摩擦损失约占柴油机燃料中总能量的10%。[1].40-55%的摩擦损失来自于动力缸系统。通过更好地了解动力缸系统中发生的摩擦学相互作用，可以减少摩擦造成的能量损失。
动力缸系统中的摩擦损失有很大一部分源于活塞裙部和气缸套之间的接触。由于现实生活中发动机的力、温度和速度不断变化，活塞裙部、润滑油和气缸接口之间的相互作用相当复杂。优化每个因素是获得最佳发动机性能的关键。这项研究的重点是复制造成摩擦力和活塞裙部-润滑油-气缸套（P-L-C）界面磨损的机制。
动力缸系统和活塞裙边-润滑油-缸套界面示意图。
[1] Bai, Dongfang.内燃机活塞裙部润滑的建模。Diss.麻省理工学院, 2012
机油是一种为其应用而精心设计的润滑剂。除了基础油之外，还添加了清洁剂、分散剂、粘度改进剂（VI）、抗磨损/抗摩擦剂和缓蚀剂等添加剂，以提高其性能。这些添加剂影响油在不同操作条件下的表现。油的行为会影响P-L-C界面，并决定是否发生金属-金属接触的显著磨损或流体动力润滑（极少磨损）。
如果不将该地区与外部变量隔离，就很难理解P-L-C接口。用能代表其现实应用的条件来模拟该事件更为实际。该 NANOVEA 摩擦仪 非常适合此目的。配备多个力传感器、深度传感器、逐滴润滑模块和线性往复平台， NANOVEA T2000能够密切模拟发动机组内发生的事件，并获得宝贵的数据，以更好地了解P-L-C接口。
NANOVEA T2000摩擦仪的液体模块
逐滴模块对这项研究至关重要。由于活塞可以以非常快的速度运动（超过3000转/分），因此很难通过浸没样品来形成一层润滑油薄膜。为了解决这个问题，逐滴模块能够持续地在活塞裙部表面施加恒定数量的润滑剂。
新润滑油的应用也消除了脱落的磨损污染物对润滑油性能的影响。
NANOVEA T2000
高负荷摩擦仪
测量目标
本报告将研究活塞裙部-润滑油-缸套的界面。这些界面将通过进行线性往复磨损试验和逐滴润滑油模块进行复制。
润滑剂将在室温和加热条件下使用，以比较冷启动和最佳操作条件。将观察COF和磨损率，以更好地了解界面在实际应用中的表现。
测试参数
负载 ............................100 N
测试时间 ............................30分钟
速度 ............................2000转/分
AMPLITUDE ............................10毫米
总距离 ............................1200 m
涂层 ............................钼-石墨
销材料 ............................铝合金 5052
针孔直径 ............................10毫米
润滑油 ............................机油（10W-30）
流动速度 ............................60 mL/min
温度 ............................室温和90°C
在这个实验中，使用了A5052作为反面材料。虽然发动机缸体通常是由A356等铸铝制成的，但A5052的机械性能与A356相似，适合这种模拟测试[2]。
在测试条件下，显著的磨损是
在室温下在活塞裙部观察到的
与90°C时相比。在样品上看到的深深的划痕表明，在整个测试过程中，静态材料和活塞裙部之间经常发生接触。室温下的高粘度可能限制了油完全填满接口处的空隙并产生金属-金属接触。在更高的温度下，油变稀，能够在销和活塞之间流动。因此，在较高温度下观察到的磨损明显减少。图5显示，磨损疤痕的一侧明显比另一侧磨损得少。这很可能是由于出油口的位置。一边的润滑油膜厚度比另一边的厚，造成了不均匀的磨损。
[2] "5052铝与356.0铝。"MakeItFrom.com, makeitfrom.com/compare/5052-O-Aluminum/A356.0-SG70B-A13560-Cast-Aluminum
