA T2000
Tribômetro de alta carga

DOWNLOAD DO CATÁLOGO

OBTENHA UMA COTAÇÃO

Nesta experiência, utilizou-se A5052 como material de contraposição. Embora os blocos de motor sejam normalmente fabricados em alumínio fundido, como o A356, o A5052 tem propriedades mecânicas semelhantes às do A356 para este teste simulado [1].

Nas condições de teste, observou-se um desgaste significativo na saia do pistão à temperatura ambiente em comparação com 90 °C. Os arranhões profundos observados nas amostras sugerem que o contato entre o material estático e a saia do pistão ocorre frequentemente ao longo do teste. A alta viscosidade à temperatura ambiente pode estar impedindo que o óleo preencha completamente as lacunas nas interfaces e criando contato metal-metal. Em temperaturas mais altas, o óleo se torna mais fino e é capaz de fluir entre o pino e o pistão. Como resultado, observa-se um desgaste significativamente menor em temperaturas mais altas. A FIGURA 5 mostra que um lado da marca de desgaste se desgastou significativamente menos do que o outro lado. Isso provavelmente se deve à localização da saída de óleo. A espessura da película lubrificante era maior em um lado do que no outro, causando um desgaste desigual.

[1] “Alumínio 5052 vs Alumínio 356.0.” 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.

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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

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.

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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

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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.

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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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A forma e a função de um tecido é determinada por sua qualidade e durabilidade. O uso diário dos tecidos causa desgaste no material, por exemplo, empilhamento, penugem e descoloração. A qualidade subpar do tecido usado para vestuário pode muitas vezes levar à insatisfação do consumidor e danificar a marca.

A tentativa de quantificar as propriedades mecânicas dos tecidos pode representar muitos desafios. A estrutura do fio e até mesmo a fábrica em que foi produzido pode resultar em reprodutibilidade deficiente dos resultados dos testes. Tornando difícil a comparação de resultados de testes de diferentes laboratórios. A medição do desempenho de desgaste dos tecidos é fundamental para os fabricantes, distribuidores e varejistas na cadeia de produção têxtil. Uma medição bem controlada e reprodutível da resistência ao desgaste é crucial para garantir um controle de qualidade confiável do tecido.

Clique para ler a nota de aplicação completa!

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Os testes de desgaste linear alternativo e rotativo (pino no disco) são duas configurações amplamente utilizadas em conformidade com ASTM para medir comportamentos de desgaste por deslizamento de materiais. Como o valor da taxa de desgaste de qualquer método de teste de desgaste é frequentemente usado para prever a classificação relativa das combinações de materiais, é extremamente importante confirmar a repetibilidade da taxa de desgaste medida usando diferentes configurações de teste. Isso permite que os usuários considerem cuidadosamente o valor da taxa de desgaste relatado na literatura, o que é fundamental para a compreensão das características tribológicas dos materiais.

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Importância de avaliar o desempenho do Break Pad

As pastilhas de freio são compostas, um material composto de múltiplos ingredientes, que deve ser capaz de satisfazer um grande número de requisitos de segurança. As pastilhas de freio ideais têm alto coeficiente de atrito (COF), baixa taxa de desgaste, ruído mínimo, e permanecem confiáveis sob ambientes variados. Para garantir a qualidade das pastilhas de freio capazes de satisfazer suas exigências, os testes tribológicos podem ser usados para identificar especificações críticas.


A importância da confiabilidade das pastilhas de freio é muito alta; a segurança dos passageiros nunca deve ser negligenciada. Portanto, é fundamental replicar as condições de operação e identificar possíveis pontos de falha.
Com a Nanovea Tribômetro, uma carga constante é aplicada entre um pino, uma esfera ou um material plano e um contra-material em constante movimento. O atrito entre os dois materiais é coletado com uma célula de carga rígida, permitindo a coleta de propriedades do material em diferentes cargas e velocidades e testado em ambientes de alta temperatura, corrosivos ou líquidos.

Objetivo da medição

Neste estudo, o coeficiente de atrito das pastilhas de freio foi estudado sob um ambiente de temperatura continuamente crescente desde a temperatura ambiente até 700°C. A temperatura ambiente foi aumentada in-situ até que uma falha notável das pastilhas de freio fosse observada. Um termopar foi fixado na parte de trás do pino para medir a temperatura perto da interface deslizante.

Procedimento e procedimentos de teste

Resultados e Discussão

Este estudo se concentra principalmente na temperatura na qual as pastilhas de freio começam a falhar. O COF obtido não representa valores reais; o material dos pinos não é o mesmo que os rotores de freio. Deve-se notar também que os dados de temperatura coletados são a temperatura do pino e não a temperatura da interface deslizante.

 

No início do teste (temperatura ambiente), o COF entre o pino SS440C e a pastilha de freio deu um valor consistente de aproximadamente 0,2. Conforme a temperatura aumentava, o COF aumentava constantemente e atingia um valor máximo de 0,26 perto de 350°C. Depois de 390°C, o COF rapidamente começa a diminuir. O COF começou a aumentar de volta para 0,2 a 450°C, mas começou a diminuir para um valor de 0,05 pouco depois.


A temperatura na qual as pastilhas de freio falharam consistentemente é identificada a temperaturas acima de 500°C. Passada esta temperatura, o COF não foi mais capaz de reter o COF inicial de 0,2.

Conclusão

As pastilhas de freio têm mostrado falhas consistentes a uma temperatura acima de 500°C. Seu COF de 0,2 aumenta lentamente até um valor de 0,26 antes de cair para 0,05 no final do teste (580°C). A diferença entre 0,05 e 0,2 é um fator de 4. Isto significa que a força normal a 580°C deve ser quatro vezes maior do que à temperatura ambiente para atingir a mesma força de parada!


Embora não incluído neste estudo, o Nanovea Tribometer também é capaz de realizar testes para observar outra propriedade importante das pastilhas de freio: a taxa de desgaste. Utilizando nossos profilômetros 3D sem contato, o volume da pista de desgaste pode ser obtido para calcular com que rapidez as amostras de desgaste. Os testes de desgaste podem ser conduzidos com o Nanovea Tribometer sob diferentes condições e ambientes de teste para melhor simular as condições de operação.

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