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Categoria: Testes mecânicos

 

Teste de Desgaste do Revestimento de PTFE

TESTE DE DESGASTE DE REVESTIMENTO DE PTFE

USANDO TRIBÔMETRO E TESTE MECÂNICO

Preparado por

DUANJIE LI, PhD

INTRODUÇÃO

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

IMPORTÂNCIA DA AVALIAÇÃO QUANTITATIVA DE REVESTIMENTOS DE PTFE

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

OBJETIVO DA MEDIÇÃO

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

NANOVEA T50

Tribômetro compacto de peso livre

SAIBA MAIS

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

NANOVEA PB1000

Testador mecânico de plataforma grande

SAIBA MAIS

PROCEDIMENTO DE TESTE

TESTE DE GUERRA

DESGASTE LINEAR RECIPROCANTE USANDO UM TRIBÔMETRO

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

 

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

PARÂMETROS DE TESTE DE DESGASTE

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

PROCEDIMENTO DE TESTE

TESTE DE SCRATCH

TESTE DE ADESÃO DE MICRO RISCOS USANDO TESTE MECÂNICO

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

 

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

PARÂMETROS DE TESTE DE ARRANHÕES

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

RESULTADOS & DISCUSSÃO

DESGASTE LINEAR RECIPROCANTE USANDO UM TRIBÔMETRO

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

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

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

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

PTFE Antes da descoberta

COF máximo 0.217
Mínimo COF 0.125
COF médio 0.177

PTFE Após avanço

COF máximo 0.217
Mínimo COF 0.125
COF médio 0.177

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

RESULTADOS & DISCUSSÃO

TESTE DE ADESÃO DE MICRO RISCOS USANDO TESTE MECÂNICO

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

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

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

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

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

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

CONCLUSÃO

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

 

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

 

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

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Análise mecânica dinâmica da cortiça usando nanoindentação

ANÁLISE MECÂNICA DINÂMICA

DE CORTIÇA USANDO NANOINDENTAÇÃO

Preparado por

LIU FRANCA

INTRODUÇÃO

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

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

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

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

OBJETIVO DA MEDIÇÃO

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

NANOVEA

PB1000

SAIBA MAIS

PARÂMETROS DE TESTE

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

tipo indenter

Bola

51200 Aço

3 mm de diâmetro

RESULTADOS

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

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

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

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

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

ORIENTAÇÃO AXIAL

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



ORIENTAÇÃO RADIAL

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

MÓDULO DE YOUNG

MÓDULO DE ARMAZENAMENTO

MÓDULO PERDIDO

TAN DELTA

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

CONCLUSÃO

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

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

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Nano Scratch & Mar Testing de tinta em substrato metálico

Nano Scratch & Mar Testing

de tinta em substrato metálico

Preparado por

SUSANA CABELLO

INTRODUÇÃO

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

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

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

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

 

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

OBJETIVO DA MEDIÇÃO

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

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

 

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

 

Cinco testes foram realizados nessa amostra para

determinar as cargas críticas de falha exatas.

NANOVEA

PB1000

SAIBA MAIS

PARÂMETROS DE TESTE

seguintes ASTM D7027

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

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

tipo indenter

Cônico

Cone de diamante 90°

Raio da ponta de 2 µm

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

RESULTADOS

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

FALHAS OBSERVADAS E DEFINIÇÃO DE CARGAS CRÍTICAS

FALHA CRÍTICA:

DANOS INICIAIS

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

nano arranhão falha crítica dano inicial

FALHA CRÍTICA:

DANO TOTAL

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

nano arranhão falha crítica dano completo

RESULTADOS DETALHADOS

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

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

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

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

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

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

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

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

FIGURA 5: Força de atrito e coeficiente de atrito.

Perfil de superfície de nano arranhões lineares

FIGURA 6: Perfil da superfície.

Profundidade real e profundidade residual do teste de nanoarranhões lineares

FIGURA 7: Profundidade real e profundidade residual.

CONCLUSÃO

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

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

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Dureza de Arranhão a Alta Temperatura usando um Tribômetro

DUREZA DE ARRANHÕES A ALTAS TEMPERATURAS

USANDO UM TRIBÔMETRO

Preparado por

DUANJIE, PhD

INTRODUÇÃO

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

IMPORTÂNCIA DA MEDIÇÃO DA DUREZA DOS ARRANHÕES EM ALTAS TEMPERATURAS

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

OBJETIVO DA MEDIÇÃO

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

NANOVEA

T50

SAIBA MAIS

CONDIÇÕES DE TESTE

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

PARÂMETROS DE TESTE

da medição da dureza de arranhões a alta temperatura

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

RESULTADOS & DISCUSSÃO

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

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

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

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

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

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

CONCLUSÃO

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

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

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

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Avaliação de Riscos e Desgaste de Revestimentos Industriais

REVESTIMENTO INDUSTRIAL

AVALIAÇÃO DE ARRANHÕES E DESGASTE USANDO UM TRIBÔMETRO

Preparado por

DUANJIE LI, PhD & ANDREA HERRMANN

INTRODUÇÃO

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

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

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

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

OBJETIVO DA MEDIÇÃO

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

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

Tribômetro Pneumático Compacto T100
NANOVEA T100

O Tribômetro Pneumático Compacto

SAIBA MAIS

NANOVEA PB1000

O Testador Mecânico de Grandes Plataformas

SAIBA MAIS

PROCEDIMENTO DE TESTE

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

TESTE DE GUERRA

O Tribômetro NANOVEA foi aplicado para avaliar o comportamento tribológico, por exemplo, coeficiente de atrito, COF e resistência ao desgaste. Uma ponta esférica SS440 (6 mm de diâmetro, Grau 100) foi aplicada contra as tintas testadas. O COF foi registrado in situ. A taxa de desgaste, K, foi avaliada usando a fórmula K=V/(F×s)=A/(F×n), onde V é o volume desgastado, F é a carga normal, s é a distância de deslizamento, A é a área da seção transversal da trilha de desgaste e n é o número de revoluções. A rugosidade superficial e os perfis de desgaste foram avaliados pelo NANOVEA Perfilômetro Óptico, e a morfologia da trilha de desgaste foi examinada usando microscópio óptico.