表1: 活塞的润滑磨损试验结果。
图1: 常温油品磨损试验的COF图A原始曲线B高通过率C低通过率。
图2: 90°C耐磨油测试的COF图A原始轮廓B高通过C低通过。
图3: 来自RT机油磨损试验的磨损痕的光学图像。
图4: 来自RT机油磨损试验的磨损疤痕的孔洞分析量。
图5: 来自RT机油磨损测试的磨损疤痕的轮廓测量扫描。
图6: 来自90°C机油磨损试验的磨损痕的光学图像
图7: 来自90°C机油磨损试验的磨损疤痕的孔洞分析量。
图8: 来自90°C机油磨损试验的磨损痕的轮廓测量扫描。
在一个活塞上进行了润滑的线性往复磨损测试，以模拟在一台机器上发生的事件。
现实生活中运行的发动机。活塞裙部-润滑油-气缸套界面对发动机的运行至关重要。界面上的润滑油厚度对活塞裙部和气缸套之间的摩擦或磨损造成的能量损失负责。为了优化发动机，油膜厚度必须尽可能薄，而不允许活塞裙部和气缸套接触。然而，挑战在于温度、速度和力的变化将如何影响P-L-C界面。
NANOVEA T2000摩擦仪具有广泛的载荷（高达2000 N）和速度（高达15000 rpm），能够模拟发动机中可能存在的不同条件。未来可能的研究课题包括P-L-C接口在不同的恒定载荷、振荡载荷、润滑油温度、速度和润滑油应用方法下的表现。这些参数可以很容易地通过NANOVEA T2000摩擦仪进行调整，从而对活塞裙部-润滑油-缸套界面的机制有一个全面的了解。
大自然已经成为改进表面结构发展的重要灵感源泉。对自然界中发现的表面结构的了解导致了基于壁虎脚的粘附性研究，基于海参结构变化的耐药性研究，以及基于树叶的排斥性研究，等等。这些表面有许多潜在的应用，从生物医学到服装和汽车。要想取得这些表面上的突破，必须发展制造技术，使表面特征能够被模仿和复制。这一过程需要识别和控制。
NANOVEA Jr25 便携式产品采用 Chromatic Light 技术 光学轮廓仪 具有测量几乎任何材料的卓越能力。这包括在自然界广泛的表面特征中发现的独特且陡峭的角度、反射和吸收表面。 3D 非接触式测量提供完整的 3D 图像，以便更全面地了解表面特征。如果没有 3D 功能，自然表面的识别将仅依赖于 2D 信息或显微镜成像，而这无法提供足够的信息来正确模拟所研究的表面。了解全面的表面特征，包括纹理、形状、尺寸等，对于成功制造至关重要。
在现场轻松获得实验室质量的结果的能力，为新的研究机会打开了大门。
测量目标
在这个应用中， NANOVEA Jr25是用来测量叶片的表面。有一个无穷无尽的表面参数列表，可以在三维表面扫描后自动计算。
在这里，我们将审查三维表面并选择
要进一步分析的感兴趣的领域，包括
量化和调查表面粗糙度、通道和地形情况
NANOVEA
JR25
皱纹深度
沟壑的平均密度。16.471 cm/cm2
沟壑平均深度:97.428 μm
沟壑最大深度: 359.769 μm
在这个应用中，我们已经展示了如何 NANOVEA Jr25便携式三维非接触式光学轮廓仪可以在现场精确地描述叶子表面的地形和纳米级的细节。从这些三维表面测量结果中，可以迅速确定感兴趣的区域，然后用无尽的研究清单进行分析(尺寸，粗糙度完成的纹理，形状形式地形，平整度翘曲度平面度，体积面积，阶梯高度 和其他）。可以很容易地选择一个二维截面来分析进一步的细节。有了这些信息，就可以用一套完整的表面测量资源对有机表面进行广泛调查。特别感兴趣的领域可以通过桌面模型上的集成AFM模块进一步分析。
NANOVEA 还提供用于现场研究的便携式高速轮廓仪和各种基于实验室的系统，并提供实验室服务。
石英晶体微天平（QCM）是一种极其敏感的质量传感器，能够对纳克级的小质量进行精确测量。QCM通过检测石英晶体共振频率的变化来测量表面的质量变化，有两个电极分别贴在板的两侧。测量极小重量的能力使其成为各种研究和工业仪器的关键部件，用于检测和监测质量、吸附、密度和腐蚀等的变化。
