Propriedades mecânicas do Hydrogel

PROPRIEDADES MECÂNICAS DO HIDROGEL

UTILIZANDO A NANOINDENTAÇÃO

Preparado por

DUANJIE LI, PhD & JORGE RAMÍREZ

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 Testador Mecânico

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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Teste de Desgaste do Pistão

TESTE DE DESGASTE DO PISTÃOUSANDO O TRIBÔMETRO NANOVEA

Preparado por

LIU FRANCA

O que é o teste de desgaste do pistão?

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

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

💡 Deseja quantificar a taxa de desgaste e o atrito de suas próprias amostras? Solicite um teste de tribologia personalizado, adaptado à sua aplicação.

Por que o teste de desgaste do pistão é importante no desenvolvimento de motores

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

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

Módulo Líquido no Tribômetro NANOVEA T2000

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

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

Como os tribômetros simulam
Desgaste real do pistão-camisa

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

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

NANOVEA T2000
Tribômetro de alta carga

Parâmetros e configuração do teste de desgaste do pistão

CARREGAR ………………………. 100 N

DURAÇÃO DO TESTE ………………………. 30 min

SPEED ………………………. 2000 rpm

AMPLITUDE ………………………. 10 mm

DISTÂNCIA TOTAL ………………………. 1200 m

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

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

PIN DIAMETER ………………………. 10 mm

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

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

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

Relevância no mundo real de
Teste de Desgaste do Pistão

Os testes de desgaste de pistões com tribômetro fornecem informações essenciais sobre como as escolhas de materiais e as estratégias de lubrificação afetam a confiabilidade real do motor. Em vez de depender de testes caros com motores completos, os laboratórios podem avaliar revestimentos, óleos e superfícies de ligas sob condições realistas de carga mecânica e temperatura. A NANOVEA Perfilometria 3D e os módulos de tribologia permitem o mapeamento preciso da profundidade do desgaste e da estabilidade do atrito, ajudando as equipes de P&D a otimizar o desempenho e reduzir os ciclos de desenvolvimento.

Resultados e análise do teste de desgaste do pistão

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

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

[1] “Alumínio 5052 vs Alumínio 356.0.” MakeItFrom.com, makeitfrom.com/compare/5052-O-Aluminum/A356.0-SG70B-A13560-Cast-Aluminum

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Conclusão: Avaliação do desgaste do motor com tribômetros NANOVEA

Um teste de desgaste linear lubrificado foi realizado em um pistão para simular eventos que ocorrem em um motor operacional real. As interfaces entre a saia do pistão, o lubrificante e o revestimento do cilindro são cruciais para o funcionamento de um motor. A espessura do lubrificante na interface é responsável pela perda de energia devido ao atrito ou desgaste entre a saia do pistão e o revestimento do cilindro. Para otimizar o motor, a espessura da película deve ser a mais fina possível, sem permitir que a saia do pistão e o revestimento do cilindro se toquem. O desafio, no entanto, é como as mudanças de temperatura, velocidade e força afetarão as interfaces P-L-C.

Com sua ampla faixa de carga (até 2000 N) e velocidade (até 15000 rpm), o tribômetro NANOVEA T2000 é capaz de simular diferentes condições possíveis em um motor. Estudos futuros possíveis sobre este tema incluem como as interfaces P-L-C se comportarão sob diferentes cargas constantes, cargas osciladas, temperatura do lubrificante, velocidade e método de aplicação do lubrificante. Esses parâmetros podem ser facilmente ajustados com o tribômetro NANOVEA T2000 para proporcionar uma compreensão completa dos mecanismos das interfaces entre a saia do pistão, o lubrificante e o revestimento do cilindro.

