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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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Análise de Fractografia usando a Perfilometria 3D

ANÁLISE DA FRACTOGRAFIA

USANDO A PROFILOMETRIA 3D

Preparado por

CRAIG LEISING

INTRODUÇÃO

A fractografia é o estudo de características em superfícies fraturadas e tem sido historicamente investigada via microscópio ou SEM. Dependendo do tamanho do recurso, um microscópio (recursos macro) ou SEM (recursos nano e micro) são selecionados para a análise de superfície. Em última análise, ambos permitem a identificação do tipo de mecanismo de fratura. Embora eficaz, o microscópio tem limitações claras e o SEM na maioria dos casos, além da análise em nível atômico, é impraticável para medição de superfície de fratura e carece de capacidade de uso mais ampla. Com os avanços na tecnologia de medição óptica, o NANOVEA Perfilômetro 3D sem contato é agora considerado o instrumento de escolha, com sua capacidade de fornecer nanometria por meio de medições de superfície 2D e 3D em macroescala

IMPORTÂNCIA DO PROFILÔMETRO 3D SEM CONTATO PARA A INSPEÇÃO DE FRATURAS

Ao contrário de um SEM, um Perfilômetro 3D sem contato pode medir quase qualquer superfície, tamanho de amostra, com o mínimo de preparação de amostra, tudo isso enquanto oferece dimensões verticais/horizontais superiores às de um SEM. Com um perfilador, as características de nano através de macro range são capturadas em uma única medição com influência zero da refletividade da amostra. Mede facilmente qualquer material: transparente, opaco, especular, difusivo, polido, rugoso, etc. O Profilômetro 3D sem contato oferece uma ampla e amigável capacidade para maximizar os estudos de fratura superficial a uma fração do custo de um SEM.

OBJETIVO DA MEDIÇÃO

Nesta aplicação, o NANOVEA ST400 é utilizado para medir a superfície fraturada de uma amostra de aço. Neste estudo, mostraremos uma área 3D, extração do perfil 2D e mapa direcional da superfície.

NANOVEA

ST400

SAIBA MAIS

RESULTADOS

SUPERFÍCIE TOP SUPERFÍCIE

Direção da textura da superfície 3D

Isotropia51.26%
Primeira Direção123.2º
Segunda Direção116.3º
Terceira direção0.1725º

Área de superfície, volume, rugosidade e muitos outros podem ser calculados automaticamente a partir desta extração.

Extração de perfil 2D

RESULTADOS

SUPERFÍCIE LATERAL

Direção da textura da superfície 3D

Isotropia15.55%
Primeira Direção0.1617º
Segunda Direção110.5º
Terceira direção171.5º

Área de superfície, volume, rugosidade e muitos outros podem ser calculados automaticamente a partir desta extração.

Extração de perfil 2D

CONCLUSÃO

Nesta aplicação, mostramos como o NANOVEA ST400 3D Non-Contact Profilometer pode caracterizar com precisão a topografia completa (nano, micro e macro características) de uma superfície fraturada. Da área 3D, a superfície pode ser claramente identificada e sub-áreas ou perfis/seções transversais podem ser rapidamente extraídas e analisadas com uma lista interminável de cálculos de superfície. As características da superfície sub nanométrica podem ser analisadas com um módulo AFM integrado.

Além disso, a NANOVEA incluiu uma versão portátil em sua linha de Perfisômetros, especialmente crítica para estudos de campo onde uma superfície de fratura é imóvel. Com esta ampla lista de capacidades de medição de superfície, a análise da superfície de fratura nunca foi tão fácil e mais conveniente com um único instrumento.

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Topografia de superfície de fibra de vidro usando perfilometria 3D

TOPOGRAFIA DE SUPERFÍCIE EM FIBRA DE VIDRO

USANDO A PROFILOMETRIA 3D

Preparado por

CRAIG LEISING

INTRODUÇÃO

A fibra de vidro é um material feito de fibras de vidro extremamente finas. É usado como um agente de reforço para muitos produtos de polímero; o material composto resultante, propriamente conhecido como polímero reforçado com fibra de vidro (PRFV) ou plástico reforçado com fibra de vidro (PRG), é chamado de "fibra de vidro" no uso popular.

IMPORTÂNCIA DA INSPEÇÃO METROLÓGICA DE SUPERFÍCIE PARA O CONTROLE DE QUALIDADE

Embora existam muitos usos para o reforço de fibra de vidro, na maioria das aplicações é crucial que eles sejam tão fortes quanto possível. Os compósitos de fibra de vidro têm uma das maiores relações de resistência a peso disponíveis e em alguns casos, libra por libra é mais forte do que o aço. Além da alta resistência, também é importante ter a menor área de superfície exposta possível. Grandes superfícies de fibra de vidro podem tornar a estrutura mais vulnerável ao ataque químico e possivelmente à expansão do material. Portanto, a inspeção de superfície é fundamental para o controle de qualidade da produção.