作为一种极其精确的设备，QCM可测量低至0.1纳克的质量变化。石英板上电极的任何质量损失或分层都会被石英晶体检测到，并导致重大测量误差。因此，电极涂层的内在质量和涂层/基底系统的界面完整性在进行准确和可重复的质量测量中起着重要作用。微量划痕试验是一种广泛使用的比较性测量，基于对出现故障的临界载荷的比较，评估涂层的相对内聚力或粘附性能。它是对QCM进行可靠的质量控制的一个卓越工具。
测量目标
在这个应用中， NANOVEA 机械测试仪，在微划痕模式下，用于评估 QCM 样品石英基板上金涂层的内聚力和粘合强度。我们想展示的能力 NANOVEA 机械测试仪在对精致的样品进行微观划痕测试时，具有很高的精度和可重复性。
NANOVEA
PB1000
ǞǞǞ NANOVEA 使用PB1000机械测试仪对QCM样品进行微划痕测试，测试参数总结如下。进行了三次划痕，以确保结果的可重复性。
装载类型。 渐进的
初始负载
0.01 N
终极装载
30 N
气候环境。 空气 24°C
滑动速度
2毫米/分钟
划痕长度
2毫米
QCM样品上的全部微观划痕如图所示 图1.不同临界载荷下的失效行为显示在图2中。，其中临界负荷，LC1 被定义为在划痕中出现粘合剂失效的第一个迹象的载荷，LC2 是发生重复性粘接失效后的负荷，而LC3 是涂层从基体上完全去除的载荷。可以看出，在LC1 的11.15N，这是涂层失效的第一个迹象。
在微划痕试验中，随着正常载荷的不断增加，在LC2 的16.29N。当LC3 达到19.09N时，涂层完全从石英基体上剥离。这样的临界载荷可以用来定量比较涂层的内聚力和粘合力，并为目标应用选择最佳候选者。
图1: QCM样品上的完整微划痕。
图2: 在不同的临界载荷下的微观划痕轨道。
图3 图为摩擦系数和深度的演变，这可能为微划痕试验期间涂层故障的进展提供更多的启示。
图3: 在微划痕测试期间，COF和深度的演变。
在这项研究中，我们展示了 NANOVEA 机械测试仪可在QCM样品上进行可靠而准确的微划痕测试。通过以受控和密切监测的方式施加线性增加的载荷，划痕测量使用户能够确定发生典型的内聚性和粘附性涂层失效的临界载荷。它为定量评估和比较涂层的内在质量以及用于 QCM 的涂层/基底系统的界面完整性提供了一个卓越的工具。
的纳米、微观或宏观模块。 NANOVEA 机械测试仪都包括符合ISO和ASTM标准的压痕、划痕和磨损测试仪模式，在一个系统中提供了最广泛和最友好的测试范围。 NANOVEA我们无与伦比的产品系列是确定薄或厚、软或硬的涂层、薄膜和基质的全部机械性能的理想解决方案，包括硬度、杨氏模量、断裂韧性、粘附性、耐磨性和许多其他性能。
此外，还有一个可选的3D非接触式轮廓仪和AFM模块，用于对压痕、划痕和磨损轨迹进行高分辨率的3D成像，以及其他表面测量，如粗糙度和翘曲度。
标准维氏显微硬度计的可用载荷范围为10至2000克力（gf）。标准维氏宏观硬度计的载荷范围为1至50Kgf。这些仪器不仅在载荷范围上非常有限，而且在处理较粗糙的表面或低载荷时也不准确，因为压痕太小，无法用肉眼测量。这些限制是旧技术所固有的，因此，由于仪器压痕所带来的更高的准确性和性能，它正成为标准选择。
与 NANOVEA世界领先的微型机械测试系统，维氏硬度是根据深度与载荷数据自动计算出来的，在单个模块上的载荷范围是迄今为止最宽的（0.3克到2公斤或6克到40公斤）。由于它是通过深度与载荷曲线来测量硬度，NANOVEA微模块可以测量任何类型的材料，包括非常有弹性的材料。它不仅可以提供维氏硬度，还可以提供精确的弹性模量和蠕变数据，此外还可以提供其他类型的测试，如划痕附着力测试、磨损、疲劳测试、屈服强度和断裂韧性，以获得完整的质量控制数据。
在本应用说明中，将解释Micro Module如何被设计为提供世界领先的仪器压痕和划痕测试。Micro Module的宽范围测试能力是许多应用的理想选择。例如，载荷范围允许对薄的硬涂层进行准确的硬度和弹性模量测量，然后可以应用更高的载荷来测量这些相同涂层的附着力。
