Kategori Mekanik Testler

Humidity-Controlled Nanoindentation of Polymer Materials

Application Note | Environmental Nanoindentation

Humidity-Controlled Nanoindentation of Polymer Films

Measuring Hardness and Creep Under Controlled Relative Humidity

Research & Experimental Testing

Duanjie Li, PhD & Andrea Novitsky

Visual Design & Editorial

Andrew Shore

Giriş

Polymers are viscoelastic materials, meaning their mechanical response can change with time and environmental conditions. Under sustained loading, they can gradually deform through creep, with the rate of deformation influenced by factors such as material properties, exposure time, temperature, and humidity.

As environmental humidity changes, the mechanical behavior of polymer materials can change as well. Measuring hardness and creep under controlled relative humidity provides a quantitative way to evaluate how moisture exposure affects polymer performance.

Why Humidity-Controlled Nanoindentation Matters

The mechanical properties of polymers can change as environmental humidity increases. As moisture is absorbed, polymers may exhibit mechano-sorptive effects, including accelerated creep and changes in deformation behavior under load.

Reliable characterization therefore requires more than measuring the material at a single ambient condition. Humidity-controlled nanoindentation enables hardness and creep to be measured while both the sample and indenter are maintained in a uniform controlled environment.

The NANOVEA Mechanical Tester uses an isolated humidity enclosure around the indentation tip and sample surface to maintain consistent relative humidity during testing. This helps minimize measurement drift caused by humidity gradients and provides a quantitative way to evaluate moisture-dependent mechanical behavior.

Ölçüm Hedefi

The objective of this study was to evaluate how controlled relative humidity influences the hardness and creep behavior of a polymer film using nanoindentasyon.

The polymer film was tested in an isolated environment with uniform humidity surrounding both the sample and indenter, allowing its mechanical response to be measured under controlled moisture conditions.

NANOVEA PB1000 Advanced

Mekanik Test Cihazı

Test Koşulları

A polymer film was tested by nanoindentation at 25, 35, 45, 55, 65, and 75% relative humidity. Both the sample and indenter were maintained inside an isolated enclosure with uniform humidity controlled throughout the test.

Polymer film sample used for humidity-controlled nanoindentation testing.

A Berkovich diamond indenter was used with a maximum load of 10 mN. The load was applied and removed at 20 mN/min, and creep was measured from the change in indentation depth during a 10 s hold at maximum load.

Hardness was calculated using ASTM E2546 and the Oliver & Pharr method. The test conditions are summarized below.

Humidity (%)	25, 35, 45, 55, 65, 75
Maximum load	10 mN
Yükleme oranı	20 mN/dak
Unloading rate	20 mN/dak
Creep time	10 s
Computation method	ASTM E2546 & Oliver & Pharr
Indenter type	Berkovich diamond

Sonuçlar ve Tartışma

The load-displacement curves show a progressive increase in penetration depth as relative humidity rises, indicating that the polymer film becomes more susceptible to deformation under the same applied load.

Between 25% and 55% relative humidity, hardness decreased gradually from approximately 0.60 to 0.54 GPa, while creep depth increased from 36 to 48 nm. At higher humidity, the changes became substantially more pronounced. Hardness decreased to 0.46 GPa at 65% RH and 0.31 GPa at 75% RH, while creep depth increased to 80 nm and 105 nm, respectively.

The original study attributes this stronger response at elevated humidity to moisture absorption and swelling of the polymer film. It identifies the transition between 55% and 65% RH as the range where swelling becomes significant, corresponding with the sharp increase in creep observed during indentation.

These results demonstrate why humidity can be an important test variable when evaluating polymers intended for moisture-rich environments. Measuring both hardness and creep across controlled humidity levels provides a more complete view of how the material responds mechanically as environmental conditions change.

Nanoindentation load-displacement curves at relative humidity levels from 25% to 75%.

Polymer hardness decreases while creep depth increases as relative humidity rises from 25% to 75%.

Sonuç

Humidity-controlled nanoindentation revealed a clear change in the mechanical response of the polymer film as relative humidity increased. Across the tested range from 25% to 75% RH, hardness progressively decreased while creep increased.

At 65% RH and above, the polymer exhibited substantially greater creep deformation during the hold at maximum load, corresponding with the sharper reduction in hardness observed at higher humidity.

By maintaining both the sample and indenter within an isolated environment of uniform relative humidity, the NANOVEA Mechanical Tester enables hardness and creep to be measured while minimizing the influence of humidity-gradient drift. This provides a quantitative method for evaluating the moisture-dependent mechanical behavior of polymer materials under controlled environmental conditions.

Frequently Asked Questions About Humidity-Controlled Nanoindentation

Why does humidity affect polymer hardness and creep?

Polymers can absorb moisture from the surrounding environment, which can alter their mechanical response. Depending on the material, increased moisture can reduce resistance to deformation and increase time-dependent creep. In this study, increasing relative humidity corresponded with decreasing hardness and increasing creep depth.

Can nanoindentation be performed under controlled humidity?

Yes. Nanoindentation can be performed inside a controlled environmental enclosure so that both the sample and indenter are exposed to a defined relative humidity during testing. This makes it possible to compare mechanical properties under different moisture conditions rather than relying solely on uncontrolled ambient laboratory conditions.

Why test polymers at controlled relative humidity instead of ambient conditions?

Ambient humidity can vary and may not represent the conditions a polymer experiences during storage, processing, or use. Controlling relative humidity allows the environmental condition to become a defined test variable, making it possible to determine whether changes in hardness, creep, or deformation behavior are associated with moisture exposure.

What mechanical properties can be measured under controlled humidity?

Depending on the test method, nanoindentation can evaluate properties including hardness, elastic modulus, and time-dependent creep behavior under controlled environmental conditions. In this study, hardness and creep were measured as relative humidity changed.

What materials can benefit from humidity-controlled nanoindentation?

Humidity-controlled testing can be particularly useful for polymers, thin films, coatings, and other materials whose mechanical behavior may be influenced by moisture absorption. The appropriate humidity range and indentation conditions depend on the material and application.

How can humidity-controlled nanoindentation support material development?

Testing across multiple relative humidity levels can reveal whether a material maintains its mechanical properties as environmental moisture changes. This can support material comparison, formulation development, coating evaluation, failure investigation, and the assessment of materials intended for humidity-sensitive applications.

Can NANOVEA perform humidity-controlled nanoindentation as a laboratory service?

Yes. NANOVEA can perform nanoindentation testing under controlled environmental conditions to evaluate properties such as hardness and creep as humidity changes. Test parameters can be selected according to the material, expected service conditions, and the specific engineering question being investigated.

Need Humidity-Controlled Nanoindentation for Your Material?

High Temperature Brinell Hardness Testing

Application Note | High Temperature Mechanical Testing

High Temperature Hardness Testing of Steel Using Brinell Indentation

Mapping Steel Hardness Loss from Room Temperature to 925°C with NANOVEA T2000 Tribometer

Research & Experimental Testing

Frank Liu

Visual Design & Editorial

Andrew Shore

Giriş

High temperature hardness testing provides insight into how the mechanical behavior of metals changes as temperature increases. Materials that exhibit high hardness at room temperature can soften significantly when exposed to elevated temperatures, making temperature-dependent hardness an important consideration when selecting materials for applications such as jet engines, high-temperature processing equipment, and other thermally demanding environments.

In this study, a steel sample was evaluated using Brinell indentation with the NANOVEA T2000 Tribometer. Hardness measurements were performed at 25, 200, 400, 600, 800, and 925°C to map the change in steel hardness with temperature. The results show a gradual reduction in hardness through approximately 600°C, followed by a much sharper decline at higher temperatures, resulting in an 84% decrease in hardness between room temperature and 925°C.

Why High Temperature Hardness Testing Matters

Hardness is a mechanical property that describes a material’s resistance to localized deformation. Higher hardness generally corresponds to greater resistance to indentation and permanent surface deformation.

Temperature can significantly alter this behavior. A material that remains hard at room temperature may soften as temperature increases, changing its mechanical response under elevated-temperature conditions. For materials intended for high-temperature applications, understanding these changes is important when evaluating their mechanical limits.

High temperature hardness testing makes it possible to measure these changes directly as temperature increases rather than relying only on room-temperature properties. In this study, the steel sample provides a clear example of how hardness can remain relatively stable over part of the temperature range before declining rapidly at higher temperatures.

Ölçüm Hedefi

The objective of this study was to evaluate how the Brinell hardness of steel changes as temperature increases from room temperature to 925°C.

Using a 10 mm tungsten carbide (WC) ball, a load of 1000 N (~100 kgf) was applied to the steel sample at 25, 200, 400, 600, 800, and 925°C. The resulting indentations were measured using NANOVEA’s 3D Line Sensor to determine their diameter for Brinell hardness calculation.

NANOVEA T2000 Yüksek Yük

Pnömatik Tribometre

Test Prosedürü

High temperature Brinell hardness testing was performed with the steel sample mounted inside the NANOVEA T2000 heated chamber. The sample was tested at six temperatures from 25°C to 925°C using a 10 mm tungsten carbide (WC) ball with an applied test force of 1000 N (~100 kgf).

The test parameters used throughout the study are summarized below.

Steel sample mounted in the NANOVEA T2000 high temperature chamber for Brinell hardness testing from 25°C to 925°C.

Test Parametreleri

Test Parameter	High Temperature Brinell Hardness Setup
Sıcaklık	25, 200, 400, 600, 800, 925°C
Test force	1000 N (~100 kgf)
Force-diameter ratio	1
Ball material	Tungsten carbide (WC)
Ball diameter	10 mm

Steel samples used in the high temperature Brinell hardness study from room temperature to 925°C.

Sonuçlar ve Tartışma

Brinell hardness was calculated from the applied force, ball diameter, and measured indentation diameter using the equation below:

Where F (kgf) is the applied force expressed in kilogram-force, D is the ball diameter, and d is the measured indentation diameter. Two diameter measurements were taken for each indent and averaged to determine the value of d used in the hardness calculation.

Load vs. time profile for the 1000 N Brinell indentations performed during high temperature hardness testing.

The loading curve shows the applied load profile used during indentation. A consistent 1000 N (~100 kgf) test force was used throughout the temperature series so that the resulting indentation dimensions and calculated hardness values could be compared across each test condition.

Mesafe	Unit	A	B
HDist	mm	1.807	1.830

Brinell indentation measured at 800°C. Two diameter measurements of 1.807 mm and 1.830 mm were averaged to determine the indentation diameter used for hardness calculation.

At 800°C, the measured indentation diameters were 1.807 mm and 1.830 mm, producing an average diameter of approximately 1.819 mm. The indentation diameter increased substantially at the higher test temperatures as the steel became softer under the same applied load.

The measured indentation diameters were then used to calculate Brinell hardness at each temperature. The results show a relatively gradual decrease from 96.12 HBW at 25°C to 79.69 HBW at 600°C, followed by a much sharper decrease to 38.18 HBW at 800°C and 15.40 HBW at 925°C.

Brinell Hardness Results

Temperature (°C)	Diameter 1 (mm)	Diameter 2 (mm)	Average Diameter (mm)	HBW (10/100)
High Temperature Brinell Hardness Results
25	1.153	1.145	1.149	96.12
200	1.150	1.201	1.176	91.82
400	1.165	1.261	1.213	86.21
600	1.265	1.258	1.262	79.69
800	1.807	1.830	1.819	38.18
925	2.858	2.833	2.846	15.40

The temperature-dependent trend is clear. Steel hardness decreased moderately between room temperature and 600°C, then declined rapidly at higher temperatures. Between 25°C and 925°C, the measured Brinell hardness decreased from 96.12 to 15.40 HBW, representing an overall hardness loss of approximately 84%.

These results demonstrate why hardness measured at room temperature alone may not fully represent material behavior in high-temperature applications. For this steel sample, the most substantial loss in hardness occurred above approximately 600°C.