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Topografia de superfície orgânica usando Perfilômetro 3D Portátil

TOPOGRAFIA DE SUPERFÍCIE ORGÂNICA

USANDO O PROFILÔMETRO PORTÁTIL 3D

Preparado por

CRAIG LEISING

INTRODUÇÃO

A natureza se tornou uma fonte vital de inspiração para o desenvolvimento de uma estrutura de superfície melhorada. A compreensão das estruturas de superfície encontradas na natureza levou a estudos de adesão baseados em pés de osga, estudos de resistência baseados em uma mudança textural de pepinos do mar e estudos de repelência baseados em folhas, entre muitos outros. Estas superfícies têm uma série de aplicações potenciais, desde biomédicas a vestuário e automotivas. Para que qualquer um destes avanços superficiais seja bem sucedido, técnicas de fabricação devem ser desenvolvidas para que as características da superfície possam ser imitadas e reproduzidas. É este processo que exigirá identificação e controle.

IMPORTÂNCIA DO PERFILADOR ÓPTICO PORTÁTIL 3D SEM CONTATO PARA SUPERFÍCIES ORGÂNICAS

Utilizando a tecnologia Chromatic Light, o NANOVEA Jr25 Portable Perfilador óptico tem capacidade superior para medir praticamente qualquer material. Isso inclui os ângulos únicos e íngremes, superfícies reflexivas e absorventes encontradas na ampla gama de características de superfície da natureza. As medições 3D sem contato fornecem uma imagem 3D completa para fornecer uma compreensão mais completa das características da superfície. Sem capacidades 3D, a identificação das superfícies da natureza dependeria apenas de informações 2D ou de imagens microscópicas, que não fornecem informações suficientes para imitar adequadamente a superfície estudada. Compreender toda a gama de características da superfície, incluindo textura, forma, dimensão, entre muitas outras, será fundamental para uma fabricação bem-sucedida.

A capacidade de obter facilmente resultados de qualidade de laboratório no campo abre as portas para novas oportunidades de pesquisa.

OBJETIVO DA MEDIÇÃO

Nesta aplicação, o NANOVEA Jr25 é usado para medir a superfície de uma folha. Há uma lista infinita de parâmetros de superfície que podem ser calculados automaticamente após a varredura da superfície 3D.

Aqui vamos rever a superfície 3D e selecionar
áreas de interesse para análise posterior, incluindo
quantificando e investigando a rugosidade superficial, canais e topografia

NANOVEA

JR25

CONDIÇÕES DE TESTE

PROFUNDIDADE AO ABRIGO

Densidade média de sulcos: 16.471 cm/cm2
Profundidade média dos sulcos: 97.428 μm
Profundidade máxima: 359.769 μm

CONCLUSÃO

Nesta aplicação, mostramos como o NANOVEA O Profiler Óptico 3D portátil sem contato Jr25 pode caracterizar com precisão tanto a topografia quanto os detalhes da escala nanométrica de uma superfície foliar no campo. A partir destas medidas de superfície 3D, as áreas de interesse podem ser rapidamente identificadas e depois analisadas com uma lista de estudos intermináveis (Dimensão, Rugosidade Textura de acabamento, Topografia de forma, Planaridade de deformação, Área de volume, Passo-Altura e outros). Uma seção transversal 2D pode ser facilmente escolhida para analisar mais detalhes. Com estas informações, superfícies orgânicas podem ser amplamente investigadas com um conjunto completo de recursos de medição de superfície. Áreas especiais de interesse poderiam ter sido analisadas mais detalhadamente com o módulo AFM integrado nos modelos de mesa.

NANOVEA também oferece perfis portáteis de alta velocidade para pesquisa de campo e uma ampla gama de sistemas baseados em laboratório, bem como fornece serviços de laboratório.

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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

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

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

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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Lixa: Análise de Rugosidade e Diâmetro de Partículas

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Lixas (Sandpaper)

Análise de rugosidade e diâmetro de partículas

Preparado por

LIU FRANCA

INTRODUÇÃO

A lixa é um produto comumente disponível comercialmente e utilizado como abrasivo. O uso mais comum para lixas é para remover revestimentos ou para polir uma superfície com suas propriedades abrasivas. Estas propriedades abrasivas são classificadas em grão, cada uma relacionada ao quão suave ou
O acabamento áspero da superfície que ela proporcionará. Para obter as propriedades abrasivas desejadas, os fabricantes de lixas devem garantir que as partículas abrasivas tenham um tamanho específico e pouco desvio. Para quantificar a qualidade da lixa, a tecnologia 3D Non-Contact da NANOVEA Profilômetro pode ser usado para obter o parâmetro de altura média aritmética (Sa) e o diâmetro médio das partículas de uma área de amostra.