PARÂMETROS DE TESTE DE DESGASTE

FORÇA NORMAL

20 N

SPEED

15 m/min

DURAÇÃO DO TESTE

100, 150, 300 e 800 ciclos

TESTE DE SCRATCH

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

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

PARÂMETROS DE TESTE DE ARRANHÕES

TIPO CARREGADOProgressivo
CARGA INICIAL0,01 mN
CARGA FINAL5 N / 35 N
TAXA DE CARREGAMENTO10 / 70 N/min
COMPRIMENTO DE SCRATCH3 mm
VELOCIDADE DE REPRESENTAÇÃO, dx/dt6,0 mm/min
GEOMETRIA INDENTER120º cone
MATERIAL INDENTERIAL (dica)Diamante
RAIO DA PONTA INDENTADA200 μm

RESULTADOS DO TESTE DE DESGASTE

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

 

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

 

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

 

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

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

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

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

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

RESULTADOS DO TESTE DE RASPAGEM

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

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

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

 

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

Tabela 1: Resumo das cargas críticas.

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

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

CONCLUSÃO

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

 

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

 

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

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Medição da Dureza de Arranhões usando o Testador Mecânico

MEDIÇÃO DA DUREZA DOS ARRANHÕES

USANDO UM TESTADOR MECÂNICO

Preparado por

DUANJIE LI, PhD

INTRODUÇÃO

Em geral, os testes de dureza medem a resistência dos materiais à deformação permanente ou plástica. Há três tipos de medidas de dureza: dureza de arranhão, dureza de recuo e dureza de ricochete. Um teste de dureza de arranhão mede a resistência de um material ao arranhão e à abrasão devido ao atrito de um objeto cortante1. Foi originalmente desenvolvido pelo mineralogista alemão Friedrich Mohs em 1820 e ainda é amplamente utilizado para classificar as propriedades físicas dos minerais2. Este método de teste também é aplicável a metais, cerâmicas, polímeros e superfícies revestidas.

Durante uma medição de dureza de arranhões, uma ponta de diamante de geometria especificada risca na superfície de um material ao longo de um caminho linear sob uma força normal constante com uma velocidade constante. A largura média do risco é medida e usada para calcular o número de dureza do risco (HSP). Esta técnica fornece uma solução simples para escalonar a dureza de diferentes materiais.

OBJETIVO DA MEDIÇÃO

Neste estudo, o Testador Mecânico NANOVEA PB1000 é usado para medir a dureza de arranhões de diferentes metais em conformidade com a ASTM G171-03.

Simultaneamente, este estudo mostra a capacidade da NANOVEA Testador Mecânico na realização de medições de dureza com alta precisão e reprodutibilidade.

NANOVEA

PB1000

SAIBA MAIS
nanoindenter e testador de arranhões Nanovea PB1000

CONDIÇÕES DE TESTE

O NANOVEA PB1000 Mechanical Tester realizou testes de dureza de arranhões em três metais polidos (Cu110, Al6061 e SS304). Foi usado um estilete cônico de diamante com ângulo de ponta de 120° e raio de ponta de 200 µm. Cada amostra foi riscada três vezes com os mesmos parâmetros de teste para garantir a reprodutibilidade dos resultados. Os parâmetros de teste estão resumidos abaixo. Uma varredura de perfil em uma carga normal baixa de 10 mN foi realizada antes e depois do teste de raspagem para medir a mudança no perfil da superfície do arranhão.

PARÂMETROS DE TESTE

FORÇA NORMAL

10 N

TEMPERATURA

24°C (RT)

VELOCIDADE DE DESLIZAMENTO

20 mm/min

DISTÂNCIA DE DESLIZAMENTO

10 mm

ATMOSPHERE

Ar

RESULTADOS & DISCUSSÃO

As imagens dos rastros de três metais (Cu110, Al6061 e SS304) após os testes são mostradas no FIGURA 1 para comparar a dureza dos rastros de diferentes materiais. A função de mapeamento do software mecânico NANOVEA foi usada para criar três riscos paralelos testados sob a mesma condição em um protocolo automatizado. A largura medida da pista de raspagem e o número calculado de dureza de raspagem (HSP) são resumidos e comparados na TABELA 1. Os metais mostram diferentes larguras de pista de desgaste de 174, 220 e 89 µm para Al6061, Cu110 e SS304, respectivamente, resultando em um HSP calculado de 0,84, 0,52 e 3,2 GPa.

Além da dureza da raspagem computada a partir da largura da raspagem, a evolução do coeficiente de atrito (COF), profundidade verdadeira e emissão acústica foram registradas in situ durante o teste de dureza da raspagem. Aqui, a profundidade verdadeira é a diferença de profundidade entre a profundidade de penetração da ponta durante o teste de raspagem e o perfil de superfície medido na pré-digitalização. O COF, profundidade verdadeira e emissão acústica do Cu110 são mostrados no FIGURA 2 como um exemplo. Tais informações fornecem uma visão das falhas mecânicas que ocorrem durante a raspagem, permitindo aos usuários detectar defeitos mecânicos e investigar melhor o comportamento da raspagem do material testado.