OBJETIVO DA MEDIÇÃO

Nesta aplicação, o NANOVEA ST400 é usado para medir uma superfície composta de fibra de vidro para rugosidade e planicidade. Ao quantificar estas características de superfície é possível criar ou otimizar um material composto de fibra de vidro mais forte e mais duradouro.

NANOVEA

ST400

SAIBA MAIS

PARÂMETROS DE MEDIÇÃO

PROBE 1 mm
TAXA DE AQUISIÇÃO300 Hz
AVALIAÇÃO1
SUPERFÍCIE MEDIDA5 mm x 2 mm
TAMANHO DE PASSO5 µm x 5 µm
MODELO DE SCANNINGVelocidade constante

ESPECIFICAÇÕES DA SONDA

MEDIÇÃO RANGE1 mm
RESOLUÇÃO Z 25 nm
Z ACCURACIA200 nm
RESOLUÇÃO LATERAL 2 μm

RESULTADOS

FALSA VISÃO COLORIDA

Superfície plana em 3D

Rugosidade da superfície 3D

Sa15.716 μmAltura média aritmética
Sq19.905 μmAltura Média Quadrada da Raiz
Sp116,74 μmAltura máxima de pico
Sv136,09 μmAltura máxima do poço
Sz252,83 μmAltura máxima
Ssk0.556Skewness
Ssu3.654Curtose

CONCLUSÃO

Conforme mostrado nos resultados, o NANOVEA ST400 Optical analisador foi capaz de medir com precisão a rugosidade e planicidade da superfície do compósito de fibra de vidro. Os dados podem ser medidos em vários lotes de compósitos de fibra e/ou em um determinado período de tempo para fornecer informações cruciais sobre diferentes processos de fabricação de fibra de vidro e como eles reagem ao longo do tempo. Assim, o ST400 é uma opção viável para fortalecer o processo de controle de qualidade de materiais compósitos de fibra de vidro.

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Desgaste e Atrito de Correia Polimérica usando um Tribômetro

CELULOS DE POLÍMERO

GUERRA E FRICAÇÃO UTILIZANDO um TRIBOMETRO

Preparado por

DUANJIE LI, PhD

INTRODUÇÃO

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

IMPORTÂNCIA DA AVALIAÇÃO DO DESGASTE PARA ACIONAMENTO POR CORREIA

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

Tribômetro Pneumático de Alta Carga

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

PROCEDIMENTOS DE TESTE

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

 

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

RESULTADOS & DISCUSSÃO

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

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

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

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

TABELA 1: Resultado da análise da pista de desgaste.

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

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

 

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

FIGURA 3:  Desgaste de trilhos sob microscópio ótico.

CONCLUSÃO

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

O Tribômetro NANOVEA T2000 oferece testes de desgaste e atrito precisos e repetíveis usando os modos rotativo e linear compatíveis com ISO e ASTM, com módulos opcionais de desgaste em alta temperatura, lubrificação e tribocorrosão disponíveis em um sistema pré-integrado. NANOVEA's A gama inigualável é uma solução ideal para determinar a gama completa de propriedades tribológicas de revestimentos, filmes e substratos finos ou grossos, macios ou duros.

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Microestrutura fóssil usando a Perfilometria 3D

MICROESTRUTURA FÓSSIL

USANDO A PROFILOMETRIA 3D

Preparado por

DUANJIE LI, PhD

INTRODUÇÃO

Os fósseis são os restos preservados de vestígios de plantas, animais e outros organismos enterrados em sedimentos sob antigos mares, lagos e rios. O tecido mole do corpo geralmente se decompõe após a morte, mas as conchas duras, os ossos e os dentes se fossilizam. As características da superfície da microestrutura são frequentemente preservadas quando ocorre a substituição mineral das conchas e ossos originais, o que proporciona uma visão da evolução do tempo e do mecanismo de formação dos fósseis.