A IMPORTÂNCIA DA PERFILOMETRIA ÓTICA 3D SEM CONTATO PARA LIXAS

Ao utilizar lixas, a interação entre as partículas abrasivas e a superfície a ser lixada deve ser uniforme para obter um acabamento de superfície consistente. Para quantificar isto, a superfície da lixa pode ser observada com o Perfilômetro Ótico 3D sem contato da NANOVEA para ver os desvios nos tamanhos, alturas e espaçamento das partículas.

OBJETIVO DA MEDIÇÃO

Neste estudo, cinco tipos de lixa diferentes (120,
180, 320, 800 e 2000) são escaneadas com o
Perfilômetro Ótico 3D Sem Contato NANOVEA ST400.
O Sa é extraído da varredura e da partícula
é calculado através de uma análise de Motivos para
encontrar seu diâmetro equivalente

NANOVEA

ST400

RESULTADOS & DISCUSSÃO

A lixa diminui na aspereza da superfície (Sa) e no tamanho das partículas à medida que o grão aumenta, como esperado. O Sa variou de 42,37 μm a 3,639 μm. O tamanho da partícula varia de 127 ± 48,7 a 21,27 ± 8,35. Partículas maiores e altas variações de altura criam uma ação abrasiva mais forte nas superfícies, em oposição às partículas menores com baixa variação de altura.
Por favor, observe todas as definições dos parâmetros de altura indicados estão listados na página.A.1.

TABELA 1: Comparação entre os grãos de lixa e os parâmetros de altura.

TABELA 2: Comparação entre granalhas de lixa e diâmetro das partículas.

VISUALIZAÇÃO 2D & 3D DA LIXA

Abaixo estão a falsa cor e a visualização 3D para as amostras de lixa.
Um filtro gaussiano de 0,8 mm foi usado para remover a forma ou ondulação.

ANÁLISE MOTIF

Para encontrar com precisão as partículas na superfície, o limite da escala de altura foi redefinido para mostrar apenas a camada superior da lixa. Uma análise dos motivos foi então realizada para detectar os picos.

CONCLUSÃO

O Perfilômetro Ótico 3D sem contato da NANOVEA foi usado para inspecionar as propriedades de superfície de vários grãos de lixa devido a sua capacidade de escanear superfícies com micro e nano características com precisão.

Os parâmetros de altura da superfície e os diâmetros de partículas equivalentes foram obtidos de cada uma das amostras de lixa, usando um software avançado para analisar as varreduras 3D. Foi observado que à medida que o tamanho do grão aumentava, a rugosidade superficial (Sa) e o tamanho das partículas diminuíam como esperado.

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Medição de Limite Superficial

Medição de Limites Superficiais Utilizando a Profilometria 3D

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MEDIÇÃO DOS LIMITES DE SUPERFÍCIE

USANDO A PROFILOMETRIA 3D

Preparado por

Craig Leising

INTRODUÇÃO

Em estudos onde a interface das características da superfície, padrões, formas, etc., estão sendo avaliados para orientação, será útil identificar rapidamente áreas de interesse em todo o perfil de medição. Ao segmentar uma superfície em áreas significativas, o usuário pode avaliar rapidamente limites, picos, poços, áreas, volumes e muitos outros para entender seu papel funcional em todo o perfil de superfície em estudo. Por exemplo, como a imagem de um limite de grãos de metais, a importância da análise é a interface de muitas estruturas e sua orientação geral. Através da compreensão de cada área de interesse podem ser identificados defeitos e ou anormalidades dentro da área geral. Embora as imagens de limite de grão sejam tipicamente estudadas em uma faixa que ultrapassa a capacidade do Profilômetro e seja apenas uma análise de imagem 2D, é uma referência útil para ilustrar o conceito do que será mostrado aqui em uma escala maior, juntamente com as vantagens da medição de superfície 3D.