Sonuç

High temperature hardness testing revealed a strong temperature-dependent change in the Brinell hardness of the steel sample. Hardness decreased gradually as temperature increased from 25°C to 600°C, then declined much more sharply at higher temperatures. By 925°C, the measured hardness had fallen from 96.12 HBW to 15.40 HBW, representing an overall decrease of approximately 84%.

The study demonstrates the ability of the NANOVEA T2000 Tribometer to perform Brinell hardness measurements under elevated-temperature conditions. Using a 1000 N (~100 kgf) test force, the steel sample was evaluated from 25°C to 925°C, allowing its change in hardness to be measured directly across the tested temperature range.

The results also highlight the importance of selecting an appropriate force-diameter ratio across a wide temperature range. Because of the large difference in hardness between room temperature and high temperature, the study recommends a force-diameter ratio of 5 or 10 at lower temperatures, while a ratio of 1 is suitable above 900°C.

Frequently Asked Questions About High Temperature Hardness Testing

What is high temperature hardness testing used for?

High temperature hardness testing evaluates how a material’s resistance to indentation changes as temperature increases. It is useful for materials intended for thermally demanding applications where room-temperature hardness may not represent mechanical behavior at operating temperature.

Can Brinell hardness be measured at elevated temperatures?

Yes. Elevated-temperature Brinell hardness testing applies a controlled force using a ball of known diameter while the specimen is heated to the required test temperature. In this study, steel was tested from 25°C to 925°C using a 10 mm tungsten carbide ball and a 1000 N test force.

Why measure hardness while the material is hot?

Testing at temperature measures hardness under the thermal condition of interest rather than only after the specimen returns to room temperature. This makes it possible to directly characterize temperature-dependent softening and identify changes that may not be represented by room-temperature hardness values.

What equipment is used for high temperature hardness testing?

High temperature hardness testing requires controlled specimen heating, precise mechanical loading and measurement of the resulting indentation. The NANOVEA T2000 can integrate high-temperature environmental control with mechanical testing for evaluating material behavior under elevated-temperature conditions.

Can high temperature hardness testing be used for aerospace materials?

Yes. Elevated-temperature hardness measurements are relevant when evaluating materials intended for thermally demanding aerospace environments, including jet-engine and other high-temperature components. Testing helps characterize how hardness changes as exposure temperature increases.

Can NANOVEA perform high temperature hardness testing as a laboratory service?

NANOVEA provides materials testing services using its mechanical testing and tribology platforms. Application requirements, temperature range, load, specimen geometry and measurement method can be reviewed with a NANOVEA applications engineer to determine an appropriate high-temperature testing approach.

Need High Temperature Hardness Testing for Your Material?

Telefon Ekran Koruyucularının Çizilme Direnci Testi

Tarafından hazırlanmıştır

Stacey Pereira, Jocelyn Esparza ve Pierre Leroux

Telefon Ekran Koruyucularında Çizilme Direncini Anlamak

Telefon ekranlarındaki koruyucu kaplamalar çizilme direnci, yapışma gücü ve uzun süreli dayanıklılık açısından kritik bir rol oynar. Zamanla çizikler, mikro çatlaklar ve kaplama delaminasyonu, özellikle yoğun kullanımlı ortamlarda optik netliği ve güvenilirliği azaltabilir. Farklı ekran koruyucuların mekanik hasara karşı nasıl direnç gösterdiğini değerlendirmek için enstrümanlı çizik testi, yapışma, kohezyon ve kırılma davranışı dahil olmak üzere kaplama arıza mekanizmaları hakkında ölçülebilir bilgiler sağlar.

Bu çalışmada, NANOVEA PB1000 Mekanik Test Cihazı kontrollü aşamalı yükleme altında TPU ve temperli cam ekran koruyucuları karşılaştırmak için kullanılır. Hassas akustik emisyon tespiti kullanarak, kritik arıza yüklerini belirliyor ve her bir malzemenin artan mekanik strese nasıl tepki verdiğini karakterize ediyoruz.

Ekran Koruyucular için Çizilme Direnci Testi Neden Önemlidir?

Birçok kullanıcı daha kalın veya daha sert koruyucuların otomatik olarak daha iyi performans gösterdiğini varsayar, ancak gerçek dayanıklılık malzemenin aşamalı yük, yüzey deformasyonu ve lokalize stres altında nasıl davrandığına bağlıdır. Enstrümanlı çizik testi, mühendislerin kaplama yapışmasını, kohezif mukavemeti, yüzey aşınma direncini ve arızaların başladığı veya yayıldığı tam yükleri ölçmesine olanak tanır.

Çatlak başlangıç noktalarını, delaminasyon davranışını ve arıza modlarını analiz ederek, üreticiler Ar-Ge, kalite kontrol veya karşılaştırmalı kıyaslama için ekran koruyucu performansını doğrulayabilir. Nano ve mikro çizik testleri, geleneksel sertlik derecelendirmelerinin çok ötesinde gerçek dünya dayanıklılığı hakkında tekrarlanabilir, veriye dayalı bilgiler sunar.

ℹ️ Hakkında daha fazla bilgi edinin Kaplamalar ve ekran koruyucuları için çizilme ve yapışma testi hizmetleri.

Çizik Testi Amaç:
Ekran Koruyuculardaki Arıza Yüklerinin Ölçülmesi

Bu çalışmanın amacı, NANOVEA PB1000 Mekanik Test Cihazının hem polimerik hem de cam ekran koruyucular üzerinde tekrarlanabilir, standartlaştırılmış çizilme direnci testlerini nasıl gerçekleştirdiğini göstermektir. Sistem, uygulanan yükü kademeli olarak artırarak kohezif ve yapışkan arızası için kritik yükleri tespit eder, akustik emisyon sinyallerini yakalar ve bu olayları çizik derinliği, sürtünme kuvveti ve yüzey deformasyonu ile ilişkilendirir.

Bu metodoloji, her bir koruyucu kaplamanın eksiksiz bir mekanik profilini sunarak üreticilerin ve Ar-Ge ekiplerinin malzeme formülasyonlarını, kaplama yapışma gücünü, yüzey dayanıklılığını ve gelişmiş ürün performansı için optimum kaplama kalınlığını değerlendirmelerine olanak tanır. Bu çizik değerlendirmeleri, NANOVEA'nın daha geniş kapsamlı mekani̇k test çözümleri̇ Ar-Ge, kalite kontrol ve üretim ortamlarında kaplamaları, filmleri ve alt tabakaları karakterize etmek için kullanılır.

NANOVEA PB1000 Büyük Platform
Mekanik Test Cihazı

Çizik Testi Parametreleri ve Cihaz Kurulumu

TPU ve temperli cam ekran koruyucuların çizilme direnci değerlendirmesi, tekrarlanabilirlik ve doğru arıza-yük tespiti sağlamak için kontrollü koşullar altında gerçekleştirilmiştir. Aşağıdaki parametreler, NANOVEA PB1000 Mekanik Test Cihazında kullanılan aşamalı yük çizik testi kurulumunu tanımlamaktadır.

YÜK TİPİ	İLERLEYİCİ
İLK YÜK	0.1 N
SON YÜK	12 N
KAYMA HIZI	3.025 mm/dak
KAYAN MESAFE	3 mm
GIRINTI GEOMETRISI	ROCKWELL (120° KONI)
GIRINTI MALZEMESI (UÇ)	ELMAS
GIRINTI UCU YARIÇAPI	50 µm
ATMOSFER	HAVA
SICAKLIK	24 °C (ODA SICAKLIĞI)

TABLO 1: Çizik testi için kullanılan test parametreleri

Aşamalı yük çizik ölçümü sırasında NANOVEA PB1000 Mekanik Test Cihazına monte edilmiş ekran koruyucu örneği.

Çizilme Direnci Testi için Kullanılan Ekran Koruyucu Örnekleri

Çizilme direnci, arıza davranışı ve mekanik dayanıklılık açısından farklılıkları karşılaştırmak için piyasada bulunan iki ekran koruyucu malzeme seçilmiştir. Her iki numune de NANOVEA PB1000 Mekanik Test Cihazına güvenli bir şekilde monte edildi ve tutarlı ve tarafsız bir karşılaştırma sağlamak için aynı aşamalı yük koşulları altında değerlendirildi.

TPU ekran koruyucu, yüksek elastikiyete sahip ancak daha düşük aşınma direncine sahip esnek bir polimerik filmi temsil ederken, temperli cam koruyucu, yüksek sertlik ve gelişmiş darbe koruması için tasarlanmış sert, kırılgan bir malzemeyi temsil eder. Her iki malzemenin de aynı yük profili altında test edilmesi, malzeme bileşimi, elastikiyet ve sertliğin çizilme hatası modlarını nasıl etkilediğinin net bir şekilde değerlendirilmesini sağlar.

TPU Ekran Koruyucu

Temperli Cam

ŞEKİL 1: TPU ve temperli cam ekran koruyucuları çizilme direnci testi için hazırlanmıştır.

Çizilme Testi Sonuçları: TPU ve Temperli Cam Ekran Koruyuculardaki Arıza Modları

EKRAN KORUYUCU TÜRÜ	KRITIK YÜK #1 (N)	KRITIK YÜK #2 (N)
TPU	n/a	2.004 ± 0.063
TEMPERLİ CAM	3.608 ± 0.281	7.44 ± 0.995

TABLO 2: Her bir ekran koruyucu örneği için kritik yüklerin özeti.

TPU ve temperli cam ekran koruyucuları temelde farklı mekanik özelliklere sahip olduğundan, her numune aşamalı yük çizik testi sırasında farklı arıza modları ve kritik yük eşikleri sergilemiştir. Tablo 2, her bir malzeme için ölçülen kritik yükleri özetlemektedir.

Kritik Yük #1, çatlak başlangıcı veya radyal kırılma gibi optik mikroskop altında gözlemlenebilen ilk kohezif arıza noktasını temsil eder.

Kritik Yük #2, akustik emisyon (AE) izleme yoluyla tespit edilen ilk büyük olaya karşılık gelir ve tipik olarak daha büyük bir yapısal arıza veya penetrasyon olayını temsil eder.

TPU Ekran Koruyucu - Esnek Polimer Davranışı

TPU ekran koruyucusu yalnızca bir önemli kritik olay sergilemiştir (Kritik Yük #2). Bu yük, çizik izi boyunca filmin telefon ekranı yüzeyinden kalkmaya, soyulmaya veya ayrılmaya başladığı noktaya karşılık gelmektedir.

Kritik Yük #2 (≈2,00 N) aşıldığında, girinti testin geri kalanı boyunca doğrudan telefon ekranında görünür bir çiziğe neden olacak kadar nüfuz etmiştir. Malzemenin yüksek elastikiyeti ve düşük kohezif mukavemeti ile tutarlı olarak ayrı bir Kritik Yük #1 olayı tespit edilememiştir.

Temperli Cam Ekran Koruyucu - Kırılgan Arıza Davranışı

Temperli cam ekran koruyucu, kırılgan malzemelerin karakteristiği olan iki farklı kritik yük göstermiştir:

Kritik Yük #1 (≈3,61 N): Mikroskop altında radyal kırılmalar ve çatlak başlangıcı gözlenmiştir, bu da cam tabakanın erken kohezif bozulmasına işaret etmektedir.
Kritik Yük #2 (≈7,44 N): Büyük bir AE yükselmesi ve çizik derinliğinde keskin bir artış, daha yüksek yüklerde koruyucu penetrasyonunu göstermiştir.

AE büyüklüğü TPU'dan daha yüksek olmasına rağmen, telefon ekranına herhangi bir hasar aktarılmamıştır, bu da temperli cam koruyucunun yıkıcı arızadan önce yükü emme ve dağıtma yeteneğini göstermektedir.

Her iki malzemede de Kritik Yük #2, girintinin ekran koruyucuyu kırdığı ana karşılık gelerek her bir numunenin koruyucu limitini doğrulamıştır.

TPU Ekran Koruyucu: Çizilme Testi Verileri ve Arıza Analizi

SCRATCH	KRITIK YÜK #2 (N)
1	2.033
2	2.047
3	1.931
ORTALAMA	2.003
STANDART SAPMA	0.052

TABLO 3: TPU ekran koruyucu çizilme testi sırasında ölçülen kritik yükler.

