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AR 月度档案。4 月 2020
使用三维轮廓测量法的复合材料分析
非接触式轮廓测量法对复合材料的重要性
尽量减少缺陷是至关重要的，这样复合材料在加固应用中才会尽可能的强大。作为一种各向异性的材料，关键是编织方向的一致性，以保持高性能的可预测性。复合材料是强度与重量比最高的材料之一，在某些情况下，它比钢更强。重要的是要限制复合材料的表面暴露面积，以减少化学脆弱性和热膨胀效应。轮廓测量法的表面检测对于复合材料的质量控制生产至关重要，以确保在长期使用中的强大性能。
纳诺维亚的 3D 非接触式轮廓仪 与其他表面测量技术（例如接触式探针或干涉测量法）不同。我们的轮廓仪使用轴向色差来测量几乎任何表面，开放式样品台允许测量任何尺寸的样品，无需准备。在表面轮廓测量过程中获得纳米到宏观测量，样品反射率或吸收的影响为零。我们的轮廓仪可以轻松测量任何材料：透明、不透明、镜面、漫射、抛光和粗糙，具有无需软件操作即可测量高表面角度的先进能力。非接触式轮廓仪技术提供了理想且用户友好的功能，可最大限度地进行复合材料表面研究；以及 2D 和 3D 组合功能的优势。
测量目标
本应用中使用的Nanovea HS2000L轮廓仪测量了两个编织的碳纤维复合材料的表面。表面粗糙度、编织长度、各向同性、分形分析和其他表面参数被用来描述复合材料的特征。测量的区域是随机选择的，并假定足够大，可以使用Nanovea强大的表面分析软件比较属性值。
结果和讨论
表面分析
高度参数决定了低纤维与基体比率的复合材料部件的粗糙程度。我们的结果比较了不同的编织类型和织物，以确定表面光洁度的后处理。在可能涉及空气动力学的应用中，表面光洁度变得至关重要。
同向性
各向同性显示了编织的方向性，以确定预期的属性值。我们的研究表明，双向复合材料是~60%的各向同性，正如预期。同时，单向复合材料是~13%的各向同性，由于强大的单纤维路径方向纤维。
编织分析
编织尺寸决定了复合材料中使用的纤维的包装和宽度的一致性。我们的研究表明，我们可以很容易地测量织造尺寸，精确到微米，以确保零件的质量。
纹理分析
主导波长的纹理分析表明两种复合材料的股线尺寸都是4.27微米厚。纤维表面的分形维度分析决定了光滑度，以寻找纤维在基体中的固定程度。单向纤维的分形尺寸高于双向纤维，这可能影响复合材料的加工。
总结
在这个应用中，我们已经表明Nanovea HS2000L非接触式轮廓仪可以精确地描述复合材料的纤维表面。我们用高度参数、各向同性、纹理分析和距离测量等方法区分了碳纤维的编织类型的差异。
我们的轮廓仪表面测量精确和快速地减轻了复合材料的损坏，这减少了零件的缺陷，最大限度地提高了复合材料的能力。Nanovea的3D轮廓仪速度范围从<1mm/s到500mm/s，适合于研究应用到高速检查的需要。Nanovea的轮廓仪是解决方案
以满足任何复合测量的需要。
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用纳米压痕法评估生物组织硬度
生物组织纳米压痕的重要性
传统的力学测试(硬度、粘附、压缩、穿刺、屈服强度等)在今天的质量控制环境中要求更高的精度和可靠性，包括从组织到脆性材料的各种先进材料。传统的机械仪表无法提供先进材料所需的灵敏负载控制和分辨率。与生物材料相关的挑战要求开发能够对极软材料进行精确负载控制的力学测试。这些材料需要非常低的次mN测试负载和大的深度范围，以确保适当的性能测量。此外，许多不同的机械测试类型可以在一个单一的系统上执行，允许更大的功能。这为生物材料提供了一系列重要的测量，包括硬度、弹性模量、损耗和存储模量、蠕变以及抗划伤性和屈服强度失效点。
测量目标
在本应用中，Nanovea的机械试验机在纳米压痕模式下，研究了一种生物材料替代品在火腿的脂肪、浅肉和暗肉区域上的硬度和弹性模量。
纳米压痕是基于压痕标准ASTM E2546和ISO 14577。它使用既定的方法，将已知几何形状的压头打入测试材料的特定部位，并控制增加法向载荷。当达到预先设定的最大深度时，法向载荷会减少，直到发生完全松弛。负载由压电致动器施加，并在一个受控的循环中用高灵敏度的称重传感器测量。在实验过程中，压头相对于样品表面的位置由一个高精度的电容式传感器监测。由此产生的负载和位移曲线提供了与被测材料的机械性质相关的数据。已建立的模型通过测量数据计算出定量的硬度和模量值。纳米压痕适用于纳米尺度的低负荷和穿透深度测量。
结果和讨论
下表给出了硬度和杨氏模量的实测值，并附有平均值和标准差。由于压痕尺寸小，高表面粗糙度可能导致结果的大变化。