Os testes de dureza de arranhões podem ser terminados em poucos minutos com alta precisão e repetibilidade. Em comparação com os procedimentos convencionais de indentação, o teste de dureza de arranhões neste estudo fornece uma solução alternativa para medições de dureza, que é útil para o controle de qualidade e o desenvolvimento de novos materiais.

Al6061

Cu110

SS304

FIGURA 1: Imagem microscópica dos rastros de risco pós-teste (ampliação de 100x).

 Largura da pista de raspagem (μm)HSp (GPa)
Al6061174±110.84
Cu110220±10.52
SS30489±53.20

TABELA 1: Resumo da largura da pista de raspagem e do número de dureza da raspagem.

FIGURA 2: A evolução do coeficiente de atrito, profundidade verdadeira e emissões acústicas durante o teste de dureza de arranhões no Cu110.

CONCLUSÃO

Neste estudo, demonstramos a capacidade do Testador Mecânico NANOVEA em realizar testes de dureza de arranhões em conformidade com a ASTM G171-03. Além da adesão do revestimento e da resistência aos riscos, o teste de raspagem com carga constante fornece uma solução alternativa simples para comparar a dureza dos materiais. Em contraste com os ensaios de dureza de arranhões convencionais, os ensaios mecânicos NANOVEA oferecem módulos opcionais para monitorar a evolução do coeficiente de atrito, emissão acústica e profundidade real in situ.

Os módulos Nano e Micro de um Testador Mecânico NANOVEA incluem indentação compatível com ISO e ASTM, modos de teste de arranhões e desgaste, proporcionando a mais ampla e mais fácil de usar gama de testes disponíveis em um único sistema. A gama inigualável do NANOVEA é uma solução ideal para determinar a gama completa de propriedades mecânicas de revestimentos finos ou grossos, macios ou duros, filmes e substratos, incluindo dureza, módulo Young, resistência à fratura, aderência, resistência ao desgaste e muitos outros.

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Teste de Arranhão do revestimento de Nitreto de Titânio

TESTE DE ARRANHÃO DO REVESTIMENTO DE NITRETO DE TITÂNIO

INSPEÇÃO DE CONTROLE DE QUALIDADE

Preparado por

DUANJIE LI, PhD

INTRODUÇÃO

A combinação de alta dureza, excelente resistência ao desgaste, resistência à corrosão e inércia faz do nitreto de titânio (TiN) um revestimento de proteção ideal para componentes metálicos em várias indústrias. Por exemplo, a retenção das bordas e a resistência à corrosão de um revestimento de TiN pode aumentar substancialmente a eficiência do trabalho e prolongar a vida útil de máquinas-ferramentas como lâminas de barbear, cortadores de metal, moldes de injeção e serras. Sua alta dureza, inércia e não-toxicidade fazem do TiN um grande candidato para aplicações em dispositivos médicos, incluindo implantes e instrumentos cirúrgicos.

IMPORTÂNCIA DO TESTE DE ARRANHÃO EM REVESTIMENTO TiN

A tensão residual nos revestimentos de proteção PVD/CVD desempenha um papel crítico no desempenho e na integridade mecânica do componente revestido. A tensão residual deriva de várias fontes principais, incluindo tensão de crescimento, gradientes térmicos, restrições geométricas e tensão de serviço¹. O descasamento da expansão térmica entre o revestimento e o substrato criado durante a deposição do revestimento a temperaturas elevadas leva a altas tensões térmicas residuais. Além disso, ferramentas revestidas de TiN são freqüentemente utilizadas sob tensões muito elevadas de concentração, por exemplo, brocas e mancais de perfuração. É fundamental para desenvolver um processo de controle de qualidade confiável para inspecionar quantitativamente a resistência coesiva e adesiva dos revestimentos funcionais de proteção.

[1] V. Teixeira, Vácuo 64 (2002) 393-399.

OBJETIVO DA MEDIÇÃO

Neste estudo, mostramos que o NANOVEA Testadores Mecânicos no modo Scratch são ideais para avaliar a resistência coesiva/adesiva de revestimentos protetores de TiN de maneira controlada e quantitativa.

NANOVEA

PB1000

SAIBA MAIS
nanoindenter e testador de arranhões Nanovea PB1000

CONDIÇÕES DE TESTE

O testador mecânico NANOVEA PB1000 foi usado para realizar o revestimento testes de raspagem em três revestimentos de TiN usando os mesmos parâmetros de teste, conforme resumido abaixo:

MODELO DE CARREGAMENTO: Progressivo Linear

CARGA INICIAL

0.02 N

CARGA FINAL

10 N

TAXA DE CARREGAMENTO

20 N/min

COMPRIMENTO DE SCRATCH

5 mm

TIPO INDENTER

Sphero-Conical

Diamante, 20 μm raio

RESULTADOS & DISCUSSÃO

O FIGURA 1 mostra a evolução registrada da profundidade de penetração, coeficiente de atrito (COF) e emissão acústica durante o teste. As faixas completas de microarranhoes nas amostras de TiN são mostradas na FIGURA 2. O comportamento de falha em diferentes cargas críticas são mostrados no FIGURA 3, onde a carga crítica Lc1 é definida como a carga na qual o primeiro sinal de rachadura coesiva ocorre na pista do arranhão, Lc2 é a carga após a qual ocorrem repetidas falhas de espalação, e Lc3 é a carga na qual o revestimento é completamente removido do substrato. Os valores de carga crítica (Lc) para os revestimentos de TiN estão resumidos na FIGURA 4.