IMPORTÂNCIA DE UM PROFILÔMETRO 3D SEM CONTATO PARA O EXAME FÓSSIL

Perfis 3D do fóssil nos permitem observar as características detalhadas da superfície da amostra fóssil de um ângulo mais próximo. A alta resolução e precisão do perfilômetro NANOVEA podem não ser discerníveis a olho nu. O software de análise do perfilômetro oferece uma ampla gama de estudos aplicáveis a essas superfícies únicas. Ao contrário de outras técnicas, como sondas de toque, o NANOVEA Perfilômetro 3D sem contato mede as características da superfície sem tocar na amostra. Isto permite a preservação das verdadeiras características da superfície de certas amostras fósseis delicadas. Além disso, o perfilômetro portátil modelo Jr25 permite a medição 3D em sítios fósseis, o que facilita substancialmente a análise e proteção de fósseis após a escavação.

OBJETIVO DA MEDIÇÃO

Neste estudo, o Profilômetro NANOVEA Jr25 é usado para medir a superfície de duas amostras representativas de fósseis. Toda a superfície de cada fóssil foi escaneada e analisada a fim de caracterizar suas características de superfície que incluem rugosidade, contorno e direção da textura.

NANOVEA

Jr25

SAIBA MAIS

BRACHIOPOD FÓSSIL

A primeira amostra fóssil apresentada neste relatório é um fóssil Brachiopod, que veio de um animal marinho que possui "válvulas" (conchas) duras em suas superfícies superior e inferior. Eles apareceram pela primeira vez no período Cambriano, que é mais de 550 milhões de anos atrás.

A Vista 3D da varredura é mostrada em FIGURA 1 e a Vista Falsa Cor é mostrada em FIGURA 2. 

FIGURA 1: Vista 3D da amostra fóssil do Brachiopod.

FIGURA 2: Falsa visão colorida da amostra de fóssil Brachiopod.

A forma geral foi então removida da superfície a fim de investigar a morfologia local da superfície e o contorno do fóssil Brachiopod, conforme mostrado na FIGURA 3. Uma peculiar textura de ranhura divergente pode agora ser observada na amostra do fóssil Brachiopod.

FIGURA 3: Vista falsa de cores e linhas de contorno após a remoção do formulário.

Um perfil de linha é extraído da área texturizada para mostrar uma visão transversal da superfície fóssil na FIGURA 4. O estudo Step Height mede as dimensões precisas das características da superfície. As ranhuras possuem uma largura média de ~0,38 mm e profundidade de ~0,25 mm.

FIGURA 4: Estudo do perfil da linha e da altura do degrau da superfície texturizada.

FÓSSIL DE TRONCO DE CRINOIDES

A segunda amostra fóssil é um fóssil Crinoide stem. Os Crinoides apareceram pela primeira vez nos mares do Período Médio Cambriano, cerca de 300 milhões de anos antes dos dinossauros. 

 

A vista 3D da varredura é mostrada no FIGURA 5 e a Vista Falsa Colorida é mostrada no FIGURA 6. 

FIGURA 5: Vista 3D da amostra do fóssil Crinoide.

A textura superficial da isotropia e a rugosidade do fóssil Crinoide-tronco são analisadas na FIGURA 7. 

 Este fóssil tem uma direção de textura preferencial no ângulo próximo a 90°, levando a uma isotropia de textura de 69%.

FIGURA 6: Vista Falsa de Cor do Haste de crinoides amostra.

 

FIGURA 7: Textura da superfície isotropia e rugosidade do fóssil Crinoide-tronco.

O perfil 2D ao longo da direção axial do fóssil Crinoide stem é mostrado na FIGURA 8. 

O tamanho dos picos da textura da superfície é bastante uniforme.

FIGURA 8: Análise do perfil 2D do fóssil Crinoid stem.

CONCLUSÃO

Nesta aplicação, estudamos de forma abrangente as características de superfície 3D de um fóssil de Brachiopod e haste Crinoide utilizando o NANOVEA Jr25 Portable Non-Contact Profilometer. Mostramos que o instrumento pode caracterizar com precisão a morfologia 3D das amostras fósseis. As interessantes características de superfície e textura das amostras são então analisadas mais detalhadamente. A amostra Brachiopod possui uma textura de ranhura divergente, enquanto que o fóssil Crinoid mostra uma isotropia de textura preferencial. As varreduras detalhadas e precisas da superfície 3D provam ser ferramentas ideais para paleontólogos e geólogos estudarem a evolução de vidas e a formação de fósseis.