ŞEKİL 2: TPU ekran koruyucu için sürtünme kuvveti, normal yük, akustik emisyon (AE) ve çizik derinliği ile çizik uzunluğu. (B) Kritik Yük #2

ŞEKİL 3: TPU ekran koruyucunun Kritik Yük #2'deki optik mikroskopi görüntüsü (5× büyütme; görüntü genişliği 0,8934 mm).

ŞEKİL 4: TPU ekran koruyucunun aşamalı yük testinin ardından çizik izinin tamamını gösteren tam boy çizik sonrası görüntüsü.

Temperli Cam Ekran Koruyucu: Kritik Yük Verileri ve Kırılma Davranışı

SCRATCH	KRITIK YÜK #1 (N)	KRITIK YÜK #2 (N)
1	3.923	7.366
2	3.382	6.483
3	3.519	8.468
ORTALAMA	3.653	6.925
STANDART SAPMA	0.383	0.624

TABLO 4: Temperli cam ekran koruyucu çizilme testi sırasında ölçülen kritik yükler.

ℹ️ Silikat olmayan polimer kaplamalarla karşılaştırma için aşağıdaki çalışmamıza bakınız PTFE kaplama aşınma testiBu, benzer aşamalı yük koşulları altında düşük sürtünmeli polimer filmlerdeki arıza davranışını vurgulamaktadır.

ŞEKİL 5: Temperli cam ekran koruyucu için sürtünme kuvveti, normal yük, akustik emisyon (AE) ve çizik derinliğine karşı çizik uzunluğu. (A) Kritik Yük #1 (B) Kritik Yük #2

ŞEKİL 6: Kritik Yük #1 (solda) ve Kritik Yük #2 (sağda) için arıza yerlerini 5× büyütmede gösteren optik mikroskopi görüntüleri (görüntü genişliği: 0,8934 mm).

ŞEKİL 7: Aşamalı yük testinin ardından kırılma başlangıcını (CL#1) ve son penetrasyon bölgesini (CL#2) vurgulayan temperli cam çizik izinin test sonrası optik mikroskopi görüntüsü.

Sonuç: TPU ve Temperli Cam Ekran Koruyucuların Çizilme Performansı Karşılaştırması

Bu çalışma, NANOVEA PB1000 Mekanik Test Cihazının aşamalı yükleme ve akustik emisyon (AE) tespiti kullanarak nasıl kontrollü, tekrarlanabilir ve son derece hassas çizilme direnci ölçümleri sağladığını göstermektedir. Sistem, hem yapışkan hem de yapışkan arıza olaylarını hassas bir şekilde yakalayarak, TPU ve temperli cam ekran koruyucuların artan mekanik stres altında nasıl davrandıklarının net bir şekilde karşılaştırılmasını sağlar.

Deneysel sonuçlar, temperli camın TPU'dan önemli ölçüde daha yüksek kritik yükler sergilediğini, üstün çizilme direnci, gecikmeli kırılma başlangıcı ve girinti penetrasyonuna karşı güvenilir koruma sağladığını doğrulamaktadır. TPU'nun daha düşük kohezif mukavemeti ve daha erken delaminasyonu, yüksek stresli ortamlardaki sınırlamalarını vurgulamaktadır.

Arıza yüklerini belirledikten sonra, ortaya çıkan çizik izleri de bir temassız 3D optik profilometre oluk derinliğini, artık deformasyonu ve çizik sonrası topografyayı ölçmek için. Bu, her bir malzemenin mekanik profilinin tamamlanmasına yardımcı olur.

NANOVEA Mekanik Test Cihazı, doğru ve tekrarlanabilir girinti, çizik ve aşınma testleri için tasarlanmıştır ve ISO ve ASTM uyumlu nano ve mikro modülleri destekler. Çok yönlülüğü onu Ar-Ge, üretim ve kalite kontrol alanlarında ince filmlerin, kaplamaların, polimerlerin, camların ve alt tabakaların tüm mekanik profilini değerlendirmek için ideal bir çözüm haline getirir.

Sıkça Sorulan Sorular
Çizilme Direnci Testi Hakkında

Çizilme direnci testi nedir?

Çizilme direnci testi, bir elmas uç giderek artan bir yük uyguladığında bir malzemenin veya kaplamanın nasıl tepki verdiğini değerlendirir. Test, kohezif veya yapışkan arızaların meydana geldiği kritik yükleri belirleyerek dayanıklılık, yapışma gücü ve yüzey hasarına karşı direncin ölçülebilir bir ölçüsünü sağlar.

Kohezif ve adhezif arıza arasındaki fark nedir?

Kohezif arıza meydana gelir içinde Çatlama, yırtılma veya içten kırılma gibi kaplama veya malzeme.
Yapıştırıcı arızası, kaplama alt tabakadan ayrıldığında meydana gelir ve bu da yetersiz bağlanma gücünü gösterir.

NANOVEA PB1000, senkronize akustik emisyon izleme, çizik derinliği izleme ve sürtünme analizi kullanarak her ikisini de tespit eder.

Neden manuel yöntemler yerine mekanik bir test cihazı kullanmalısınız?

NANOVEA PB1000 gibi mekanik bir test cihazı hassas, tekrarlanabilir ve standartlaştırılmış ölçümler sağlayarak Ar-Ge, üretim doğrulama ve kalite kontrol için güvenilir veriler sağlar. Ayrıca akustik emisyon algılama ve gerçek zamanlı derinlik izleme gibi manuel yöntemlerin sağlayamayacağı gelişmiş özellikler sunar.

Malzemeleriniz için Güvenilir Çizilme Testine mi İhtiyacınız Var?

PTFE Kaplama Aşınma Testi

PTFE KAPLAMA AŞINMA TESTİ

TRİBOMETRE VE MEKANİK TEST CİHAZININ KULLANILMASI

Tarafından hazırlanmıştır

DUANJIE LI, PhD

GİRİŞ

Yaygın olarak Teflon olarak bilinen politetrafloroetilen (PTFE), uygulanan yüklere bağlı olarak son derece düşük sürtünme katsayısına (COF) ve mükemmel aşınma direncine sahip bir polimerdir. PTFE, üstün kimyasal inertlik, 327°C (620°F) yüksek erime noktası sergiler ve düşük sıcaklıklarda yüksek mukavemet, tokluk ve kendi kendini yağlamayı korur. PTFE kaplamaların olağanüstü aşınma direnci, onları otomotiv, havacılık, medikal ve özellikle pişirme kapları gibi çok çeşitli endüstriyel uygulamalarda aranır kılar.

PTFE KAPLAMALARININ NİCEL DEĞERLENDİRMESİNİN ÖNEMİ

Süper düşük sürtünme katsayısı (COF), mükemmel aşınma direnci ve yüksek sıcaklıklarda istisnai kimyasal eylemsizlik kombinasyonu, PTFE'yi yapışmaz tava kaplamaları için ideal bir seçim haline getirir. Ar-Ge sırasında mekanik süreçlerini daha da geliştirmek ve Kalite Kontrol sürecinde arıza önleme ve güvenlik önlemleri üzerinde optimum kontrol sağlamak için, PTFE kaplamaların tribomekanik süreçlerini değerlendiren güvenilir bir tekniğe sahip olmak çok önemlidir. Kaplamaların yüzey sürtünmesi, aşınması ve yapışması üzerinde hassas kontrol, amaçlanan performanslarını sağlamak için esastır.

ÖLÇÜM HEDEFI

Bu uygulamada, bir yapışmaz tava için bir PTFE kaplamanın aşınma süreci, lineer ileri geri hareket modunda NANOVEA Tribometer kullanılarak simüle edilmiştir.

NANOVEA T50 Kompakt
Serbest Ağırlık Tribometresi

Ek olarak, PTFE kaplama yapışma hatasının kritik yükünü belirlemek için bir mikro çizik yapışma testi gerçekleştirmek için NANOVEA Mekanik Test Cihazı kullanıldı.

NANOVEA PB1000 Büyük Platform Mekanik Test Cihazı

TEST PROSEDÜRÜ

AŞINMA TESTİ

BİR TRİBOMETRE KULLANARAK DOĞRUSAL KARŞILAŞTIRMALI AŞINMA

Sürtünme katsayısı (COF) ve aşınma direnci dahil olmak üzere PTFE kaplama numunesinin tribolojik davranışı NANOVEA kullanılarak değerlendirildi. Tribometre doğrusal ileri geri hareket modunda. Kaplamaya karşı 3 mm çapında (Sınıf 100) Paslanmaz Çelik 440 bilya ucu kullanıldı. COF, PTFE kaplama aşınma testi sırasında sürekli olarak izlendi.

Aşınma oranı K, K=V/(F×s)=A/(F×n) formülü kullanılarak hesaplandı; burada V aşınmış hacmi, F normal yükü, s kayma mesafesini, A ise aşınma izinin kesit alanı ve n, strok sayısıdır. Aşınma izi profilleri NANOVEA kullanılarak değerlendirildi Optik Profilometreve aşınma izi morfolojisi bir optik mikroskop kullanılarak incelendi.

AŞINMA TESTI PARAMETRELERI

YÜKLE	30 N
TEST SÜRESİ	5 dakika
KAYMA ORANI	80 devir
İZİN GENLİĞİ	8 mm
DEVRİMLER	300
KÜRESEL ÇAP	3 mm
KÜRESEL MALZEME	Paslanmaz Çelik 440
YAĞLAYICI	Hiçbiri
ATMOSFER	Hava
SICAKLIK	230C (RT)
NEM	43%

TEST PROSEDÜRÜ

ÇİZİK TESTİ

MEKANİK TEST CİHAZI İLE MİKRO ÇİZİK YAPIŞMA TESTİ

PTFE çizik yapışma ölçümü NANOVEA kullanılarak yapıldı. Mekanik Test Cihazı Mikro Çizilme Test Cihazı Modunda 1200 Rockwell C elmas prob ucu (200 μm yarıçap) ile.

Sonuçların tekrar üretilebilirliğini sağlamak için, aynı test koşulları altında üç test gerçekleştirildi.

ÇIZIK TESTI PARAMETRELERI

YÜK TİPİ	İlerici
İLK YÜK	0,01 mN
SON YÜK	20 mN
YÜKLEME ORANI	40 mN/dak
ÇİZİK UZUNLUĞU	3 mm
ÇİZME HIZI, dx/dt	6,0 mm/dak
GIRINTI GEOMETRISI	120o Rockwell C
GİRDİ MALZEMESİ (uç)	Elmas
GIRINTI UCU YARIÇAPI	200 μm

SONUÇLAR & TARTIŞMA

BİR TRİBOMETRE KULLANARAK DOĞRUSAL KARŞILAŞTIRMALI AŞINMA

Yerinde kaydedilen COF, ŞEKİL 1'de gösterilmektedir. Test numunesi, PTFE'nin düşük yapışkanlığından dolayı ilk 130 devir sırasında ~0,18'lik bir COF sergiledi. Bununla birlikte, kaplama kırıldığında COF'da ~1'e ani bir artış oldu ve alttaki alt tabaka ortaya çıktı. Doğrusal ileri geri hareket testlerinin ardından aşınma izi profili NANOVEA kullanılarak ölçüldü Temassız Optik ProfilometreŞEKİL 2'de gösterildiği gibi. Elde edilen verilerden karşılık gelen aşınma oranı ~2,78 × 10-3 mm3/Nm olarak hesaplanırken aşınma izinin derinliği 44,94 µm olarak belirlendi.

NANOVEA T50 Tribometre üzerinde PTFE kaplama aşınma testi kurulumu.

ŞEKİL 1: PTFE kaplama aşınma testi sırasında COF'un gelişimi.

ŞEKİL 2: Aşınma izi PTFE'den profil çıkarma.

PTFE Atılımdan önce

Maksimum COF	0.217
Min COF	0.125
Ortalama COF	0.177

PTFE Atılımdan sonra

Maksimum COF	0.217
Min COF	0.125
Ortalama COF	0.177

TABLO 1: Aşınma testi sırasında atılımdan önce ve sonra COF.