测试条件
一系列（3×4，共12个压痕）的微压痕是用维氏压头在一个标准的钢铁样品上进行的。测量并记录了整个压痕测试周期的载荷和深度。在不同的最大负载下进行压痕，范围从0.03N到200N（0.0031到20.4kgf），以展示微型模块在不同负载下进行精确压痕测试的能力。值得注意的是，还可以选择20N的称重传感器，为从0.3gf到2kgf的低负载范围内的测试提供10倍的分辨率。
使用微型模块进行了两次划痕测试，载荷分别从0.01N到200N和从0.01N到0.5N线性增加，使用尖端半径为500μm和20μm的圆锥型金刚石测针。
二十 显微压痕 在4N的条件下对钢的标准样品进行了测试，展示了微模块结果的卓越可重复性，与传统的维氏硬度计的性能形成鲜明对比。
*在钢样上用微探针测量
的缩进映射
绘制地图。 3 BY 4 INDENTS
结果和讨论
新的微型模块有一个独特的组合，即Z型电机、高力负荷传感器和一个高精度电容式深度传感器。对独立的深度和负载传感器的独特利用确保了在所有条件下的高精确度。
传统的维氏硬度测试使用以钻石为基础的金字塔压头，形成方形压痕。通过测量对角线的平均长度d，可以计算出维氏硬度。
相比较而言，美国国家航空航天局所使用的仪器压痕技术 NANOVEA微模块直接测量压痕载荷和位移测量的机械性能。不需要对压痕进行视觉观察。这消除了用户或计算机在确定压痕的d值时的图像处理误差。高精度的电容式深度传感器具有0.3纳米的极低噪音水平，可以准确测量传统维氏硬度计难以或无法在显微镜下目测的压痕深度。
此外，竞争者使用的悬臂技术通过弹簧在悬臂梁上施加法向载荷，而这一载荷反过来又作用于压头。这样的设计在施加高负荷时有一个缺陷--悬臂梁不能提供足够的结构刚度，导致悬臂梁的变形，进而导致压头的错位。相比之下，微型模块通过作用在称重传感器上的Z型电机施加法向载荷，然后由压头直接施加载荷。所有的元素都是垂直排列的，以达到最大的刚度，确保在整个负载范围内可重复和准确的压痕和划痕测量。
新的微型模块的特写视图
压痕图的图像显示在图1中。10N以上的两个相邻压痕之间的距离是0.5毫米，而在较低的载荷下的距离是0.25毫米。样品台的高精度位置控制使用户可以选择目标位置进行机械性能测绘。由于微型模块的部件垂直排列而具有出色的刚度，维氏压头在高达200N（可选400N）的载荷下穿入钢样时保持完美的垂直方向。这在不同的载荷下，在样品表面形成了对称的方形印象。
如图2所示，显微镜下不同载荷下的单个压痕与两个划痕一起显示，以展示新的微型模块在广泛的载荷范围内以高精度进行压痕和划痕测试的能力。如正常载荷与划痕长度图所示，当圆锥球形金刚石测针在钢样表面滑动时，正常载荷呈线性增长。它创造了一个平滑的直线划痕，宽度和深度逐渐增加。
图1: 缩进图
使用微型模块进行了两次划痕测试，载荷分别从0.01N到200N和从0.01N到0.5N线性增加，使用尖端半径为500μm和20μm的圆锥型金刚石测针。
在4N的条件下对钢铁标准样品进行了20次微压痕测试，展示了微模块结果的卓越可重复性，与传统的维氏硬度计的性能形成对比。
a: 显微镜下的压痕和划痕（360x）。
b：显微镜下的压痕和划痕（3000倍）。
图2: 不同最大载荷下的载荷与位移图。
不同最大载荷下的压痕过程中的载荷-位移曲线如图所示 图3. 硬度和弹性模量的总结和比较见图4。在整个测试载荷范围从0.03到200N（可能范围为0.003到400N）的过程中，钢样表现出恒定的弹性模量，导致平均值为~211GPa。硬度表现出一个相对恒定的值，即在100N以上的最大载荷下测得的~6.5GPa。随着载荷降低到2至10N的范围，测得的平均硬度为~9GPa。
图3: 不同最大载荷下的载荷与位移图。
图4: 通过不同的最大载荷测量钢样的硬度和杨氏模量。
在4N最大载荷下进行了20次微压痕测试。负载-位移曲线显示在 图5 所得的维氏硬度和杨氏模量如图所示。 图6.