IMPORTÂNCIA DO PROFILÔMETRO 3D SEM CONTATO PARA O ESTUDO DA SEPARAÇÃO DA SUPERFÍCIE

Ao contrário de outras técnicas, como sondas de toque ou interferometria, o Perfilômetro sem contato 3D, usando cromatismo axial, pode medir praticamente qualquer superfície, os tamanhos das amostras podem variar amplamente devido ao preparo aberto e não há necessidade de preparação da amostra. A faixa nano a macro é obtida durante a medição do perfil da superfície com influência zero da refletividade ou absorção da amostra, possui capacidade avançada para medir ângulos de superfície elevados e não há manipulação de resultados por software. Meça facilmente qualquer material: transparente, opaco, especular, difusivo, polido, áspero, etc. A técnica do perfilômetro sem contato fornece uma capacidade ideal, ampla e fácil de usar para maximizar estudos de superfície quando a análise de limites de superfície for necessária; juntamente com os benefícios da capacidade combinada de 2D e 3D.

OBJETIVO DA MEDIÇÃO

Nesta aplicação, o Nanovea ST400 Profilometer é usado para medir a área de superfície do isopor. Os limites foram estabelecidos pela combinação de um arquivo de intensidade refletida junto com a topografia, que são adquiridos simultaneamente usando o NANOVEA ST400. Estes dados foram então usados para calcular diferentes informações de forma e tamanho de cada "grão" de isopor.

NANOVEA

ST400

RESULTADOS & DISCUSSÃO: Medição de Limite de Superfície 2D

Imagem topográfica (abaixo à esquerda) mascarada pela imagem de intensidade refletida (abaixo à direita) para definir claramente os limites dos grãos. Todos os grãos com diâmetro inferior a 565µm foram ignorados pela aplicação de filtro.

Número total de grãos: 167
Área total projetada ocupada pelos grãos: 166.917 mm² (64.5962 %)
Área total projetada ocupada por limites: (35.4038 %)
Densidade de grãos: 0,646285 grãos / mm2

Área = 0,999500 mm² +/- 0,491846 mm²
Perímetro = 9114,15 µm +/- 4570,38 µm
Diâmetro equivalente = 1098,61 µm +/- 256,235 µm
Diâmetro médio = 945,373 µm +/- 248,344 µm
Diâmetro mínimo = 675,898 µm +/- 246,850 µm
Diâmetro máximo = 1312,43 µm +/- 295,258 µm

RESULTADOS & DISCUSSÃO: Medição 3D de Limites Superficiais

Utilizando os dados de topografia 3D obtidos, as informações de volume, altura, pico, relação de aspecto e forma geral podem ser analisadas em cada grão. Área 3D total ocupada: 2,525mm3

CONCLUSÃO

Nesta aplicação, mostramos como o NANOVEA 3D Non Contact Profilometer pode caracterizar com precisão a superfície do isopor. Informações estatísticas podem ser obtidas sobre toda a superfície de interesse ou sobre grãos individuais, sejam eles picos ou poços. Neste exemplo, todos os grãos maiores que um tamanho definido pelo usuário foram usados para mostrar a área, perímetro, diâmetro e altura. As características mostradas aqui podem ser críticas para a pesquisa e controle de qualidade de superfícies naturais e pré-fabricadas que vão desde aplicações bio-médicas a micromáquinas, juntamente com muitas outras.

