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Teste de Desgaste do Revestimento de PTFE

TESTE DE DESGASTE DE REVESTIMENTO DE PTFE

USANDO TRIBÔMETRO E TESTE MECÂNICO

Preparado por

DUANJIE LI, PhD

INTRODUÇÃO

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

IMPORTÂNCIA DA AVALIAÇÃO QUANTITATIVA DE REVESTIMENTOS DE PTFE

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

OBJETIVO DA MEDIÇÃO

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

NANOVEA T50

Tribômetro compacto de peso livre

SAIBA MAIS

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

NANOVEA PB1000

Testador mecânico de plataforma grande

SAIBA MAIS

PROCEDIMENTO DE TESTE

TESTE DE GUERRA

DESGASTE LINEAR RECIPROCANTE USANDO UM TRIBÔMETRO

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

 

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

PARÂMETROS DE TESTE DE DESGASTE

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

PROCEDIMENTO DE TESTE

TESTE DE SCRATCH

TESTE DE ADESÃO DE MICRO RISCOS USANDO TESTE MECÂNICO

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

 

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

PARÂMETROS DE TESTE DE ARRANHÕES

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

RESULTADOS & DISCUSSÃO

DESGASTE LINEAR RECIPROCANTE USANDO UM TRIBÔMETRO

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

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

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

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

PTFE Antes da descoberta

COF máximo 0.217
Mínimo COF 0.125
COF médio 0.177

PTFE Após avanço

COF máximo 0.217
Mínimo COF 0.125
COF médio 0.177

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

RESULTADOS & DISCUSSÃO

TESTE DE ADESÃO DE MICRO RISCOS USANDO TESTE MECÂNICO

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

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

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

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

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

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

CONCLUSÃO

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

 

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

 

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

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