Tribometreyle yüksek sıcaklıkta yerinde aşınma ölçümü

Doğrusal Değişken Diferansiyel Transformatör (LVDT), doğrusal yer değiştirmeyi ölçmek için kullanılan sağlam bir elektrik transformatörü türüdür. Güç türbinleri, hidrolik, otomasyon, uçaklar, uydular, nükleer reaktörler ve daha pek çok endüstriyel uygulamada yaygın olarak kullanılmaktadır.

Bu çalışmada, NANOVEA tribometresinin, test edilen numunenin aşınma izi derinliğindeki değişimin yüksek sıcaklıklarda aşınma süreci boyunca ölçülmesini sağlayan LVDT ve yüksek sıcaklık modülü eklentilerini tanıtıyoruz. Bu, kullanıcıların aşınma sürecinin farklı aşamalarını COF’un değişimiyle ilişkilendirmesini sağlar; bu da yüksek sıcaklık uygulamalarına yönelik malzemelerin aşınma mekanizmasının ve tribolojik özelliklerinin temel olarak anlaşılmasını geliştirmek için kritik öneme sahiptir.

ℹ️ Yüksek sıcaklıkta sürtünme ve aşınma laboratuvar hizmetleri hakkında daha fazla bilgi edinin.

Alümina silikat seramik plakaların sürtünme katsayısı (COF) ve aşınma direnci gibi tribolojik davranışları NANOVEA tribometresiyle değerlendirildi. Alümina silikat seramik plaka bir fırınla oda sıcaklığından (RT) yüksek sıcaklıklara (400°C ve 800°C) ısıtıldı ve ardından bu sıcaklıklarda aşınma testleri yapıldı.

Karşılaştırma için aşınma testleri, numune 800°C’den 400°C’ye ve ardından oda sıcaklığına soğurken de yapıldı. Test edilen numunelere karşı bir Al₂O₃ bilye uç (6 mm çap, Grade 100) uygulandı. COF, aşınma derinliği ve sıcaklık yerinde izlendi.

Aşınma oranı K, K = V/(F × s) = A/(F × n) formülüyle değerlendirildi; burada V aşınan hacim, F normal yük, s kayma mesafesi, A aşınma izinin kesit alanı ve n devir sayısıdır. Yüzey pürüzlülüğü ve aşınma izi profilleri NANOVEA optik profilometresiyle değerlendirildi, aşınma izi morfolojisi optik mikroskopla incelendi.

Yerinde kaydedilen COF ve aşınma izi derinliği sırasıyla Şekil 1 ve Şekil 2’de gösterilmiştir. Şekil 1’de “-I”, sıcaklık RT’den yüksek bir sıcaklığa artırılırken yapılan testi gösterir. “-D” ise sıcaklığın 800°C gibi daha yüksek bir sıcaklıktan düşürüldüğünü belirtir.

Şekil 1’de görüldüğü gibi, farklı sıcaklıklarda test edilen numuneler ölçümler boyunca ~0,6 gibi benzer bir COF gösterir. Bu kadar yüksek bir COF, önemli miktarda aşınma parçacığı oluşturan hızlandırılmış bir aşınma sürecine yol açar. Aşınma izi derinliği, Şekil 2’de görüldüğü gibi aşınma testleri sırasında LVDT ile izlendi. Numune ısıtılmadan önce ve soğutulduktan sonra oda sıcaklığında yapılan testler, alümina silikat seramik plakanın RT’de kademeli bir aşınma süreci gösterdiğini ortaya koyar; aşınma izi derinliği test boyunca kademeli olarak sırasıyla ~170 ve ~150 µm’ye çıkar.

Buna karşılık yüksek sıcaklıklardaki (400°C ve 800°C) aşınma testleri farklı bir aşınma davranışı gösterir: aşınma izi derinliği aşınma sürecinin başında hızla artar ve test ilerledikçe yavaşlar. 400°C-I, 800°C ve 400°C-D sıcaklıklarında yapılan testlerin aşınma izi derinlikleri sırasıyla ~140, ~350 ve ~210 µm’dir.

Alümina silikat seramik plakaların farklı sıcaklıklardaki ortalama aşınma oranı ve aşınma izi derinliği NANOVEA optik profilometresiyle ölçüldü ve Şekil 3’te özetlendi. Aşınma izi derinliği LVDT ile kaydedilenle uyumludur. Alümina silikat seramik plaka, 400°C’nin altındaki sıcaklıklarda 0,2 mm³/N·m’nin altındaki aşınma oranlarına kıyasla 800°C’de ~0,5 mm³/N·m gibi belirgin şekilde artmış bir aşınma oranı gösterir. Alümina silikat seramik plaka, kısa ısıtma işleminden sonra belirgin şekilde iyileşmiş mekanik/tribolojik özellikler göstermez; ısıl işlemden önce ve sonra benzer bir aşınma oranına sahiptir.

Lava ve wonderstone olarak da bilinen alümina silikat seramik, ısıl işlemden önce yumuşaktır ve kolayca işlenebilir. 1093°C’ye kadar yüksek sıcaklıklarda uzun bir pişirme süreci sertliğini ve mukavemetini belirgin şekilde artırabilir; bundan sonra elmasla işleme gerekir. Bu benzersiz özellik, alümina silikat seramiği heykel için ideal bir malzeme yapar.

Bu çalışmada, pişirme için gerekenden daha düşük bir sıcaklıkta (1093°C’ye karşı 800°C) kısa süreli ısıl işlemin alümina silikat seramiğin mekanik ve tribolojik özelliklerini iyileştirmediğini gösteriyoruz; bu da gerçek uygulamalarda kullanılmadan önce uygun pişirmeyi bu malzeme için temel bir süreç hâline getirir.

Bu çalışmadaki kapsamlı tribolojik analize dayanarak, alümina silikat seramik plakanın oda sıcaklığından 800°C’ye kadar farklı sıcaklıklarda benzer bir sürtünme katsayısı gösterdiğini ortaya koyuyoruz. Ancak 800°C’de ~0,5 mm³/N·m gibi belirgin şekilde artmış bir aşınma oranı göstermesi, bu seramiğin uygun ısıl işleminin önemini kanıtlar.

NANOVEA tribometreleri, 1000°C’ye kadar yüksek sıcaklık uygulamaları için malzemelerin tribolojik özelliklerini değerlendirebilir. Yerinde COF ve aşınma izi derinliği ölçümü işlevi, kullanıcıların aşınma sürecinin farklı aşamalarını COF’un değişimiyle ilişkilendirmesini sağlar; bu, yüksek sıcaklıklarda kullanılan malzemelerin aşınma mekanizmasının ve tribolojik özelliklerinin temel olarak anlaşılmasını geliştirmek için kritik öneme sahiptir.

NANOVEA tribometreleri, ISO ve ASTM uyumlu döner ve doğrusal modlarla hassas ve tekrarlanabilir aşınma ve sürtünme testleri sunar; isteğe bağlı yüksek sıcaklıkta aşınma, yağlama ve tribokorozyon modülleri tek bir ön entegre sistemde mevcuttur. NANOVEA’nın eşsiz ürün yelpazesi, ince veya kalın, yumuşak veya sert kaplamaların, filmlerin ve alt tabakaların tüm tribolojik özelliklerini belirlemek için ideal bir çözümdür.

Pürüzlülük gibi diğer yüzey ölçümlerinin yanı sıra aşınma izlerinin yüksek çözünürlüklü 3D görüntülenmesi için isteğe bağlı 3D temassız profilometreler mevcuttur.