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Teste de desgaste de revestimento de vidro por Tribômetro

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UMIDADE NO REVESTIMENTO DE VIDRO

TESTE DE DESGASTE POR TRIBÔMETRO

Preparado por

DUANJIE LIPhD

INTRODUÇÃO

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

IMPORTÂNCIA DA RESISTÊNCIA AO DESGASTE DE REVESTIMENTO DE VIDRO AUTOLIMPANTE

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

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

OBJETIVO DA MEDIÇÃO

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

NANOVEA

T100

PROCEDIMENTOS DE TESTE

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

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

CARGA MÁXIMA 40 mN

RESULTADOS & DISCUSSÃO

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

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

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

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

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

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

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

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

CONCLUSÃO

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

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

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Deformação Creep dos Polímeros usando Nanoindentação

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DEFORMAÇÃO POR DEFORMAÇÃO

DE POLÍMEROS QUE UTILIZAM A NANOINDENTAÇÃO

Preparado por

DUANJIE LIPhD

INTRODUÇÃO

Como materiais viscoelásticos, os polímeros muitas vezes sofrem uma deformação dependente do tempo sob uma certa carga aplicada, também conhecida como fluência. A fluência torna-se um fator crítico quando as peças poliméricas são projetadas para serem expostas a tensões contínuas, tais como componentes estruturais, uniões e encaixes, e recipientes de pressão hidrostática.

IMPORTÂNCIA DA MEDIÇÃO DE FLUÊNCIA PARA POLÍMETROS

A natureza inerente da viscoelasticidade desempenha um papel vital no desempenho dos polímeros e influencia diretamente a confiabilidade do seu serviço. As condições ambientais, como carga e temperatura, afetam o comportamento de fluência dos polímeros. As falhas por fluência ocorrem frequentemente devido à falta de atenção ao comportamento de fluência dependente do tempo dos materiais poliméricos usados sob condições de serviço específicas. Como resultado, é importante desenvolver um teste confiável e quantitativo dos comportamentos mecânicos viscoelásticos dos polímeros. O módulo Nano da NANOVEA Testadores Mecânicos aplica a carga com um piezo de alta precisão e mede diretamente a evolução da força e do deslocamento in situ. A combinação de precisão e repetibilidade torna-o uma ferramenta ideal para medição de fluência.

OBJETIVO DA MEDIÇÃO

Nesta aplicação, mostramos que
o Testador Mecânico NANOVEA PB1000
em Nanoindentação O modo é uma ferramenta ideal
para o estudo das propriedades mecânicas viscoelásticas
incluindo dureza, módulo de Young
e rastejamento de materiais poliméricos.

NANOVEA

PB1000

CONDIÇÕES DE TESTE

Oito amostras diferentes de polímeros foram testadas pela técnica de nanoindentação usando o Testador Mecânico NANOVEA PB1000. Como a carga aumentou linearmente de 0 a 40 mN, a profundidade aumentou progressivamente durante a fase de carga. A deformação foi então medida pela mudança da profundidade de indentação na carga máxima de 40 mN durante 30 s.

CARGA MÁXIMA 40 mN

TAXA DE CARREGAMENTO
80 mN/min

TAXA DE DESLOCAÇÃO 80 mN/min

TEMPO DE CRÉDITO
30 s

TIPO INDENTER

Berkovich

Diamante

*instalação do teste de nanoindentação

RESULTADOS & DISCUSSÃO

O gráfico carga vs deslocamento dos testes de nanoindentação em diferentes amostras de polímeros é mostrado no FIGURA 1 e as curvas de fluência são comparadas no FIGURA 2. A dureza e o módulo de Young são resumidos no FIGURA 3, e a profundidade de fluência é mostrada no FIGURA 4. Como exemplos no FIGURA 1, as porções AB, BC e CD da curva de carga-deslocamento para a medição da nanoindentação representam os processos de carga, fluência e descarga, respectivamente.

Delrin e PVC apresentam a maior dureza de 0,23 e 0,22 GPa, respectivamente, enquanto o PEBD possui a menor dureza de 0,026 GPa entre os polímeros testados. Em geral, os polímeros mais duros apresentam menores taxas de deformação. O PEBD mais mole possui a maior profundidade de fluência de 798 nm, em comparação com ~120 nm para Delrin.

As propriedades de deslizamento dos polímeros são críticas quando eles são utilizados em peças estruturais. Medindo com precisão a dureza e a fluência dos polímeros, é possível obter uma melhor compreensão da confiabilidade dos polímeros dependente do tempo. A fluência, mudança do deslocamento em uma determinada carga, também pode ser medida em diferentes temperaturas elevadas e umidade usando o Equipamento de Teste Mecânico NANOVEA PB1000, fornecendo uma ferramenta ideal para medir quantitativamente e de forma confiável os comportamentos mecânicos viscoelásticos dos polímeros.
no ambiente de aplicação realista simulado.