A evolução da profundidade de penetração, do COF e da emissão acústica proporciona uma visão do mecanismo de falha do revestimento em diferentes estágios, que são representados pelas cargas críticas neste estudo. Pode-se observar que a amostra A e a amostra B exibem comportamento comparável durante o teste de arranhão. A ponta penetra progressivamente na amostra até uma profundidade de ~0,06 mm e o COF aumenta gradualmente até ~0,3 à medida que a carga normal aumenta linearmente no início do teste de arranhão do revestimento. Quando a Lc1 de ~3,3 N é atingida, ocorre o primeiro sinal de falha de arranhão. Isto também se reflete nos primeiros grandes picos no gráfico de profundidade de penetração, COF e emissão acústica. Como a carga continua a aumentar para Lc2 de ~3,8 N, ocorre uma maior flutuação da profundidade de penetração, COF e emissão acústica. Podemos observar falhas contínuas de espalação presentes em ambos os lados da pista do arranhão. Na Lc3, o revestimento delamina completamente do substrato metálico sob a alta pressão aplicada pelo estilete, deixando o substrato exposto e desprotegido.

Em comparação, a amostra C apresenta cargas críticas mais baixas em diferentes estágios dos testes de risco do revestimento, o que também se reflete na evolução da profundidade de penetração, coeficiente de atrito (COF) e emissão acústica durante o teste de risco do revestimento. A amostra C possui uma camada intermediária de aderência com menor dureza e maior tensão na interface entre o revestimento TiN superior e o substrato metálico em comparação com a amostra A e a amostra B.

Este estudo demonstra a importância do suporte adequado do substrato e da arquitetura de revestimento para a qualidade do sistema de revestimento. Uma camada intermediária mais forte pode resistir melhor à deformação sob uma alta carga externa e tensão de concentração, e assim aumentar a resistência coesiva e adesiva do sistema de revestimento/substrato.

FIGURA 1: Evolução da profundidade de penetração, COF e emissão acústica das amostras de TiN.

FIGURA 2: Arranhão completo dos revestimentos TiN após os testes.

FIGURA 3: Falhas no revestimento TiN sob diferentes cargas críticas, Lc.

FIGURA 4: Resumo dos valores de carga crítica (Lc) para os revestimentos de TiN.

CONCLUSÃO

Neste estudo, mostramos que o Testador Mecânico NANOVEA PB1000 realiza testes de risco confiáveis e precisos em amostras revestidas de TiN de forma controlada e monitorada de perto. As medições de arranhões permitem aos usuários identificar rapidamente a carga crítica na qual ocorrem as típicas falhas no revestimento coesivo e adesivo. Nossos instrumentos são ferramentas de controle de qualidade superior que podem inspecionar e comparar quantitativamente a qualidade intrínseca de um revestimento e a integridade interfacial de um sistema de revestimento/substrato. Um revestimento com uma camada intermediária adequada pode resistir a grandes deformações sob uma elevada carga externa e tensão de concentração, e aumentar a resistência coesiva e adesiva de um sistema de revestimento/substrato.

Os módulos Nano e Micro de um Testador Mecânico NANOVEA incluem todos os modos de indentação, teste de arranhões e desgaste em conformidade com a ISO e ASTM, fornecendo a gama de testes mais ampla e mais fácil de usar disponível em um único sistema. A gama inigualável do NANOVEA é uma solução ideal para determinar a gama completa de propriedades mecânicas de revestimentos finos ou grossos, macios ou duros, filmes e substratos, incluindo dureza, módulo Young, resistência à fratura, aderência, resistência ao desgaste e muitos outros.

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Propriedades mecânicas do Hydrogel

PROPRIEDADES MECÂNICAS DO HIDROGEL

UTILIZANDO A NANOINDENTAÇÃO

Preparado por

DUANJIE LI, PhD & JORGE RAMIREZ

INTRODUÇÃO

O hidrogel é conhecido por sua superabsorção de água, permitindo uma grande semelhança em flexibilidade como tecidos naturais. Esta semelhança tornou o hidrogel uma escolha comum não apenas em biomateriais, mas também em eletrônica, meio ambiente e boas aplicações para o consumidor, como lentes de contato. Cada aplicação única requer propriedades mecânicas específicas do hidrogel.

IMPORTÂNCIA DA NANOINDENTAÇÃO PARA A HIDROGEL

Os hidrogéis criam desafios únicos para a nanoindentação, tais como a seleção de parâmetros de teste e o preparo de amostras. Muitos sistemas de nanoindentação têm grandes limitações desde que não foram originalmente projetados para materiais tão macios. Alguns dos sistemas de nanoindentação utilizam um conjunto bobina/imã para aplicar força sobre a amostra. Não há medição de força real, levando a uma carga imprecisa e não linear ao testar materiais moles. materiais. Determinar o ponto de contato é extremamente difícil, pois o A profundidade é o único parâmetro que está sendo realmente medido. É quase impossível observar a mudança de declive no Profundidade vs Tempo durante o período em que a ponta indentada está se aproximando do material hidrogel.

A fim de superar as limitações desses sistemas, o nano módulo do NANOVEA Testador Mecânico mede o feedback de força com uma célula de carga individual para garantir alta precisão em todos os tipos de materiais, macios ou duros. O deslocamento controlado por piezo é extremamente preciso e rápido. Isso permite uma medição incomparável das propriedades viscoelásticas, eliminando muitas suposições teóricas que os sistemas com um conjunto de bobina/ímã e sem realimentação de força devem levar em conta.