SONUÇLAR & TARTIŞMA

MEKANİK TEST CİHAZI İLE MİKRO ÇİZİK YAPIŞMA TESTİ

PTFE kaplamanın alt tabakaya yapışması, 200 um'lik bir elmas prob ucu ile yapılan kazıma testleri kullanılarak ölçülür. Mikrograf ŞEKİL 3 ve ŞEKİL 4'te, COF Evrimi ve penetrasyon derinliği ŞEKİL 5'te gösterilmektedir. PTFE kaplama çizik testi sonuçları TABLO 4'te özetlenmiştir. Elmas prob ucu üzerindeki yük arttıkça, kademeli olarak kaplamaya nüfuz etti, COF'de bir artışa neden olur. ~8,5 N'lik bir yüke ulaşıldığında, kaplamanın kırılması ve alt tabakanın açığa çıkması yüksek basınç altında gerçekleşti ve ~0,3'lük yüksek bir COF'ye yol açtı. TABLO 2'de gösterilen düşük St Dev, NANOVEA Mekanik Test Cihazı kullanılarak yürütülen PTFE kaplama çizik testinin tekrarlanabilirliğini gösterir.

ŞEKİL 3: PTFE (10X) üzerindeki tüm çiziklerin mikrografı.

ŞEKİL 4: PTFE (10X) üzerindeki tüm çiziklerin mikrografı.

ŞEKİL 5: PTFE için kritik arıza noktası çizgisini gösteren sürtünme grafiği.

*Çizik*	*Başarısızlık Noktası [N]*	*Sürtünme kuvveti (N]*	*COF*
1	0.335	0.124	0.285
2	0.337	0.207	0.310
3	0.380	0.229	0.295
Ortalama	8.52	2.47	0.297
st dev	0.17	0.16	0.012

TABLO 2: Çizilme testi sırasında Kritik Yük, Sürtünme Kuvveti ve COF'un Özeti.

SONUÇ

Bu çalışmada, doğrusal ileri geri hareket modunda NANOVEA T50 Tribometre kullanarak yapışmaz tavalar için bir PTFE kaplamanın aşınma sürecinin bir simülasyonunu gerçekleştirdik. PTFE kaplama, ~0.18 değerinde düşük bir COF sergiledi ve kaplama, yaklaşık 130 devirde bir atılım yaşadı. PTFE kaplamanın metal alt tabakaya yapışmasının kantitatif değerlendirmesi, bu testte kaplama yapışma hatasının kritik yükünü ~8,5 N olarak belirleyen NANOVEA Mekanik Test Cihazı kullanılarak yapıldı.

NANOVEA Tribometreler, ISO ve ASTM uyumlu döner ve doğrusal modları kullanarak hassas ve tekrarlanabilir aşınma ve sürtünme testi yetenekleri sunar. Hepsi tek bir sisteme entegre edilmiş yüksek sıcaklıkta aşınma, yağlama ve tribokorozyon için isteğe bağlı modüller sağlarlar. Bu çok yönlülük, kullanıcıların gerçek dünyadaki uygulama ortamlarını daha doğru bir şekilde simüle etmesine ve farklı malzemelerin aşınma mekanizmaları ve tribolojik özellikleri hakkında daha iyi bir anlayış kazanmasına olanak tanır.

NANOVEA Mekanik Test Cihazları, her biri ISO ve ASTM uyumlu girinti, çizik ve aşınma testi modları içeren Nano, Mikro ve Makro modüller sunarak tek bir sistemde mevcut olan en geniş ve en kullanıcı dostu test yetenekleri yelpazesini sunar.

Benzer bir uygulamanız var mı?

Nanoindentasyon Kullanılarak Mantarın Dinamik Mekanik Analizi

DİNAMİK MEKANİK ANALİZ

NANOINDENTASYON KULLANARAK MANTARIN

Tarafından hazırlanmıştır

FRANK LIU

GİRİŞ

Dinamik Mekanik Analiz (DMA), malzemelerin mekanik özelliklerini araştırmak için kullanılan güçlü bir tekniktir. Bu uygulamada, şarap mühürleme ve yıllandırma işlemlerinde yaygın olarak kullanılan bir malzeme olan mantarın analizine odaklanıyoruz. Quercus suber meşe ağacının kabuğundan elde edilen mantar, sentetik polimerlere benzeyen mekanik özellikler sağlayan farklı hücresel yapılar sergiler. Mantar bir eksende bal peteği yapısına sahiptir. Diğer iki eksen ise çoklu dikdörtgen benzeri prizmalar şeklinde yapılandırılmıştır. Bu, test edilen yöne bağlı olarak mantara farklı mekanik özellikler kazandırır.

MANTARIN MEKANİK ÖZELLİKLERİNİN DEĞERLENDİRİLMESİNDE DİNAMİK MEKANİK ANALİZ (DMA) TESTİNİN ÖNEMİ

Mantarların kalitesi büyük ölçüde mekanik ve fiziksel özelliklerine bağlıdır ve bu özellikler şarap sızdırmazlığındaki etkinlikleri için çok önemlidir. Mantar kalitesini belirleyen temel faktörler arasında esneklik, yalıtım, esneklik ve gaz ve sıvılara karşı geçirimsizlik yer alır. Dinamik mekanik analiz (DMA) testini kullanarak, mantarların esneklik ve esneklik özelliklerini nicel olarak değerlendirebilir ve değerlendirme için güvenilir bir yöntem sağlayabiliriz.

NANOVEA PB1000 Mekanik Test Cihazı Nanoindentasyon modu, özellikle Young modülü, depolama modülü, kayıp modülü ve tan delta (tan (δ)) olmak üzere bu özelliklerin karakterizasyonunu sağlar. DMA testi ayrıca mantar malzemesinin faz kayması, sertliği, gerilimi ve gerinimi hakkında değerli verilerin toplanmasını sağlar. Bu kapsamlı analizler sayesinde, mantarların mekanik davranışları ve şarap sızdırmazlık uygulamaları için uygunlukları hakkında daha derin bilgiler ediniyoruz.

ÖLÇÜM HEDEFI

Bu çalışmada, Nanoindentasyon modunda NANOVEA PB1000 Mekanik Test Cihazı kullanılarak dört mantar tıpa üzerinde dinamik mekanik analiz (DMA) gerçekleştirilmiştir. Mantar tıpaların kalitesi şu şekilde etiketlenmiştir: 1 - Flor, 2 - Birinci, 3 - Kolmated, 4 - Sentetik kauçuk. DMA indentasyon testleri her bir mantar tıpa için hem eksenel hem de radyal yönlerde gerçekleştirilmiştir. Mantar tıpaların mekanik tepkilerini analiz ederek, dinamik davranışları hakkında bilgi edinmeyi ve farklı yönelimler altındaki performanslarını değerlendirmeyi amaçladık.

NANOVEA

PB1000

TEST PARAMETRELERI

MAKSİMUM KUVVET	75 mN
YÜKLEME ORANI	150 mN/dak
BOŞALTMA ORANI	150 mN/dak
AMPLİTÜD	5 mN
FREKANS	1 Hz
CREEP	60 s

girinti tipi

Top

51200 Çelik

3 mm Çap

SONUÇLAR

Aşağıdaki tablo ve grafiklerde Young modülü, depolama modülü, kayıp modülü ve tan delta her bir numune ve oryantasyon arasında karşılaştırılmaktadır.

Young modülü: Stiﬀness; yüksek değerler stiﬀ, düşük değerler ﬂexible olduğunu gösterir.

Depolama modülü: Elastik tepki; malzemede depolanan enerji.

Kayıp modülü: Viskoz tepki; ısı nedeniyle kaybedilen enerji.

Tan (δ): Sönümleme; yüksek değerler daha fazla sönümlemeye işaret eder.

EKSENEL YÖNLENDIRME

*Durdurucu*	*YOUNG MODÜLÜ*	*DEPOLAMA MODÜLÜ*	*KAYIP MODÜLÜ*	*TAN*
#	*(MPa)*	*(MPa)*	*(MPa)*	*(δ)*
1	22.5675	22.27209	3.624947	0.162964
2	18.54664	18.27153	3.162349	0.17409
3	23.75381	23.47267	3.617819	0.154592
4	23.6972	23.58064	2.347008	0.099539

RADYAL YÖNLENDİRME

*Durdurucu*	*YOUNG MODÜLÜ*	*DEPOLAMA MODÜLÜ*	*KAYIP MODÜLÜ*	*TAN*
#	*(MPa)*	*(MPa)*	*(MPa)*	*(δ)*
1	24.78863	24.56542	3.308224	0.134865
2	26.66614	26.31739	4.286216	0.163006
3	44.07867	43.61426	6.365979	0.146033
4	28.04751	27.94148	2.435978	0.087173

YOUNG MODÜLÜ

DEPOLAMA MODÜLÜ

KAYIP MODÜLÜ

TAN DELTA

Mantar tıpalar arasında, Young modülü eksenel yönde test edildiğinde çok farklı değildir. Sadece #2 ve #3 tıpaları Young modülünde radyal ve eksenel yön arasında belirgin bir fark göstermiştir. Sonuç olarak, depolama modülü ve kayıp modülü de radyal yönde eksenel yöne göre daha yüksek olacaktır. #4 tıpa, kayıp modülü haricinde doğal mantar tıpalarla benzer özellikler göstermektedir. Bu, doğal mantarların sentetik kauçuk malzemeden daha viskoz bir özelliğe sahip olduğu anlamına geldiği için oldukça ilginçtir.

SONUÇ

NANOVEA Mekanik Test Cihazı Nano Çizilme Test Cihazı modundaki boya kaplamaları ve sert kaplamalardaki gerçek hayattaki birçok arızanın simülasyonuna olanak tanır. Artan yükleri kontrollü ve yakından izlenen bir şekilde uygulayarak cihaz, hangi yük arızalarının meydana geldiğini belirlemeye olanak tanır. Bu daha sonra çizilme direncinin niceliksel değerlerini belirlemenin bir yolu olarak kullanılabilir. Hava koşulları olmadan test edilen kaplamanın yaklaşık 22 mN'de bir ilk çatlağa sahip olduğu bilinmektedir. 5 mN'ye yakın değerlerle 7 yıllık sürecin boyayı bozduğu açıktır.

Orijinal profilin telafi edilmesi, çizik sırasında düzeltilmiş derinliğin elde edilmesine ve ayrıca çizikten sonra kalan derinliğin ölçülmesine olanak tanır. Bu, artan yük altında kaplamanın plastik ve elastik davranışı hakkında ekstra bilgi verir. Hem çatlama hem de deformasyonla ilgili bilgiler sert kaplamanın iyileştirilmesi için büyük fayda sağlayabilir. Çok küçük standart sapmalar da cihazın tekniğinin tekrarlanabilirliğini göstermekte olup, bu da üreticilerin sert kaplama/boya kalitesini iyileştirmelerine ve hava koşullarının etkilerini incelemelerine yardımcı olabilir.

Benzer bir uygulamanız var mı?

Metal Yüzey Üzerinde Boyanın Nano Çizilme ve Mar Testi

Nano Çizik ve Mar Testi

Metal Yüzey Üzerindeki Boya

Tarafından hazırlanmıştır

SUSANA CABELLO

GİRİŞ

Sert kaplamalı veya kaplamasız boya en yaygın kullanılan kaplamalardan biridir. Arabalarda, duvarlarda, cihazlarda ve koruyucu kaplamaya ihtiyaç duyan ya da sadece estetik amaçlı hemen her şeyde görürüz. Alttaki alt tabakanın korunması için kullanılan boyalar genellikle boyanın alev almasını önleyen veya sadece rengini kaybetmesini veya çatlamasını önleyen kimyasallara sahiptir. Genellikle estetik amaçlarla kullanılan boyalar çeşitli renklere sahiptir, ancak alt tabakanın korunması veya uzun ömürlü olması gerekmeyebilir.