FIGURA 1: As parcelas de carga vs deslocamento
de diferentes polímeros.

FIGURA 2: Rastejando a uma carga máxima de 40 mN durante 30 s.

FIGURA 3: Dureza e módulo de Young dos polímeros.

FIGURA 4: Profundidade de rastejamento dos polímeros.

CONCLUSÃO

Neste estudo, mostramos que o NANOVEA PB1000
O Testador mecânico mede as propriedades mecânicas de diferentes polímeros, incluindo a dureza, o módulo de Young e a fluência. Tais propriedades mecânicas são essenciais na seleção do material polimérico adequado para as aplicações pretendidas. Derlin e PVC apresentam a maior dureza de 0,23 e 0,22 GPa, respectivamente, enquanto o PEBD possui a menor dureza de 0,026 GPa entre os polímeros testados. Em geral, os polímeros mais duros exibem taxas mais baixas de fluência. O PEBD mais macio apresenta a maior profundidade de fluência de 798 nm, em comparação com ~120 nm para Derlin.

Os Ensaios Mecânicos NANOVEA fornecem módulos Nano e Micro multi-funcionais inigualáveis em uma única plataforma. Ambos os módulos Nano e Micro incluem os modos de teste de arranhões, teste de dureza e teste de desgaste, fornecendo a gama de testes mais selvagem e mais fácil de usar disponível em um único sistema.

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Nanoindentação Metálica Multifásica

Estudo Metalúrgico de Material Multifásico utilizando Nanoindentação

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ESTUDO DA METALURGIA
DE MATERIAL MULTIFÁSICO

UTILIZANDO A NANOINDENTAÇÃO

Preparado por

DUANJIE LIPhD & ALEXIS CELESTIN

INTRODUÇÃO

A metalurgia estuda o comportamento físico e químico dos elementos metálicos, bem como seus compostos intermetálicos e ligas. Os metais que passam por processos de trabalho, tais como fundição, forjamento, laminação, extrusão e usinagem, experimentam mudanças em suas fases, microestrutura e textura. Estas mudanças resultam em propriedades físicas variadas, incluindo dureza, resistência, tenacidade, ductilidade e resistência ao desgaste do material. A metalografia é freqüentemente aplicada para aprender o mecanismo de formação de tais fases específicas, microestrutura e textura.

IMPORTÂNCIA DA MECÂNICA LOCAL PROPRIEDADES PARA PROJETO DE MATERIAIS

Os materiais avançados geralmente têm várias fases em uma microestrutura e textura especiais para atingir as propriedades mecânicas desejadas para aplicações-alvo na prática industrial. Nanoindentação é amplamente aplicado para medir o comportamento mecânico de materiais em pequenas escalas ^{i ii}.Entretanto, é desafiador e demorado selecionar com precisão locais específicos para indentação em uma área muito pequena. Um procedimento confiável e fácil de usar de testes de nanoindentação é exigido para determinar as propriedades mecânicas de diferentes fases de um material com alta precisão e medições oportunas.

OBJETIVO DA MEDIÇÃO

Nesta aplicação, medimos as propriedades mecânicas de uma amostra metalúrgica multifásica utilizando o Mais Poderoso Testador Mecânico: o NANOVEA PB1000.

Aqui, mostramos a capacidade do PB1000 em realizar medições de nanoindentação em múltiplas fases (grãos) de uma grande superfície de amostra com alta precisão e facilidade de uso, utilizando nosso Controlador de Posição Avançado.

NANOVEA

PB1000

CONDIÇÕES DE TESTE

Neste estudo, utilizamos uma amostra metalúrgica com múltiplas fases. A amostra tinha sido polida até um acabamento de superfície semelhante a um espelho antes dos testes de recuo. Quatro fases foram identificadas na amostra, a saber: FASE 1, FASE 2, FASE 3 e FASE 4, como mostrado abaixo.