脂肪区的硬度约为肉区的一半。肉类处理使深色的肉区比浅色的肉区更硬。弹性模量和硬度与脂肪和肉区的口感咀嚼度有直接关系。60秒后，脂肪和浅色肉区的蠕动继续率高于深色肉区。
详细结果-脂肪
详细结果-浅色肉
详细结果-深色肉
总结
在此应用中，Nanovea 的 机械测试器 在纳米压痕模式下，可以可靠地确定脂肪和肉类区域的机械特性，同时克服样品表面粗糙度较高的问题。这证明了 Nanovea 机械测试仪的广泛且无与伦比的功能。该系统同时对极硬的材料和软的生物组织提供精确的机械性能测量。
与压电台闭环控制的负载传感器确保了对1至5kPa的硬或软凝胶材料的精确测量。使用同一系统，可以在更高的负荷下测试生物材料，最高可达400N。多周期加载可用于疲劳测试，使用平坦的圆柱形金刚石尖端可获得每个区域的屈服强度信息。此外，通过动态机械分析（DMA），利用闭环载荷控制，可以高精度地评估粘弹性能损失和储存模量。在同一系统上还可以进行各种温度和液体下的测试。
Nanovea的机械测试仪继续是生物和软聚合物/凝胶应用的最佳测试仪器。
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表面处理过的铜线的磨损和划痕评估
铜线的磨损和划痕评估的重要性
自电磁铁和电报发明以来，铜在电线方面的应用有着悠久的历史。由于铜的耐腐蚀性、可焊性以及在高达150℃的高温下的性能，铜线被广泛用于电子设备，如面板、仪表、计算机、商业机器和电器。所有开采出来的铜大约有一半是用来制造电线和电缆导体的。
铜线的表面质量对应用服务性能和使用寿命至关重要。铜线中的微观缺陷可能导致过度磨损、裂纹的产生和扩展、导电性下降和焊接性不足。适当的铜线表面处理可以消除拉丝过程中产生的表面缺陷，提高耐腐蚀、耐刮擦和耐磨性。许多使用铜线的航空应用需要控制行为以防止意外的设备故障。为了正确评估铜线表面的耐磨性和耐刮擦性，需要进行可量化和可靠的测量。
测量目标
在这个应用中，我们模拟了不同铜线表面处理的受控磨损过程。 划痕测试 测量导致处理过的表面层失效所需的负载。这项研究展示了 Nanovea 摩擦仪 和 机械测试仪 作为电线评估和质量控制的理想工具。
测试过程和程序
通过 Nanovea 摩擦磨损试验机使用线性往复磨损模块评估两种不同表面处理的铜线（线 A 和线 B）的摩擦系数 (COF) 和耐磨性。 Al2O3 球（直径 6 毫米）是本应用中使用的计数器材料。使用 Nanovea 的磨损轨迹进行检查 3D非接触式轮廓仪。测试参数总结于表 1 中。
本次研究以Al₂O₃球为例进行了说明。任何具有不同形状和表面光洁度的固体材料都可以使用定制夹具来模拟实际的应用情况。
Nanovea的机械测试仪配备了罗克韦尔C金刚石触控笔(半径为100 μm)，使用微划痕模式对涂层导线进行了渐进负载划痕测试。划痕测试参数和尖端几何形状如表2所示。
结果和讨论
铜线的磨损。
图2显示了铜线在磨损测试中的COF变化。A线在整个磨损试验过程中显示出稳定的COF约为0.4，而B线在头100转时显示出约0.35的COF，并逐渐增加到约0.4。
图3比较了测试后铜线的磨损轨迹。Nanovea公司的3D非接触式轮廓仪对磨损痕迹的详细形貌进行了出色的分析。通过提供对磨损机理的基本理解，可以直接和准确地确定磨损轨迹体积。经过600转的磨损试验，B线表面有明显的磨损痕迹损伤。剖面仪3D视图显示，B线的表面处理层被完全去除，大大加快了磨损过程。这在铜基板暴露的B线上留下了平坦的磨损痕迹。这可能导致使用B线的电气设备的寿命显著缩短。相比之下，A线的磨损相对较轻，其表面的磨损痕迹较浅。在相同条件下，A线表面处理层不像B线表面处理层那样被去除。
铜线表面的耐刮擦性。
图4显示了测试后导线上的划痕。线材A的保护层表现出非常好的抗划痕能力。相比之下，B线的保护层在约1.0N的载荷下失效。这些线的耐刮擦性有如此大的差异，这有助于它们的磨损性能，其中A线拥有大大增强的耐磨性。图5所示的划痕测试中法向力、COF和深度的演变提供了关于测试中涂层失效的更多信息。
总结
在这项对照研究中，我们展示了Nanovea的摩擦仪对表面处理过的铜线的耐磨性进行定量评估，以及Nanovea的机械测试仪对铜线的耐刮擦性进行可靠评估。铜线的表面处理在其使用寿命中对三者的机械性能起着关键作用。电线A的适当表面处理大大增强了耐磨性和耐刮擦性，这对粗糙环境中的电线的性能和寿命至关重要。
Nanovea的摩擦仪使用符合ISO和ASTM标准的旋转和线性模式，提供精确和可重复的磨损和摩擦测试，在一个预集成的系统中可以选择高温磨损、润滑和三相腐蚀模块。Nanovea无与伦比的范围是确定薄或厚、软或硬的涂层、薄膜和基材的全部摩擦学特性的理想解决方案。