OBJETIVO DA MEDIÇÃO

Nesta aplicação, o NANOVEA O Testador Mecânico, no modo Nanoindentação, é usado para estudar a dureza, módulo elástico e fluência de uma amostra de hidrogel.

NANOVEA

PB1000

nanoindenter e testador de arranhões Nanovea PB1000
CONDIÇÕES DE TESTE

Uma amostra de hidrogel colocada sobre uma lâmina de vidro foi testada pela técnica de nanoindentação utilizando uma NANOVEA Testador Mecânico. Para este material macio foi utilizada uma ponta esférica de 3 mm de diâmetro. A carga aumentou linearmente de 0,06 para 10 mN durante o período de carga. A deformação foi então medida pela mudança da profundidade de indentação na carga máxima de 10 mN durante 70 segundos.

VELOCIDADE DE APROXIMAÇÃO: 100 μm/min

CONTATO CARREGAR
0,06 mN
CARGA MÁX
10 mN
TAXA DE CARREGAMENTO

20 mN/min

CREEP
70 s
RESULTADOS & DISCUSSÃO

A evolução da carga e da profundidade em função do tempo é mostrada em FUGURA 1. Pode-se observar que na trama do Profundidade vs TempoÉ muito difícil determinar o ponto de mudança de declive no início do período de carregamento, que geralmente funciona como uma indicação onde o indentro começa a entrar em contato com o material macio. No entanto, a trama do Carga vs Tempo mostra o comportamento peculiar do hidrogel sob uma carga aplicada. Quando o hidrogel começa a entrar em contato com o recuo da bola, o hidrogel puxa o recuo da bola devido a sua tensão superficial, que tende a diminuir a área da superfície. Este comportamento leva à carga medida negativa no início da fase de carga. A carga aumenta progressivamente à medida que o indentro afunda no hidrogel, e é então controlada para ser constante na carga máxima de 10 mN durante 70 segundos para estudar o comportamento de rastejamento do hidrogel.

FIGURA 1: Evolução da carga e profundidade em função do tempo.

A trama do Profundidade de Creep vs Tempo é mostrado em FIGURA 2e o Carga vs. Deslocamento gráfico do teste de nanoindentação é mostrado em FIGURA 3. O hidrogel neste estudo possui uma dureza de 16,9 KPa e um módulo de Young de 160,2 KPa, calculado com base na curva de deslocamento de carga usando o método Oliver-Pharr.

O arrepio é um fator importante para o estudo das propriedades mecânicas de um hidrogel. O controle de retroalimentação entre a célula de carga piezo e ultra-sensível garante uma verdadeira carga constante durante o tempo de fluência na carga máxima. Como mostrado em FIGURA 2o hidrogel subsidia ~42 μm como resultado de rastejamento em 70 segundos sob a carga máxima de 10 mN aplicada pela ponta esférica de 3 mm.

FIGURA 2: Rastejando a uma carga máxima de 10 mN durante 70 segundos.

FIGURA 3: O gráfico Carga vs. Deslocamento do hidrogel.

CONCLUSÃO

Neste estudo, mostramos que o NANOVEA O Testador Mecânico, no modo Nanoindentação, fornece uma medição precisa e repetível das propriedades mecânicas de um hidrogel, incluindo dureza, módulo de Young e fluência. A grande ponta esférica de 3 mm assegura um contato adequado com a superfície do hidrogel. O estágio de amostra motorizado de alta precisão permite o posicionamento preciso da face plana da amostra de hidrogel sob a ponta esférica. O hidrogel neste estudo apresenta uma dureza de 16,9 KPa e um módulo de Young de 160,2 KPa. A profundidade de deslizamento é de ~42 μm sob uma carga de 10 mN durante 70 segundos.

NANOVEA Os testadores mecânicos fornecem módulos Nano e Micro multi-funcionais inigualáveis em uma única plataforma. Ambos os módulos incluem um testador de arranhões, um testador de dureza e um modo de teste de desgaste, oferecendo a maior e mais amigável variedade de testes disponíveis em uma única plataforma.
sistema.

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Propriedades de adesão de revestimento de ouro sobre substrato de cristal de quartzo

Propriedades de aderência do revestimento de ouro

sobre Substrato de Cristal de Quartzo

Preparado por

DUANJIE LIPhD

INTRODUÇÃO

A Microbalança de Cristal de Quartzo (QCM) é um sensor de massa extremamente sensível capaz de fazer medições precisas de pequena massa na faixa de nanogramas. O QCM mede a variação de massa na superfície através da detecção de variações na freqüência de ressonância do cristal de quartzo com dois eletrodos afixados em cada lado da placa. A capacidade de medir peso extremamente pequeno o torna um componente chave em uma variedade de instrumentos industriais e de pesquisa para detectar e monitorar a variação de massa, adsorção, densidade e corrosão, etc.

IMPORTÂNCIA DO TESTE DE RASPAGEM PARA QCM

Como um dispositivo extremamente preciso, o QCM mede a mudança de massa até 0,1 nanograma. Qualquer perda de massa ou delaminação dos eletrodos na placa de quartzo será detectada pelo cristal de quartzo e causará erros de medição significativos. Como resultado, a qualidade intrínseca do revestimento do eletrodo e a integridade interfacial do sistema de revestimento/substrato desempenham um papel essencial na realização de medições de massa precisas e repetíveis. O teste de micro-risco é uma medida comparativa amplamente utilizada para avaliar a coesão relativa ou propriedades de adesão de revestimentos com base na comparação das cargas críticas nas quais as falhas aparecem. É uma ferramenta superior para o controle de qualidade confiável dos QCMs.