O Controlador Avançado de Estágio é uma ferramenta intuitiva de navegação por amostragem que ajusta automaticamente a velocidade do movimento da amostra sob o microscópio ótico com base na posição do mouse. Quanto mais distante o mouse estiver do centro do campo de visão, mais rápido o estágio se move em direção à direção do mouse. Isto proporciona um método de fácil utilização para navegar por toda a superfície da amostra e selecionar o local pretendido para os testes mecânicos. As coordenadas dos locais de teste são salvas e numeradas, juntamente com suas configurações de teste individuais, tais como cargas, taxa de carga/descarga, número de testes em um mapa, etc. Tal procedimento de teste permite aos usuários examinar uma grande superfície de amostra para áreas específicas de interesse para indentação e realizar todos os testes de indentação em diferentes locais ao mesmo tempo, tornando-a uma ferramenta ideal para testes mecânicos de amostras metalúrgicas com múltiplas fases.

Neste estudo, localizamos as fases específicas da amostra sob o microscópio ótico integrado no NANOVEA Testador Mecânico, conforme numerado em FIGURA 1. As coordenadas dos locais selecionados são salvas, seguidas por testes automáticos de nanoindentação todos de uma só vez sob as condições de teste resumidas abaixo

FIGURA 1: SELECIONANDO O LOCAL DE NANOINDENTAÇÃO NA SUPERFÍCIE DA AMOSTRA.

RESULTADOS: NANOINDENTAÇÕES EM DIFERENTES FASES

As reentrâncias nas diferentes fases da amostra são exibidas abaixo. Demonstramos que o excelente controle de posição da fase da amostra na NANOVEA Testador Mecânico permite que os usuários identifiquem com precisão o local de destino para testes de propriedades mecânicas.

As curvas representativas de carga-deslocamento das reentrâncias são mostradas em FIGURA 2e a dureza correspondente e o módulo de Young calculado pelo método Oliver e Pharrⁱⁱⁱ são resumidos e comparados em FIGURA 3.

O FASES 1, 2, 3 e 4 possuem uma dureza média de ~5,4, 19,6, 16,2 e 7,2 GPa, respectivamente. O tamanho relativamente pequeno para FASE 2 contribui para seu maior desvio padrão da dureza e dos valores do módulo de Young.

FIGURA 2: CURVAS DE CARGA-DESLOCAMENTO
DAS NANOINDENTAÇÕES

FIGURA 3: DUREZA E MÓDULO DE JOVENS DE DIFERENTES FASES

CONCLUSÃO

Neste estudo, mostramos o NANOVEA Mechanical Tester realizando medições de nanoindentação em várias fases de uma grande amostra metalúrgica utilizando o Advanced Stage Controller. O controle preciso da posição permite aos usuários navegar facilmente por uma grande superfície de amostra e selecionar diretamente as áreas de interesse para as medições de nanoindentação.

As coordenadas de localização de todas as reentrâncias são salvas e então executadas consecutivamente. Tal procedimento de teste torna a medição das propriedades mecânicas locais em pequenas escalas, por exemplo, a amostra de metal multifásica neste estudo, substancialmente menos demorada e mais fácil de usar. As duras FASES 2, 3 e 4 melhoram as propriedades mecânicas da amostra, possuindo uma dureza média de ~19,6, 16,2 e 7,2 GPa, respectivamente, em comparação com ~5,4 GPa para a FASE 1.

Os módulos Nano, Micro ou Macro do instrumento incluem todos os modos de teste ISO e ASTM, de indentação, de raspagem e de desgaste, proporcionando a gama de testes mais ampla e mais amigável 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.

i Oliver, W. C.; Pharr, G. M., Journal of Materials Research., Volume 19, Número 1, Jan 2004, pp.3-20
ii Schuh, C.A., Materials Today, Volume 9, Edição 5, Maio de 2006, pp. 32-40
iii Oliver, W. C.; Pharr, G. M., Journal of Materials Research, Volume 7, Número 6, junho de 1992, pp.1564-1583

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