Bununla birlikte, tüm boyalar zaman içinde bir miktar yıpranmaya maruz kalır. Boya üzerindeki yıpranma, genellikle üreticilerin sahip olmasını amaçladıkları özellikleri değiştirebilir. Daha hızlı yongalanabilir, ısı ile soyulabilir, renk kaybedebilir veya çatlayabilir. Boyanın zaman içindeki farklı özellik değişiklikleri, üreticilerin bu kadar geniş bir seçenek sunmasının nedenidir. Boyalar, bireysel müşteriler için farklı gereksinimleri karşılamak üzere uyarlanır.

KALİTE KONTROL İÇİN NANO ÇİZİK TESTİNİN ÖNEMİ

Boya üreticilerinin en büyük kaygılarından biri, ürünlerinin çatlamaya karşı dayanıklı olmasıdır. Boya çatlamaya başladığında, üzerine uygulandığı alt tabakayı koruyamaz; dolayısıyla müşterilerini memnun edemez. Örneğin, bir arabanın yan tarafına bir dal çarparsa ve hemen ardından boya çatlamaya başlarsa, boya üreticileri düşük kaliteli boyaları nedeniyle işlerini kaybedecektir. Boyanın kalitesi çok önemlidir çünkü boyanın altındaki metal açığa çıkarsa, yeni maruz kalması nedeniyle paslanmaya veya korozyona uğramaya başlayabilir.

Bunun gibi nedenler, ev ve ofis malzemeleri ve elektronik cihazlar, oyuncaklar, araştırma araçları ve daha fazlası gibi diğer birçok spektrum için de geçerlidir. Boya, metal kaplamalara ilk uygulandığında çatlamaya karşı dirençli olsa da, numune üzerinde bir miktar ayrışma meydana geldiğinde özellikler zamanla değişebilir. Bu nedenle boya numunelerinin yıpranmış haldeyken test edilmesi çok önemlidir. Yüksek stres yükü altında çatlama kaçınılmaz olsa da, üretici, tüketicilerine mümkün olan en iyi ürünleri sunmak için zaman içinde değişikliklerin ne kadar zayıflayabileceğini ve etkileyen çiziğin ne kadar derin olması gerektiğini tahmin etmelidir.

ÖLÇÜM HEDEFI

Örnek davranış etkilerini gözlemlemek için çizilme sürecini kontrollü ve izlenen bir şekilde simüle etmeliyiz. Bu uygulamada, Nano Çizik Testi modundaki NANOVEA PB1000 Mekanik Test Cihazı, metal bir alt tabaka üzerindeki yaklaşık 7 yıllık 30-50 μm kalınlığındaki bir boya örneğinde arızaya neden olmak için gereken yükü ölçmek için kullanılır.

Kaplamayı çizmek için 0,015 mN ile 20,00 mN arasında değişen kademeli bir yükte 2 μm elmas uçlu bir kalem kullanılmıştır. Çiziğin gerçek derinliğinin değerini belirlemek için 0,2 mN yük ile boyanın ön ve son taramasını gerçekleştirdik. Gerçek derinlik, test sırasında numunenin plastik ve elastik deformasyonunu analiz ederken, son tarama sadece çiziğin plastik deformasyonunu analiz eder. Kaplamanın çatlayarak başarısız olduğu nokta, başarısızlık noktası olarak alınır. Test parametrelerimizi belirlemek için ASTMD7187'yi bir kılavuz olarak kullandık.

Yıpranmış bir numune kullandığımız için boya numunesini daha zayıf bir aşamada test etmenin bize daha düşük hata noktaları sunduğu sonucuna varabiliriz.

Bu örnek üzerinde beş test gerçekleştirilmiştir

tam arıza kritik yüklerini belirlemek.

NANOVEA

PB1000

TEST PARAMETRELERI

aşağıdaki ASTM D7027

Bir Pürüzlülük Standardının yüzeyi, ŞEKİL 1'de gösterildiği gibi 192 noktadan oluşan parlak bir çizgi oluşturan yüksek hızlı bir sensörle donatılmış bir NANOVEA ST400 kullanılarak taranmıştır. Bu 192 nokta numune yüzeyini aynı anda tarayarak tarama hızının önemli ölçüde artmasını sağlar.

YÜK TİPİ	İlerici
İLK YÜK	0,015 mN
SON YÜK	20 mN
YÜKLEME ORANI	20 mN/dak
ÇİZİK UZUNLUĞU	1,6 mm
SCRATCH HIZI, dx/dt	1.601 mm/dak
ÖN TARAMA YÜKÜ	0,2 mN
TARAMA SONRASI YÜKLEME	0,2 mN

girinti tipi

Konik

Elmas 90° Koni

2 µm uç yarıçapı

SONUÇLAR

Bu bölümde çizik testi sırasında meydana gelen arızalar hakkında toplanan veriler sunulmaktadır. İlk bölümde çizik testinde gözlemlenen arızalar açıklanmakta ve rapor edilen kritik yükler tanımlanmaktadır. Sonraki bölüm, tüm numuneler için kritik yüklerin bir özet tablosunu ve grafiksel bir gösterimini içermektedir. Son bölümde her bir numune için ayrıntılı sonuçlar sunulmaktadır: her bir çizik için kritik yükler, her bir arızanın mikrografları ve testin grafiği.

GÖZLEMLENEN ARIZALAR VE KRITIK YÜKLERIN TANIMI

KRITIK BAŞARISIZLIK:

İLK HASAR

Bu, çizik izi boyunca hasarın gözlemlendiği ilk noktadır.

KRITIK BAŞARISIZLIK:

TAM HASAR

Bu noktada hasar, çizik izi boyunca boyanın ufalanması ve çatlamasıyla daha belirgin hale geliyor.

DETAYLI SONUÇLAR

* Alt tabaka çatlama noktasında alınan arıza değerleri.

KRİTİK YÜKLER
SCRATCH	İLK HASAR [mN]	TAM HASAR [µm]
1	14.513	4.932
2	3.895	4.838
3	3.917	4.930

ORTALAMA	3.988	4.900
STD DEV	0.143	0.054

ŞEKİL 2: Tam Çizik Mikrografı (1000x büyütme).

ŞEKİL 3: İlk Hasarın Mikrografı (1000x büyütme).

ŞEKİL 4: Tam Hasarın Mikrografı (1000x büyütme).

ŞEKİL 5: Sürtünme Kuvveti ve Sürtünme Katsayısı.

ŞEKİL 6: Yüzey Profili.

ŞEKİL 7: Gerçek Derinlik ve Artık Derinlik.

SONUÇ

NANOVEA Mekanik Test Cihazı içinde Nano Çizik Test Cihazı modu, boya kaplamalarının ve sert kaplamaların gerçek hayattaki birçok arızasının simülasyonuna izin verir. Kontrollü ve yakından izlenen bir şekilde artan yükler uygulayarak, cihaz hangi yükte arızaların meydana geldiğini belirlemeye izin verir. Bu daha sonra çizilme direnci için nicel değerleri belirlemenin bir yolu olarak kullanılabilir. Hava koşullarına maruz kalmadan test edilen kaplamanın yaklaşık 22 mN'de ilk çatlağa sahip olduğu bilinmektedir. Değerler 5 mN'ye yaklaştığında, 7 yıllık turun boyayı bozduğu açıktır.

Orijinal profilin telafi edilmesi, çizik sırasında düzeltilmiş derinliğin elde edilmesini ve çizikten sonra kalan derinliğin ölçülmesini sağlar. Bu, artan yük altında kaplamanın plastik ve elastik davranışı hakkında ekstra bilgi verir. Hem çatlama hem de deformasyonla ilgili bilgiler sert kaplamanın iyileştirilmesi için büyük fayda sağlayabilir. Çok küçük standart sapmalar da cihazın tekniğinin tekrarlanabilirliğini göstermekte olup, bu da üreticilerin sert kaplama/boya kalitesini iyileştirmelerine ve hava koşullarının etkilerini incelemelerine yardımcı olabilir.

Benzer bir uygulamanız var mı?

Tribometre Kullanarak Yüksek Sıcaklıkta Çizilme Sertliği

YÜKSEK SICAKLIKTA ÇIZILME SERTLIĞI

TRIBOMETRE KULLANARAK

Tarafından hazırlanmıştır

DUANJIE, PhD

GİRİŞ

Sertlik, malzemelerin kalıcı veya plastik deformasyona karşı direncini ölçer. İlk olarak 1820 yılında Alman mineralog Friedrich Mohs tarafından geliştirilen çizilme sertliği testi, bir malzemenin keskin bir cisimden kaynaklanan sürtünme nedeniyle çizilme ve aşınmaya karşı sertliğini belirler¹. Mohs ölçeği doğrusal bir ölçekten ziyade karşılaştırmalı bir indekstir, bu nedenle ASTM standardı G171-03'te açıklandığı gibi daha doğru ve kalitatif bir çizilme sertliği ölçümü geliştirilmiştir². Bir elmas kalem tarafından oluşturulan çiziğin ortalama genişliğini ölçer ve çizik sertlik sayısını (HSP) hesaplar.

YÜKSEK SICAKLIKLARDA ÇİZİK SERTLİĞİ ÖLÇÜMÜNÜN ÖNEMİ

Malzemeler hizmet gereksinimlerine göre seçilir. Önemli sıcaklık değişiklikleri ve termal gradyanlar içeren uygulamalarda, mekanik limitlerin tam olarak farkında olmak için malzemelerin yüksek sıcaklıklardaki mekanik özelliklerini araştırmak kritik önem taşır. Malzemeler, özellikle polimerler, genellikle yüksek sıcaklıklarda yumuşar. Birçok mekanik arıza, sadece yüksek sıcaklıklarda meydana gelen sürünme deformasyonu ve termal yorgunluktan kaynaklanır. Bu nedenle, yüksek sıcaklık uygulamaları için malzemelerin doğru seçimini sağlamak amacıyla yüksek sıcaklıklarda sertliği ölçmek için güvenilir bir tekniğe ihtiyaç vardır.

ÖLÇÜM HEDEFI

Bu çalışmada, NANOVEA T50 Tribometre, bir Teflon numunesinin oda sıcaklığından 300°C'ye kadar farklı sıcaklıklarda çizilme sertliğini ölçmektedir. Yüksek sıcaklıkta çizilme sertliği ölçümü yapabilme yeteneği NANOVEA'yı Tribometre Yüksek sıcaklık uygulamalarına yönelik malzemelerin tribolojik ve mekanik değerlendirmeleri için çok yönlü bir sistem.

NANOVEA

T50

TEST KOŞULLARI

NANOVEA T50 Serbest Ağırlık Standart Tribometresi, oda sıcaklığı (RT) ile 300°C arasında değişen sıcaklıklarda bir Teflon numunesi üzerinde çizilme sertliği testleri gerçekleştirmek için kullanılmıştır. Teflonun erime noktası 326,8°C'dir. Uç yarıçapı 200 µm olan 120° tepe açısına sahip konik bir elmas uç kullanılmıştır. Teflon numune, döner numune tablasına, tabla merkezine 10 mm mesafe kalacak şekilde sabitlenmiştir. Numune bir fırın ile ısıtılmış ve RT, 50°C, 100°C, 150°C, 200°C, 250°C ve 300°C sıcaklıklarda test edilmiştir.

TEST PARAMETRELERI

yüksek sıcaklıkta çizilme sertliği ölçümü

NORMAL KUVVET	2 N
KAYMA HIZI	1 mm/s
KAYAN MESAFE	Sıcaklık başına 8mm
ATMOSFER	Hava
SICAKLIK	RT, 50°C, 100°C, 150°C, 200°C, 250°C, 300°C.

SONUÇLAR & TARTIŞMA

Teflon numunenin farklı sıcaklıklardaki çizik izi profilleri, farklı yüksek sıcaklıklardaki çizik sertliğini karşılaştırmak için ŞEKİL 1'de gösterilmiştir. Çizik izi kenarlarındaki malzeme yığılması, kalem 2 N'luk sabit bir yükte hareket ederken ve Teflon numunesine sürülürken, çizik izindeki malzemeyi yana doğru iterek ve deforme ederek oluşur.