OBJETIVO DA MEDIÇÃO

Nesta aplicação, o NANOVEA Testador Mecânico, no modo Micro Scratch, é usado para avaliar a força coesiva e adesiva do revestimento de ouro no substrato de quartzo de uma amostra QCM. Gostaríamos de mostrar a capacidade do NANOVEA Testador mecânico na realização de testes de micro-risco em uma amostra delicada com alta precisão e repetibilidade.

NANOVEA

PB1000

nanoindenter e testador de arranhões Nanovea PB1000
CONDIÇÕES DE TESTE

O NANOVEA O Testador Mecânico PB1000 foi usado para realizar os testes de micro-risco em uma amostra de QCM usando os parâmetros de teste resumidos abaixo. Três arranhões foram realizados para garantir a reprodutibilidade dos resultados.

TIPO CARREGADO: Progressivo

CARGA INICIAL

0.01 N

CARGA FINAL

30 N

ATMOSPHERE: Ar 24°C

VELOCIDADE DE DESLIZAMENTO

2 mm/min

DISTÂNCIA DE DESLIZAMENTO

2 mm

RESULTADOS & DISCUSSÃO

A faixa completa de micro-riscas na amostra de QCM é mostrada em FIGURA 1. Os comportamentos de falha em diferentes cargas críticas são exibidos no FIGURA 2onde a carga crítica, LC1 é definida como a carga na qual o primeiro sinal de falha do adesivo ocorre na pista de raspagem, LC2 é a carga após a qual ocorrem falhas repetitivas do adesivo, e LC3 é a carga na qual o revestimento é completamente removido do substrato. Pode-se observar que a pequena lasca ocorre em LC1 de 11,15 N, o primeiro sinal de falha do revestimento. 

Como a carga normal continua a aumentar durante o teste de micro-risco, falhas repetitivas do adesivo ocorrem após o LC2 de 16,29 N. Quando LC3 de 19,09 N é alcançado, o revestimento delaminates completamente do substrato de quartzo. Tais cargas críticas podem ser usadas para comparar quantitativamente a resistência coesiva e adesiva do revestimento e selecionar o melhor candidato para aplicações específicas.

FIGURA 1: Pista de micro arranhões completa na amostra do QCM.

FIGURA 2: Micro raspador em diferentes cargas críticas.

FIGURA 3 traça a evolução do coeficiente de atrito e profundidade que pode fornecer mais informações sobre a progressão de falhas no revestimento durante o teste de micro-risco.

FIGURA 3: Evolução do COF e Profundidade durante o teste de micro-risco.

CONCLUSÃO

Neste estudo, mostramos que o NANOVEA O Testador Mecânico realiza testes confiáveis e precisos de micro arranhões em uma amostra de QCM. Ao aplicar cargas linearmente aumentadas de forma controlada e monitorada de perto, a medição de arranhões permite aos usuários identificar a carga crítica na qual ocorre a típica falha do revestimento coesivo e adesivo. Ela fornece uma ferramenta superior para avaliar e comparar quantitativamente a qualidade intrínseca do revestimento e a integridade interfacial do sistema de revestimento/substrato para QCM.

Os módulos Nano, Micro ou Macro do NANOVEA Todos os testes mecânicos incluem indentação em conformidade com ISO e ASTM, modos de teste de arranhões e desgaste, proporcionando a maior e mais amigável gama de testes disponíveis em um único sistema. NANOVEAA gama inigualável da Young é uma solução ideal para determinar a gama completa de propriedades mecânicas de revestimentos finos ou grossos, macios ou duros, filmes e substratos, incluindo dureza, módulo Young, resistência à fratura, aderência, resistência ao desgaste e muitos outros.

Além disso, um profiler 3D opcional sem contato e um módulo AFM estão disponíveis para imagens 3D de alta resolução de indentação, raspagem e pista de desgaste, além de outras medidas de superfície, tais como rugosidade e deformação.

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O Líder Mundial em Ensaios Micro Mecânicos

AGORA O LÍDER MUNDIAL

TESTES MICRO MECÂNICOS

Preparado por

PIERRE LEROUX & DUANJIE LI, PhD

INTRODUÇÃO

Os Micro Hardness Testers Vickers padrão têm uma carga útil de 10 a 2000 gramas de força (gf). Os Macroduradores Vickers padrão carregam de 1 a 50 Kgf. Estes instrumentos não são apenas muito limitados na faixa de cargas, mas também são imprecisos ao lidar com superfícies mais ásperas ou cargas baixas quando os recuos se tornam muito pequenos para serem medidos visualmente. Estas limitações são intrínsecas à tecnologia mais antiga e, como resultado, o indentação instrumentada está se tornando a escolha padrão devido à maior precisão e desempenho que ela traz.

Com Os sistemas de testes micro mecânicos líderes mundiais da NANOVEA, a dureza Vickers é calculada automaticamente a partir dos dados de profundidade versus carga com a maior faixa de carga em um único módulo já disponível (0,3 gramas a 2 Kg ou 6 gramas a 40 Kg). Como mede a dureza a partir da profundidade versus curvas de carga, o NANOVEA Micro Module pode medir qualquer tipo de material, inclusive os muito elásticos. Ele também pode fornecer não apenas a dureza Vickers, mas também dados precisos do módulo elástico e da fluência, além de outros tipos de teste, como testes de aderência de arranhões, desgaste, teste de fadiga, resistência ao escoamento e resistência à fratura para uma gama completa de dados de controle de qualidade.