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

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Desempenho da Lixa Abrasão Usando um Tribômetro

DESEMPENHO DA LIXA NA ABRASÃO

USANDO UM TRIBÔMETRO

Preparado por

DUANJIE LI, PhD

INTRODUÇÃO

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

IMPORTÂNCIA DA AVALIAÇÃO DO DESEMPENHO DA LIXA DE LIXA POR ABRASÃO

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

Tribômetro Pneumático de Alta Carga

OBJETIVO DA MEDIÇÃO

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

NANOVEA

T2000

SAIBA MAIS

PROCEDIMENTOS DE TESTE

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

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

RESULTADOS DOS TESTES E DISCUSSÃO

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

CONCLUSÃO

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

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Acabamento da superfície de couro processado utilizando a Perfilometria 3D

COURO PROCESSADO

ACABAMENTO DE SUPERFÍCIE UTILIZANDO A PERFILOMETRIA 3D

Preparado por

CRAIG LEISING

INTRODUÇÃO

Uma vez concluído o processo de curtimento de uma pele de couro, a superfície do couro pode passar por vários processos de acabamento para uma variedade de aparência e toque. Estes processos mecânicos podem incluir estiramento, polimento, lixamento, estampagem, revestimento, etc. Dependendo do uso final do couro, alguns podem exigir um processamento mais preciso, controlado e repetível.

IMPORTÂNCIA DA INSPEÇÃO DA PERFILOMETRIA PARA PESQUISA E DESENVOLVIMENTO E CONTROLE DE QUALIDADE

Devido à grande variação e à falta de confiabilidade dos métodos de inspeção visual, as ferramentas capazes de quantificar com precisão as características em micro e nano escalas podem melhorar os processos de acabamento do couro. A compreensão do acabamento da superfície do couro em um sentido quantificável pode levar a uma melhor seleção de processamento de superfície orientada por dados para obter resultados de acabamento ideais. NANOVEA 3D sem contato Perfilômetros utilizam a tecnologia confocal cromática para medir superfícies de couro acabadas e oferecem a mais alta repetibilidade e precisão do mercado. Quando outras técnicas não conseguem fornecer dados confiáveis, devido ao contato da sonda, à variação da superfície, ao ângulo, à absorção ou à refletividade, os Profilômetros NANOVEA são bem-sucedidos.

OBJETIVO DA MEDIÇÃO

Nesta aplicação, o NANOVEA ST400 é utilizado para medir e comparar o acabamento superficial de duas amostras de couro diferentes, mas bem processadas. Vários parâmetros de superfície são automaticamente calculados a partir do perfil de superfície.

Aqui vamos nos concentrar na rugosidade da superfície, profundidade da cavidade, passo da cavidade e diâmetro da cavidade para avaliação comparativa.

NANOVEA

ST400

SAIBA MAIS

RESULTADOS: AMOSTRA 1

ISO 25178

PARÂMETROS DE ALTURA

OUTROS PARÂMETROS 3D

RESULTADOS: AMOSTRA 2

ISO 25178

PARÂMETROS DE ALTURA

OUTROS PARÂMETROS 3D

COMPARAÇÃO DE PROFUNDIDADE

Distribuição de profundidade para cada amostra.
Um grande número de covinhas profundas foi observado em AMOSTRA 1.

COMPARATIVO DE PASSO

Passo entre as cavidades em AMOSTRA 1 é um pouco menor
do que AMOSTRA 2mas ambos têm uma distribuição semelhante

 DIÂMETRO MÉDIO COMPARATIVO

Distribuições similares de diâmetro médio das covinhas,
com AMOSTRA 1 mostrando diâmetros médios ligeiramente menores em média.

CONCLUSÃO

Nesta aplicação, mostramos como o Perfilometro NANOVEA ST400 3D pode caracterizar com precisão o acabamento superficial do couro processado. Neste estudo, ter a capacidade de medir a rugosidade da superfície, profundidade da covinha, passo da covinha e diâmetro da covinha nos permitiu quantificar diferenças entre o acabamento e a qualidade das duas amostras que podem não ser óbvias pela inspeção visual.

Em geral, não houve diferença visível na aparência das varreduras 3D entre a SAMPLE 1 e a SAMPLE 2. Entretanto, na análise estatística, há uma clara distinção entre as duas amostras. A AMOSTRA 1 contém uma quantidade maior de covinhas com diâmetros menores, profundidades maiores e passo de covinhas menores em comparação com a AMOSTRA 2.

Por favor, observe que estudos adicionais estão disponíveis. Áreas especiais de interesse poderiam ter sido mais bem analisadas com um AFM ou módulo de Microscópio integrado. As velocidades do NANOVEA 3D Perfilometer variam de 20 mm/s a 1 m/s para laboratório ou pesquisa para atender às necessidades de inspeção de alta velocidade; pode ser construído com dimensionamento personalizado, velocidades, capacidades de escaneamento, conformidade de sala limpa Classe 1, esteira de indexação ou para integração em linha ou on-line.

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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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