Çizik izleri ŞEKİL 2'de gösterildiği gibi optik mikroskop altında incelenmiştir. Ölçülen çizik izi genişlikleri ve hesaplanan çizik sertlik sayıları (HSP) ŞEKİL 3'te özetlenmiş ve karşılaştırılmıştır. Mikroskopla ölçülen çizik izi genişliği, NANOVEA Profiler kullanılarak ölçülenle uyumludur - Teflon numunesi daha yüksek sıcaklıklarda daha geniş bir çizik genişliği sergiler. Sıcaklık RT'den 300oC'ye yükseldikçe çizik izi genişliği 281'den 539 µm'ye çıkmakta, bu da HSP'nin 65'ten 18 MPa'ya düşmesine neden olmaktadır.

Yüksek sıcaklıklarda çizilme sertliği, NANOVEA T50 Tribometre kullanılarak yüksek hassasiyet ve tekrarlanabilirlik ile ölçülebilir. Diğer sertlik ölçümlerine alternatif bir çözüm sağlar ve NANOVEA Tribometrelerini kapsamlı yüksek sıcaklık tribo-mekanik değerlendirmeleri için daha eksiksiz bir sistem haline getirir.

ŞEKİL 1: Farklı sıcaklıklarda çizilme sertliği testlerinden sonra çizik izi profilleri.

ŞEKİL 2: Farklı sıcaklıklardaki ölçümlerden sonra mikroskop altında çizik izleri.

ŞEKİL 3: Çizik izi genişliğinin ve çizik sertliğinin sıcaklığa karşı gelişimi.

SONUÇ

Bu çalışmada, NANOVEA Tribometrenin ASTM G171-03'e uygun olarak yüksek sıcaklıklarda çizilme sertliğini nasıl ölçtüğünü gösteriyoruz. Sabit yükte çizilme sertliği testi, tribometre kullanarak malzemelerin sertliğini karşılaştırmak için alternatif basit bir çözüm sunar. Yüksek sıcaklıklarda çizilme sertliği ölçümleri gerçekleştirme kapasitesi, NANOVEA Tribometreyi malzemelerin yüksek sıcaklıktaki tribo-mekanik özelliklerini değerlendirmek için ideal bir araç haline getirir.

NANOVEA Tribometre ayrıca ISO ve ASTM uyumlu rotatif ve lineer modları kullanarak hassas ve tekrarlanabilir aşınma ve sürtünme testleri sunar ve isteğe bağlı yüksek sıcaklık aşınması, yağlama ve tribo-korozyon modülleri önceden entegre edilmiş tek bir sistemde mevcuttur. Pürüzlülük gibi diğer yüzey ölçümlerine ek olarak aşınma izlerinin yüksek çözünürlüklü 3D görüntülemesi için isteğe bağlı 3D temassız profilleyici mevcuttur.

1 Wredenberg, Fredrik; PL Larsson (2009). "Metallerin ve polimerlerin çizik testi: Experiments and numerics". Aşınma 266 (1-2): 76
2 ASTM G171-03 (2009), "Elmas Stylus Kullanılarak Malzemelerin Çizilme Sertliği için Standart Test Yöntemi"

Benzer bir uygulamanız var mı?

Endüstriyel Kaplamalar Çizilme ve Aşınma Değerlendirmesi

ENDÜSTRİYEL KAPLAMA

TRIBOMETRE KULLANARAK ÇIZIK VE AŞINMA DEĞERLENDIRMESI

Tarafından hazırlanmıştır

DUANJIE LI, PhD & ANDREA HERRMANN

GİRİŞ

Akrilik üretan boya, zemin boyası, oto boyası ve diğerleri gibi çeşitli endüstriyel uygulamalarda yaygın olarak kullanılan hızlı kuruyan bir koruyucu kaplama türüdür. Zemin boyası olarak kullanıldığında, yürüyüş yolları, bordürler ve otoparklar gibi yoğun yaya ve lastik tekerlek trafiği olan alanlara hizmet edebilir.

KALİTE KONTROL İÇİN ÇİZİK VE AŞINMA TESTLERİNİN ÖNEMİ

Geleneksel olarak, ASTM D4060 standardına göre akrilik üretan zemin boyasının aşınma direncini değerlendirmek için Taber aşınma testleri gerçekleştirilmiştir. Ancak, standartta belirtildiği gibi, "Bazı malzemeler için, Taber Aşındırıcı kullanılarak yapılan aşınma testleri, test sırasında tekerleğin aşındırıcı özelliklerindeki değişiklikler nedeniyle değişkenliğe maruz kalabilir. "1 Bu, test sonuçlarının tekrarlanabilirliğinin zayıf olmasına ve farklı laboratuvarlardan bildirilen değerlerin karşılaştırılmasında zorluklara neden olabilir. Ayrıca, Taber aşınma testlerinde, aşınma direnci belirli sayıda aşınma döngüsünde ağırlık kaybı olarak hesaplanır. Bununla birlikte, akrilik üretan zemin boyalarının önerilen kuru film kalınlığı 37,5-50 μm2'dir.

Taber Abraser tarafından gerçekleştirilen agresif aşındırma işlemi akrilik üretan kaplamayı hızla aşındırabilir ve alt tabakada kütle kaybı yaratarak boya ağırlık kaybının hesaplanmasında önemli hatalara yol açabilir. Aşındırma testi sırasında boyaya aşındırıcı partiküllerin implantasyonu da hatalara katkıda bulunur. Bu nedenle, boyanın tekrarlanabilir aşınma değerlendirmesini sağlamak için iyi kontrol edilen ölçülebilir ve güvenilir bir ölçüm çok önemlidir. Buna ek olarak çizik testi kullanıcıların gerçek hayattaki uygulamalarda erken yapıştırıcı / tutkal arızalarını tespit etmelerini sağlar.

ÖLÇÜM HEDEFI

Bu çalışmada NANOVEA'nın Tribometreler ve Mekanik Test Cihazları Endüstriyel kaplamaların değerlendirilmesi ve kalite kontrolü için idealdir.

Farklı son katlara sahip akrilik üretan zemin boyalarının aşınma süreci, NANOVEA Tribometre kullanılarak kontrollü ve izlenebilir bir şekilde simüle edilmiştir. Mikro çizik testi, boyada yapışkan veya yapışkan arızasına neden olmak için gereken yükü ölçmek için kullanılır.

NANOVEA T100

Kompakt Pnömatik Tribometre

NANOVEA PB1000

Geniş Platform Mekanik Test Cihazı

TEST PROSEDÜRÜ

Bu çalışma, dayanıklılığı arttırmak amacıyla katkı karışımlarında küçük bir değişiklikle aynı formüle sahip aynı astar (taban kat) ve farklı son katlara sahip ticari olarak temin edilebilen dört su bazlı akrilik zemin kaplamasını değerlendirmektedir. Bu dört kaplama A, B, C ve D Örnekleri olarak tanımlanmıştır.

AŞINMA TESTİ

NANOVEA Tribometre, örneğin sürtünme katsayısı, COF ve aşınma direnci gibi tribolojik davranışı değerlendirmek için uygulandı. Test edilen boyalara bir SS440 bilye ucu (6 mm çap, Sınıf 100) uygulandı. COF yerinde kaydedildi. Aşınma oranı K, K=V/(F×s)=A/(F×n) formülü kullanılarak değerlendirildi; burada V aşınmış hacim, F normal yük, s kayma mesafesi, A ise aşınma izinin kesit alanı ve n, devir sayısıdır. Yüzey pürüzlülüğü ve aşınma izi profilleri NANOVEA tarafından değerlendirildi Optik Profilometreve aşınma izi morfolojisi optik mikroskop kullanılarak incelenmiştir.

AŞINMA TESTI PARAMETRELERI

NORMAL KUVVET

20 N

HIZ

15 m/dak

TEST SÜRESI

100, 150, 300 ve 800 döngü

ÇİZİK TESTİ

Rockwell C elmas uç (200 μm yarıçap) ile donatılmış NANOVEA Mekanik Test Cihazı, Mikro Çizik Test Cihazı Modu kullanılarak boya numuneleri üzerinde aşamalı yük çizik testleri gerçekleştirmek için kullanılmıştır. İki nihai yük kullanılmıştır: Boyanın astardan ayrılmasını incelemek için 5 N nihai yük ve astarın metal alt tabakalardan ayrılmasını incelemek için 35 N nihai yük. Sonuçların tekrarlanabilirliğini sağlamak için her numune üzerinde aynı test koşullarında üç test tekrarlanmıştır.

Tüm çizik uzunluklarının panoramik görüntüleri otomatik olarak oluşturuldu ve kritik arıza konumları sistem yazılımı tarafından uygulanan yüklerle ilişkilendirildi. Bu yazılım özelliği, kullanıcıların çizik testlerinden hemen sonra mikroskop altında kritik yükü belirlemek zorunda kalmak yerine, çizik izleri üzerinde istedikleri zaman analiz yapmalarını kolaylaştırmaktadır.

ÇIZIK TESTI PARAMETRELERI

YÜK TİPİ	İlerici
İLK YÜK	0,01 mN
SON YÜK	5 N / 35 N
YÜKLEME ORANI	10 / 70 N/dak
ÇİZİK UZUNLUĞU	3 mm
ÇİZME HIZI, dx/dt	6,0 mm/dak
GIRINTI GEOMETRISI	120º koni
GİRDİ MALZEMESİ (uç)	Elmas
GIRINTI UCU YARIÇAPI	200 μm

AŞINMA TESTI SONUÇLARI

Aşınmanın gelişimini izlemek için her bir numune üzerinde farklı devir sayılarında (100, 150, 300 ve 800 devir) dört adet pin-on-disk aşınma testi gerçekleştirilmiştir. Aşınma testi yapılmadan önce yüzey pürüzlülüğünü ölçmek için numunelerin yüzey morfolojisi NANOVEA 3D Temassız Profilleyici ile ölçülmüştür. Tüm numuneler, ŞEKİL 1'de gösterildiği gibi yaklaşık 1 μm'lik karşılaştırılabilir bir yüzey pürüzlülüğüne sahipti. COF, ŞEKİL 2'de gösterildiği gibi aşınma testleri sırasında in situ olarak kaydedilmiştir. ŞEKİL 4'te 100, 150, 300 ve 800 döngüden sonra aşınma izlerinin gelişimi ve ŞEKİL 3'te aşınma sürecinin farklı aşamalarında farklı numunelerin ortalama aşınma oranı özetlenmiştir.

Diğer üç numune için ~0,07 olan COF değeri ile karşılaştırıldığında, Numune A başlangıçta ~0,15 gibi çok daha yüksek bir COF sergilemekte, bu değer kademeli olarak artmakta ve 300 aşınma döngüsünden sonra ~0,3'te sabitlenmektedir. Bu kadar yüksek bir COF aşınma sürecini hızlandırır ve ŞEKİL 4'te gösterildiği gibi önemli miktarda boya döküntüsü oluşturur - Örnek A'nın son kat boyası ilk 100 devirde sökülmeye başlamıştır. ŞEKİL 3'te gösterildiği gibi, Örnek A ilk 300 devirde ~5 μm2/N ile en yüksek aşınma oranını sergilemekte, metal alt tabakanın daha iyi aşınma direnci nedeniyle bu oran ~3,5 μm2/N'ye hafifçe düşmektedir. Örnek C'nin üst kaplaması ŞEKİL 4'te gösterildiği gibi 150 aşınma döngüsünden sonra bozulmaya başlar ve bu durum ŞEKİL 2'deki COF artışıyla da gösterilir.

Karşılaştırıldığında, Örnek B ve Örnek D gelişmiş tribolojik özellikler göstermektedir. Örnek B tüm test boyunca düşük COF değerini korur - COF değeri ~0,05'ten ~0,1'e hafifçe yükselir. Böyle bir yağlama etkisi aşınma direncini önemli ölçüde artırır - son kat, 800 aşınma döngüsünden sonra alttaki astara hala üstün koruma sağlar. En düşük ortalama aşınma oranı 800 döngüde sadece ~0,77 μm2/N ile Örnek B için ölçülmüştür. Örnek D'nin üst kaplaması, ŞEKİL 2'de COF'nin ani artışıyla yansıtıldığı gibi 375 döngüden sonra delaminasyona başlar. Örnek D'nin ortalama aşınma oranı 800 döngüde ~1,1 μm2/N'dir.