AGORA O LÍDER MUNDIAL EM TESTES MICRO MECÂNICOS

Nesta nota de aplicações, será explicado como o Micro Module foi projetado para oferecer os principais testes de indentação e de arranhões instrumentais do mundo. A ampla capacidade de teste do Micro Module é ideal para muitas aplicações. Por exemplo, a faixa de carga permite medições precisas de dureza e módulo elástico de revestimentos duros finos e pode então aplicar cargas muito maiores para medir a aderência desses mesmos revestimentos.

OBJETIVO DA MEDIÇÃO

A capacidade do Micro Module é mostrada com o NANOVEA CB500 Testador Mecânico por
realizando testes de recuo e arranhão com precisão e confiabilidade superiores, utilizando uma ampla faixa de carga de 0,03 a 200 N.

NANOVEA

CB500

SAIBA MAIS

CONDIÇÕES DE TESTE

Uma série (3×4, 12 travessões no total) de Microindentações foram realizadas em uma amostra padrão de aço utilizando um indentro Vickers. A carga e a profundidade foram medidas e registradas para o ciclo completo de teste de indentação. As indentações foram realizadas com diferentes cargas máximas variando de 0,03 N a 200 N (0,0031 a 20,4 kgf) para mostrar a capacidade do micro módulo em realizar testes de indentação precisos com diferentes cargas. Vale ressaltar que uma célula de carga opcional de 20 N também está disponível para fornecer uma resolução 10 vezes maior para testes na faixa de carga inferior de 0,3 gf a 2 kgf.

Dois testes de arranhões foram realizados usando o Micro Module com carga linearmente aumentada de 0,01 N a 200 N e de 0,01 N a 0,5 N, respectivamente, usando o estilete diamantado cônico-esférico com raio de ponta de 500 μm e 20 μm.

Vinte Microindentação Foram realizados testes na amostra padrão de aço a 4 N, demonstrando a repetibilidade superior dos resultados do Micro Module, que contrastam com o desempenho dos testadores de dureza Vickers convencionais.

*microindenter sobre a amostra de aço

PARÂMETROS DE TESTE

do Mapeamento de Indentação

MAPEAMENTO: 3 POR 4 INDENTES

RESULTADOS E DISCUSSÃO

O novo Micro Module tem uma combinação única de motor Z, célula de carga de alta força e um sensor de profundidade capacitivo de alta precisão. A utilização exclusiva de sensores de profundidade e carga independentes garante alta precisão em todas as condições.

Os testes convencionais de dureza Vickers usam pontas de diamante com base em pirâmide de diamante quadrada que criam reentrâncias em forma de quadrado. Medindo o comprimento médio da diagonal, d, a dureza do Vickers pode ser calculada.

Em comparação, a técnica de indentação instrumentada utilizada pela NANOVEAO Micro Module mede diretamente as propriedades mecânicas a partir das medidas de carga e deslocamento de indentação. Não é necessária nenhuma observação visual do recuo. Isto elimina os erros de processamento de imagem do usuário ou do computador na determinação dos valores d do recuo. O sensor de profundidade do capacitor de alta precisão com um nível de ruído muito baixo de 0,3 nm pode medir com precisão a profundidade dos recuos que são difíceis ou impossíveis de serem medidos visualmente sob um microscópio com os tradicionais testadores de dureza Vickers.

Além disso, a técnica de cantilever utilizada pelos concorrentes aplica a carga normal sobre uma viga de cantilever por uma mola, e esta carga é, por sua vez, aplicada sobre o indentro. Tal projeto tem uma falha caso seja aplicada uma carga alta - a viga cantilever não pode fornecer rigidez estrutural suficiente, levando à deformação da viga cantilever e, por sua vez, ao desalinhamento do indentro. Em comparação, o Micro Module aplica a carga normal através do motor Z atuando sobre a célula de carga e, em seguida, o indentro para aplicação direta da carga. Todos os elementos são alinhados verticalmente para máxima rigidez, garantindo reentrâncias e medições precisas de reentrâncias e arranhões em toda a faixa de carga.

Vista de perto do novo Micro Module

RECUO DE 0,03 A 200 N

A imagem do mapa de indentação é exibida em FIGURA 1. A distância entre os dois travessões adjacentes acima de 10 N é de 0,5 mm, enquanto que o de cargas mais baixas é de 0,25 mm. O controle de posição de alta precisão do estágio de amostra permite aos usuários selecionar o local de destino para o mapeamento das propriedades mecânicas. Graças à excelente rigidez do micro módulo devido ao alinhamento vertical de seus componentes, o indentro do Vickers mantém uma perfeita orientação vertical ao penetrar na amostra de aço sob uma carga de até 200 N (400 N opcional). Isto cria impressões de uma forma quadrada simétrica na superfície da amostra com diferentes cargas.

As indentações individuais em diferentes cargas sob o microscópio são exibidas ao lado dos dois riscos, como mostrado no FIGURA 2, para mostrar a capacidade do novo micro módulo em realizar os testes de indentação e de risco em uma ampla faixa de carga com uma alta precisão. Como mostrado nos gráficos de Carga Normal vs. Comprimento do Raspador, a carga normal aumenta linearmente à medida que a ponta diamantada cônico-esférica desliza sobre a superfície da amostra de aço. Ela cria uma raspagem reta suave de largura e profundidade progressivamente aumentadas.