Geleneksel Taber aşınma ölçümleriyle karşılaştırıldığında NANOVEA Tribometre, ticari zemin/otomotiv boyalarının tekrarlanabilir değerlendirmelerini ve kalite kontrolünü sağlayan iyi kontrollü ölçülebilir ve güvenilir aşınma değerlendirmeleri sağlar. Ayrıca, in situ COF ölçümlerinin kapasitesi, kullanıcıların bir aşınma sürecinin farklı aşamalarını COF'un evrimi ile ilişkilendirmesine olanak tanır; bu da çeşitli boya kaplamalarının aşınma mekanizması ve tribolojik özelliklerinin temel anlayışını geliştirmede kritik öneme sahiptir.

ŞEKİL 1: Boya örneklerinin 3D morfolojisi ve pürüzlülüğü.

ŞEKİL 2: Pin-on-disk testleri sırasında COF.

ŞEKİL 3: Farklı boyaların aşınma oranının evrimi.

ŞEKİL 4: Disk üzerinde pim testleri sırasında aşınma izlerinin evrimi.

ÇIZIK TESTI SONUÇLARI

ŞEKİL 5, Örnek A için çizik uzunluğunun bir fonksiyonu olarak normal kuvvet, sürtünme kuvveti ve gerçek derinlik grafiğini örnek olarak göstermektedir. Daha fazla bilgi sağlamak için isteğe bağlı bir akustik emisyon modülü takılabilir. Normal yük doğrusal olarak arttıkça, girinti ucu, gerçek derinliğin kademeli olarak artmasıyla yansıtıldığı gibi test edilen numuneye kademeli olarak batar. Sürtünme kuvveti ve gerçek derinlik eğrilerinin eğimlerindeki değişim, kaplama hatalarının oluşmaya başladığını gösteren sonuçlardan biri olarak kullanılabilir.

ŞEKİL 5: için çizik uzunluğunun bir fonksiyonu olarak normal kuvvet, sürtünme kuvveti ve gerçek derinlik Örnek A'nın maksimum 5 N yük ile çizik testi.

ŞEKİL 6 ve ŞEKİL 7 sırasıyla 5 N ve 35 N maksimum yük ile test edilen dört boya numunesinin tam çiziklerini göstermektedir. D numunesi astarı delamine etmek için 50 N'luk daha yüksek bir yük gerektirmiştir. 5 N nihai yükteki çizik testleri (ŞEKİL 6) üst boyanın kohezif/yapışkan hatasını değerlendirirken, 35 N'dakiler (ŞEKİL 7) astarın delaminasyonunu değerlendirmektedir. Mikrograflardaki oklar, üst kaplamanın veya astarın astardan veya alt tabakadan tamamen ayrılmaya başladığı noktayı göstermektedir. Kritik Yük, Lc olarak adlandırılan bu noktadaki yük, Tablo 1'de özetlendiği gibi boyanın kohezif veya yapışkan özelliklerini karşılaştırmak için kullanılır.

Boya Numunesi D'nin en iyi arayüzey yapışmasına sahip olduğu açıktır - boya delaminasyonunda 4,04 N ve astar delaminasyonunda 36,61 N ile en yüksek Lc değerlerini sergilemektedir. Örnek B ikinci en iyi çizilme direncini göstermektedir. Çizilme analizinden, boya formülünün optimizasyonunun mekanik davranışlar veya daha spesifik olarak akrilik zemin boyalarının çizilme direnci ve yapışma özelliği için kritik öneme sahip olduğunu gösteriyoruz.

Tablo 1: Kritik yüklerin özeti.

ŞEKİL 6: Maksimum 5 N yük ile tam çizik mikrografları.

ŞEKİL 7: Maksimum 35 N yük ile tam çizik mikrografları.

SONUÇ

Geleneksel Taber aşınma ölçümleriyle karşılaştırıldığında, NANOVEA Mekanik Test Cihazı ve Tribometre, ticari zemin ve otomotiv kaplamalarının değerlendirilmesi ve kalite kontrolü için üstün araçlardır. Çizilme modundaki NANOVEA Mekanik Test Cihazı, bir kaplama sistemindeki yapışma / kohezyon sorunlarını tespit edebilir. NANOVEA Tribometre, boyaların aşınma direnci ve sürtünme katsayısı üzerinde iyi kontrollü ölçülebilir ve tekrarlanabilir tribolojik analiz sağlar.

Bu çalışmada test edilen su bazlı akrilik zemin kaplamaları üzerinde yapılan kapsamlı tribolojik ve mekanik analizlere dayanarak, Örnek B'nin en düşük COF ve aşınma oranına ve ikinci en iyi çizilme direncine sahip olduğunu, Örnek D'nin ise en iyi çizilme direncini ve ikinci en iyi aşınma direncini sergilediğini gösteriyoruz. Bu değerlendirme, farklı uygulama ortamlarındaki ihtiyaçları hedefleyen en iyi adayı değerlendirmemize ve seçmemize olanak sağlamaktadır.

NANOVEA Mekanik Test Cihazının Nano ve Mikro modüllerinin tümü ISO ve ASTM uyumlu girinti, çizik ve aşınma test cihazı modlarını içerir ve tek bir modülde boya değerlendirmesi için mevcut olan en geniş test yelpazesini sağlar. NANOVEA Tribometre, ISO ve ASTM uyumlu rotatif ve lineer modları kullanarak hassas ve tekrarlanabilir aşınma ve sürtünme testleri sunar ve isteğe bağlı yüksek sıcaklık aşınması, yağlama ve tribo-korozyon modülleri önceden entegre edilmiş tek bir sistemde mevcuttur. NANOVEA'nın eşsiz ürün yelpazesi, sertlik, Young modülü, kırılma tokluğu, yapışma, aşınma direnci ve diğerleri dahil olmak üzere ince veya kalın, yumuşak veya sert kaplamaların, filmlerin ve alt tabakaların tüm mekanik/tribolojik özelliklerini belirlemek için ideal bir çözümdür. Pürüzlülük gibi diğer yüzey ölçümlerine ek olarak çiziklerin ve aşınma izlerinin yüksek çözünürlüklü 3D görüntülemesi için isteğe bağlı NANOVEA Temassız Optik Profilleyiciler mevcuttur.

ŞIMDI, BAŞVURUNUZ HAKKINDA KONUŞALIM

Mekanik Test Cihazı ile Çizilme Sertliği Ölçümü

ÇIZILME SERTLIĞI ÖLÇÜMÜ

MEKANIK BIR TEST CIHAZI KULLANARAK

Tarafından hazırlanmıştır

DUANJIE LI, PhD

GİRİŞ

Genel olarak sertlik testleri, malzemelerin kalıcı veya plastik deformasyona karşı direncini ölçer. Üç tür sertlik ölçümü vardır: çizilme sertliği, girinti sertliği ve geri tepme sertliği. Çizilme sertliği testi, bir malzemenin keskin bir nesneden kaynaklanan sürtünme nedeniyle çizilmeye ve aşınmaya karşı direncini ölçer1. İlk olarak 1820 yılında Alman mineralog Friedrich Mohs tarafından geliştirilmiştir ve halen minerallerin fiziksel özelliklerini sıralamak için yaygın olarak kullanılmaktadır2. Bu test yöntemi metaller, seramikler, polimerler ve kaplanmış yüzeyler için de geçerlidir.

Bir çizik sertliği ölçümü sırasında, belirli geometriye sahip bir elmas uç, sabit bir hızda sabit bir normal kuvvet altında doğrusal bir yol boyunca bir malzemenin yüzeyini çizer. Çiziğin ortalama genişliği ölçülür ve çizik sertlik sayısını (HSP) hesaplamak için kullanılır. Bu teknik, farklı malzemelerin sertliğini ölçeklendirmek için basit bir çözüm sağlar.

ÖLÇÜM HEDEFI

Bu çalışmada, NANOVEA PB1000 Mekanik Test Cihazı, ASTM G171-03'e uygun olarak farklı metallerin çizilme sertliğini ölçmek için kullanılmıştır.

Aynı zamanda bu çalışma NANOVEA'nın kapasitesini de ortaya koyuyor Mekanik Test Cihazı çizilme sertliği ölçümünün yüksek hassasiyet ve tekrarlanabilirlikle gerçekleştirilmesinde.

NANOVEA

PB1000

TEST KOŞULLARI

NANOVEA PB1000 Mekanik Test Cihazı üç cilalı metal (Cu110, Al6061 ve SS304) üzerinde çizilme sertliği testleri gerçekleştirmiştir. Uç yarıçapı 200 µm olan 120° tepe açısına sahip konik bir elmas uç kullanılmıştır. Sonuçların tekrarlanabilirliğini sağlamak için her numune aynı test parametreleriyle üç kez çizilmiştir. Test parametreleri aşağıda özetlenmiştir. Testten önce ve sonra 10 mN'lik düşük normal yükte bir profil taraması gerçekleştirilmiştir. çizik testi çiziğin yüzey profilindeki değişikliği ölçmek için.

TEST PARAMETRELERI

NORMAL KUVVET

10 N

SICAKLIK

24°C (RT)

KAYMA HIZI

20 mm/dak

KAYAN MESAFE

10 mm

ATMOSFER

Hava

SONUÇLAR & TARTIŞMA

Farklı malzemelerin çizilme sertliğini karşılaştırmak için üç metalin (Cu110, Al6061 ve SS304) testlerden sonraki çizik izlerinin görüntüleri ŞEKİL 1'de gösterilmiştir. NANOVEA Mekanik Yazılımının haritalama işlevi, otomatik bir protokolde aynı koşul altında test edilen üç paralel çizik oluşturmak için kullanılmıştır. Ölçülen çizik izi genişliği ve hesaplanan çizik sertlik sayısı (HSP) TABLO 1'de özetlenmiş ve karşılaştırılmıştır. Metaller Al6061, Cu110 ve SS304 için sırasıyla 174, 220 ve 89 µm'lik farklı aşınma izi genişlikleri göstermekte ve bu da 0,84, 0,52 ve 3,2 GPa'lık hesaplanmış bir HSP ile sonuçlanmaktadır.

Çizik izi genişliğinden hesaplanan çizik sertliğine ek olarak, sürtünme katsayısı (COF), gerçek derinlik ve akustik emisyonun gelişimi çizik sertliği testi sırasında yerinde kaydedilmiştir. Burada gerçek derinlik, çizik testi sırasında prob ucunun penetrasyon derinliği ile ön taramada ölçülen yüzey profili arasındaki derinlik farkıdır. Cu110'un COF, gerçek derinlik ve akustik emisyonu örnek olarak ŞEKİL 2'de gösterilmiştir. Bu tür bilgiler, çizilme sırasında meydana gelen mekanik arızalar hakkında bilgi sağlayarak kullanıcıların mekanik kusurları tespit etmesine ve test edilen malzemenin çizilme davranışını daha fazla araştırmasına olanak tanır.

Çizilme sertliği testleri, yüksek hassasiyet ve tekrarlanabilirlik ile birkaç dakika içinde tamamlanabilir. Geleneksel indentasyon prosedürleriyle karşılaştırıldığında, bu çalışmadaki çizik sertlik testi, kalite kontrol ve yeni malzemelerin geliştirilmesi için yararlı olan sertlik ölçümleri için alternatif bir çözüm sunmaktadır.

Al6061

Cu110

SS304

ŞEKİL 1: Test sonrası çizik izlerinin mikroskop görüntüsü (100x büyütme).

	*Çizik izi genişliği (μm)*	*HS_p (GPa)*
Al6061	174±11	0.84
Cu110	220±1	0.52
SS304	89±5	3.20

TABLO 1: Çizik izi genişliği ve çizik sertlik sayısı özeti.

ŞEKİL 2: Cu110 üzerinde çizilme sertliği testi sırasında sürtünme katsayısı, gerçek derinlik ve akustik emisyonların gelişimi.

SONUÇ

Bu çalışmada, NANOVEA Mekanik Test Cihazının ASTM G171-03'e uygun olarak çizilme sertliği testleri gerçekleştirme kapasitesini sergiledik. Kaplama yapışması ve çizilme direncine ek olarak, sabit bir yükte çizilme testi, malzemelerin sertliğini karşılaştırmak için alternatif basit bir çözüm sağlar. Geleneksel çizik sertliği test cihazlarının aksine, NANOVEA Mekanik Test Cihazları sürtünme katsayısı, akustik emisyon ve gerçek derinliğin gelişimini yerinde izlemek için isteğe bağlı modüller sunar.

NANOVEA Mekanik Test Cihazının Nano ve Mikro modülleri, ISO ve ASTM uyumlu girinti, çizik ve aşınma test cihazı modlarını içerir ve tek bir sistemde mevcut olan en geniş ve en kullanıcı dostu test yelpazesini sağlar. NANOVEA'nın eşsiz ürün yelpazesi, sertlik, Young modülü, kırılma tokluğu, yapışma, aşınma direnci ve diğerleri dahil olmak üzere ince veya kalın, yumuşak veya sert kaplamaların, filmlerin ve alt tabakaların tüm mekanik özelliklerini belirlemek için ideal bir çözümdür.

Benzer bir uygulamanız var mı?

Titanyum Nitrür Kaplama Çizilme Testi

TITANYUM NITRÜR KAPLAMA ÇIZIK TESTI

KALİTE KONTROL DENETİMİ

Tarafından hazırlanmıştır

DUANJIE LI, PhD

GİRİŞ

Yüksek sertlik, mükemmel aşınma direnci, korozyon direnci ve inertlik kombinasyonu, titanyum nitrürü (TiN) çeşitli endüstrilerdeki metal bileşenler için ideal bir koruyucu kaplama haline getirir. Örneğin, bir TiN kaplamanın kenar tutma ve korozyon direnci, iş verimliliğini önemli ölçüde artırabilir ve tıraş bıçakları, metal kesiciler, enjeksiyon kalıpları ve testereler gibi makine takımlarının hizmet ömrünü uzatabilir. Yüksek sertliği, inertliği ve toksik olmaması, TiN'i implantlar ve cerrahi aletler dahil olmak üzere tıbbi cihazlardaki uygulamalar için mükemmel bir aday haline getirmektedir.

TiN KAPLAMA ÇİZİK TESTİNİN ÖNEMİ

Koruyucu PVD/CVD kaplamalardaki artık gerilme, kaplanan bileşenin performansında ve mekanik bütünlüğünde kritik bir rol oynar. Artık gerilme, büyüme gerilimi, termal gradyanlar, geometrik kısıtlamalar ve servis gerilimi¹ dahil olmak üzere birkaç ana kaynaktan kaynaklanır. Yüksek sıcaklıklarda kaplama biriktirme sırasında kaplama ve alt tabaka arasında oluşan termal genleşme uyumsuzluğu yüksek termal artık gerilime yol açar. Ayrıca, TiN kaplamalı takımlar genellikle matkap uçları ve rulmanlar gibi çok yüksek konsantre gerilimler altında kullanılır. Koruyucu fonksiyonel kaplamaların kohezif ve yapışma mukavemetini nicel olarak incelemek için güvenilir bir kalite kontrol süreci geliştirmek kritik öneme sahiptir.

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

ÖLÇÜM HEDEFI

Bu çalışmada NANOVEA'nın Mekanik Test Cihazları Çizilme Modundaki ölçümler, koruyucu TiN kaplamaların yapışma/yapışma mukavemetini kontrollü ve niceliksel bir şekilde değerlendirmek için idealdir.

NANOVEA

PB1000

TEST KOŞULLARI

Kaplama işlemini gerçekleştirmek için NANOVEA PB1000 Mekanik Test Cihazı kullanıldı çizik testleri Aşağıda özetlendiği gibi aynı test parametrelerini kullanarak üç TiN kaplama üzerinde:

YÜKLEME MODU: Aşamalı Doğrusal

İLK YÜK

0.02 N

SON YÜK

10 N

YÜKLEME ORANI

20 N/dak

ÇİZİK UZUNLUĞU

5 mm

GİRDİ TÜRÜ

Sphero-Conical

Elmas, 20 μm yarıçap

SONUÇLAR & TARTIŞMA

ŞEKİL 1, test sırasında penetrasyon derinliği, sürtünme katsayısı (COF) ve akustik emisyonun kaydedilen gelişimini göstermektedir. TiN numuneler üzerindeki tam mikro çizik izleri ŞEKİL 2'de gösterilmektedir. Farklı kritik yüklerdeki arıza davranışları ŞEKİL 3'te gösterilmiştir; burada kritik yük Lc1 çizik izinde ilk kohezif çatlak belirtisinin meydana geldiği yük olarak tanımlanır, Lc2 tekrarlanan parçalanma arızalarının meydana geldiği yüktür ve Lc3 kaplamanın alt tabakadan tamamen çıkarıldığı yüktür. TiN kaplamalar için kritik yük (Lc) değerleri ŞEKİL 4'te özetlenmiştir.

Penetrasyon derinliği, COF ve akustik emisyonun gelişimi, bu çalışmada kritik yüklerle temsil edilen farklı aşamalardaki kaplama arızasının mekanizması hakkında fikir vermektedir. Örnek A ve Örnek B'nin çizik testi sırasında karşılaştırılabilir davranış sergilediği gözlemlenebilir. Kalem, numuneye kademeli olarak ~0,06 mm derinliğe kadar nüfuz eder ve kaplama çizik testinin başlangıcında normal yük doğrusal olarak arttıkça COF kademeli olarak ~0,3'e yükselir. 3,3 N'luk Lc1 değerine ulaşıldığında, ilk ufalanma hatası belirtisi ortaya çıkar. Bu aynı zamanda penetrasyon derinliği, COF ve akustik emisyon grafiğindeki ilk büyük sivri uçlara da yansımaktadır. Yük ~3,8 N'luk Lc2'ye kadar artmaya devam ettikçe penetrasyon derinliği, COF ve akustik emisyonda daha fazla dalgalanma meydana gelir. Çizik izinin her iki tarafında da sürekli parçalanma hatası gözlemleyebiliriz. Lc3'te kaplama, kalem tarafından uygulanan yüksek basınç altında metal alt tabakadan tamamen ayrılır ve alt tabakayı açıkta ve korumasız bırakır.

Karşılaştırıldığında, Örnek C kaplama çizik testlerinin farklı aşamalarında daha düşük kritik yükler sergilemektedir ve bu durum kaplama çizik testi sırasında penetrasyon derinliği, sürtünme katsayısı (COF) ve akustik emisyonun gelişimine de yansımaktadır. Örnek C, Örnek A ve Örnek B'ye kıyasla üst TiN kaplama ile metal alt tabaka arasındaki arayüzde daha düşük sertliğe ve daha yüksek gerilime sahip bir yapışma ara katmanına sahiptir.

Bu çalışma, uygun alt tabaka desteğinin ve kaplama mimarisinin kaplama sisteminin kalitesi açısından önemini ortaya koymaktadır. Daha güçlü bir ara katman, yüksek harici yük ve konsantrasyon gerilimi altında deformasyona daha iyi direnebilir ve böylece kaplama/alt tabaka sisteminin kohezif ve yapışma mukavemetini artırabilir.

ŞEKİL 1: TiN örneklerinin penetrasyon derinliği, COF ve akustik emisyonunun evrimi.

ŞEKİL 2: Testlerden sonra TiN kaplamaların tam çizik izi.

ŞEKİL 3: Farklı kritik yükler altında TiN kaplama arızaları, Lc.

ŞEKİL 4: TiN kaplamalar için kritik yük (Lc) değerlerinin özeti.

SONUÇ

Bu çalışmada, NANOVEA PB1000 Mekanik Test Cihazının TiN kaplamalı numuneler üzerinde kontrollü ve yakından izlenen bir şekilde güvenilir ve doğru çizik testleri gerçekleştirdiğini gösterdik. Çizik ölçümleri, kullanıcıların tipik kohezif ve yapışkan kaplama arızalarının meydana geldiği kritik yükü hızlı bir şekilde belirlemelerine olanak tanır. Cihazlarımız, bir kaplamanın içsel kalitesini ve bir kaplama/alt tabaka sisteminin arayüzey bütünlüğünü nicel olarak inceleyebilen ve karşılaştırabilen üstün kalite kontrol araçlarıdır. Uygun bir ara katmana sahip bir kaplama, yüksek harici yük ve konsantrasyon gerilimi altında büyük deformasyona direnebilir ve bir kaplama/alt tabaka sisteminin kohezif ve yapışkan mukavemetini artırabilir.

NANOVEA Mekanik Test Cihazının Nano ve Mikro modüllerinin tümü ISO ve ASTM uyumlu girinti, çizik ve aşınma test cihazı modlarını içerir ve tek bir sistemde mevcut olan en geniş ve en kullanıcı dostu test yelpazesini sağlar. NANOVEA'nın eşsiz ürün yelpazesi, sertlik, Young modülü, kırılma tokluğu, yapışma, aşınma direnci ve diğerleri dahil olmak üzere ince veya kalın, yumuşak veya sert kaplamaların, filmlerin ve alt tabakaların tüm mekanik özelliklerini belirlemek için ideal bir çözümdür.

Benzer bir uygulamanız var mı?

Sayfa 1 / 612 3 4 5 6

Ürünler

Profilometreler

PS50 - Advanced Compact

JR25 - Portable Compact

JR100 - Portable High Speed

ST400 - Modular Standard

ST500 - Modular Large Area

AFM Pro - Extended Range

In-Line QC - Roughness, Texture & Finish

Nanoindenters & Scratch Testers

CB500 - Advanced Compact

PB1000 - Advanced Large Platform

Vakum Sistemleri

Tribometreler

T50 - Free Weight Benchtop

T200 - Pneumatic Compact

T2000 - Pneumatic High Load

T2000 MAX - High Torque Friction Tester

CR-8R - Ball Cratering Coating Thickness

Vakum Sistemleri

Laboratuvar Hizmetleri

Temassız Profilometri Analizi

Girinti ve Çizilme Testi

Sürtünme ve Aşınma Testi

Yüzey Topolojisi ve Kimyasal Analiz

Test Çözümleri

Profilometri

Pürüzlülük ve Yüzey

Geometri ve Şekil

Düzlük ve Çarpıklık

Hacim ve Alan

Basamak Yüksekliği ve Kalınlığı

Doku ve Tane

Mekanik Testler

Girinti | Sertlik ve Elastik

Girinti | Gerilme ve Gerinim

Girinti | Sürünme ve Gevşeme

Girinti | Kayıp ve Depolama

Girinti | Kırılma Tokluğu

Girinti | Akma Dayanımı ve Yorulma

Yüksek Sıcaklık

Nem

Vakum

Çizik | Yapıştırıcı Arızası

Çizik | Yapışma Hatası

Çizilme | Çizilme Sertliği

Çizilme | Çok Geçişli Aşınma

Sürtünme | Sürtünme Katsayısı

Düşük Sıcaklık

Sıvı

Triboloji Testleri

Doğrusal

Rotasyonel

Halka Üzerinde Blok

Halka üzerinde halka

Çizik Testi

Fren Sürtünme Testi

Yüksek Sıcaklık

Düşük Sıcaklık

Korozyon

Sıvı

Nem ve İnert Gazlar

Vakum

Uygulamalar

Endüstri Tarafından

Biyo & Biyoteknoloji

İnşaat Malzemeleri

Tüketici Ürünleri

Tıbbi Cihazlar

Metal İmalat ve İşleme

Petrol ve Madenler

Optik

Boya ve Kaplama

Farmasötik

Yarı İletkenler ve Elektronik

Tekstil, Deri ve Kağıt

Alet ve Makineler

Kara Taşımacılığı

Uzay ve Havacılık

Askeri ve Savunma