FIGURA 1: Mapa de Indentação

Dois testes de arranhões foram realizados usando o Micro Module com carga linearmente aumentada de 0,01 N a 200 N e de 0,01 N a 0,5 N, respectivamente, usando o estilete diamantado cônico-esférico com raio de ponta de 500 μm e 20 μm.

Vinte testes de Microindentação foram realizados na amostra padrão de aço a 4 N mostrando a repetibilidade superior dos resultados do Micro Module que contrastam o desempenho dos testadores de dureza convencionais Vickers.

A: RECUO E ARRANHÃO SOB O MICROSCÓPIO (360X)

B: RECUO E ARRANHÃO SOB O MICROSCÓPIO (3000X)

FIGURA 2: Lotes de Carga vs Deslocamento em diferentes cargas máximas.

As curvas de carga-deslocamento durante a indentação em diferentes cargas máximas são mostradas em FIGURA 3. A dureza e o módulo elástico são resumidos e comparados no FIGURA 4. A amostra de aço apresenta um módulo elástico constante ao longo da carga de teste variando de 0,03 a 200 N (faixa possível de 0,003 a 400 N), resultando em um valor médio de ~211 GPa. A dureza apresenta um valor relativamente constante de ~6,5 GPa medido sob uma carga máxima acima de 100 N. Como a carga diminui para uma faixa de 2 a 10 N, mede-se uma dureza média de ~9 GPa.

FIGURA 3: Lotes de Carga vs Deslocamento em diferentes cargas máximas.

FIGURA 4: Dureza e módulo de Young da amostra de aço medido por diferentes cargas máximas.

RECUO DE 0,03 A 200 N

Vinte testes de microindentação foram realizados com carga máxima de 4N. As curvas de carga-deslocamento são exibidas em FIGURA 5 e a dureza Vickers resultante e o módulo de Young são mostrados em FIGURA 6.

FIGURA 5: Curvas de carga-deslocamento para testes de microindentação a 4 N.

FIGURA 6: Dureza Vickers e Módulo Young para 20 microindentações a 4 N.

As curvas de carga-deslocamento demonstram a superior repetibilidade do novo Micro Module. O padrão de aço possui uma dureza Vickers de 842±11 HV medida pelo novo Micro Module, comparada a 817±18 HV medida usando o testador de dureza convencional Vickers. O pequeno desvio padrão da medição da dureza garante uma caracterização confiável e reprodutível das propriedades mecânicas na P&D e no controle de qualidade dos materiais, tanto no setor industrial como na pesquisa acadêmica.

Além disso, um Módulo Young de 208±5 GPa é calculado a partir da curva de carga-deslocamento, que não está disponível para o testador de dureza convencional Vickers devido à falta de medição de profundidade durante a indentação. medida que a carga diminui e o tamanho do recuo diminui, o NANOVEA As vantagens do Micro Module em termos de repetibilidade em comparação com o Vickers Hardness Testers aumentam até que não seja mais possível medir o traço através da inspeção visual.

A vantagem de medir a profundidade para calcular a dureza também se torna evidente quando se lida com amostras mais ásperas ou quando as amostras são mais difíceis de serem observadas sob os microscópios padrão fornecidos nos testadores de dureza Vickers.

CONCLUSÃO

Neste estudo, mostramos como o novo Módulo Micro NANOVEA líder mundial (faixa de 200 N) realiza medições reproduzíveis e precisas de recuo e arranhão sob uma ampla faixa de carga de 0,03 a 200 N (3 gf a 20,4 kgf). Um Micro Module opcional de faixa inferior pode fornecer testes de 0,003 a 20 N (0,3 gf a 2 kgf). O alinhamento vertical único do motor Z, da célula de carga de alta força e do sensor de profundidade garante a máxima rigidez estrutural durante as medições. As reentrâncias medidas em diferentes cargas possuem todas uma forma quadrada simétrica na superfície da amostra. Uma raspagem reta de largura e profundidade progressivamente aumentada é criada no teste de raspagem de uma carga máxima de 200 N.

O novo Micro Module pode ser configurado no PB1000 (150 x 200 mm) ou na base mecânica CB500 (100 x 50 mm) com uma motorização z (faixa de 50 mm). Combinados com um poderoso sistema de câmera (precisão de posicionamento de 0,2 microns) os sistemas oferecem as melhores capacidades de automação e mapeamento do mercado. A NANOVEA também oferece uma função patenteada exclusiva (EP No. 30761530) que permite a verificação e calibração dos travessões Vickers realizando um único traço em toda a gama de cargas. Por outro lado, os Ensaios de Dureza Vickers padrão só podem fornecer calibração com uma única carga.

Além disso, o software NANOVEA permite ao usuário medir a dureza do Vickers através do método tradicional de medir as diagonais de travessão, se necessário (para ASTM E92 & E384). Como mostrado neste documento, os testes de dureza de profundidade versus carga (ASTM E2546 e ISO 14577) realizados por um Micro Módulo NANOVEA são precisos e reprodutíveis em comparação com os Ensaios de Dureza Tradicionais. Especialmente para amostras que não podem ser observadas/medidas com um microscópio.

Em conclusão, a maior precisão e repetibilidade do projeto do Micro Module com sua ampla gama de cargas e testes, alta automação e opções de mapeamento tornam os tradicionais testadores de dureza Vickers obsoletos. Mas, da mesma forma, com os testadores de arranhões e micro arranhões ainda oferecidos atualmente, mas projetados com falhas na década de 1980.

O contínuo desenvolvimento e aperfeiçoamento desta tecnologia faz da NANOVEA uma líder mundial em testes micro mecânicos.

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