图5: 4N下的微压痕测试的载荷-位移曲线。
图6: 在4N条件下，20个微压痕的维氏硬度和杨氏模量。
负载-位移曲线显示了新的微型模块的卓越可重复性。新的微型模块测量的钢标准件的维氏硬度为842±11HV，而使用传统的维氏硬度计测量的维氏硬度为817±18HV。硬度测量的标准偏差小，确保了在工业部门和学术研究领域的材料研发和质量控制中对机械性能进行可靠和可重复的表征。
此外，根据载荷-位移曲线计算出的杨氏模量为208±5 GPa，由于压痕过程中缺少深度测量，传统的维氏硬度计无法获得这一数据。随着载荷的降低和压痕尺寸的减小，杨氏模量也随之降低。 NANOVEA 与维氏硬度计相比，微模块在重复性方面的优势越来越大，直到不再可能通过目视检查来测量压痕。
在处理较粗糙或在维氏硬度计提供的标准显微镜下较难观察的样品时，测量深度来计算硬度的优势也变得很明显。
在这项研究中，我们展示了新的世界领先的NANOVEA微模块（200 N范围）是如何在0.03到200 N（3 gf到20.4 kgf）的宽负荷范围内进行无与伦比的可重复的和精确的压痕和划痕测量。一个可选的低量程微模块可以提供从0.003到20N（0.3gf到2kgf）的测试。Z型电机、高力称重传感器和深度传感器的独特垂直排列确保了测量过程中最大的结构刚度。在不同载荷下测量的压痕在样品表面都具有对称的方形形状。在最大载荷为200N的划痕测试中，产生了一条宽度和深度逐渐增加的直线划痕轨迹。
新的微型模块可以配置在PB1000（150 x 200毫米）或CB500（100 x 50毫米）的机械基座上，具有Z型机动化（50毫米范围）。结合强大的摄像系统（位置精度为0.2微米），这些系统提供了市场上最好的自动化和制图能力。NANOVEA还提供了一个独特的专利功能（EP No. 30761530），通过在整个负载范围内进行一次缩进，可以验证和校准维氏缩进器。相比之下，标准的维氏硬度计只能提供一种载荷下的校准。
此外，如果需要，NANOVEA软件使用户能够通过测量压痕对角线的传统方法来测量维氏硬度（针对ASTM E92和E384）。如本文所示，与传统的硬度计相比，由NANOVEA微模块进行的深度与载荷硬度测试（ASTM E2546和ISO 14577）是精确和可重复的。特别是对于那些不能用显微镜观察/测量的样品。
总之，微模块设计的更高精确度和可重复性，以及其广泛的负载和测试范围、高度自动化和绘图选项，使传统的维氏硬度计过时。但同样地，目前仍在提供的划痕和微划痕测试仪也是如此，但在20世纪80年代的设计中存在缺陷。
这种技术的不断发展和改进使NANOVEA成为微观机械测试的世界领导者。
砂纸。粗糙度和颗粒直径分析
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砂纸是一种常见的商业化产品，用作磨料。砂纸最常见的用途是去除涂层或利用其磨蚀性对表面进行抛光。这些磨料特性被分为不同的等级，每一种等级都与光滑程度和质量有关。
砂纸的表面粗糙度。为了达到理想的磨料特性，砂纸制造商必须确保磨料颗粒具有特定的尺寸，并且偏差很小。为了量化砂纸的质量，NANOVEA的3D非接触式 轮廓仪 可用于获得样品区域的算术平均（Sa）高度参数和平均颗粒直径。
使用砂纸时，磨料颗粒与被砂表面的相互作用必须均匀，才能获得一致的表面光洁度。为了量化这一点，可以使用NANOVEA的3D非接触式光学剖面仪观察砂纸的表面，以查看颗粒大小、高度和间距的偏差。
测量目标
在这项研究中，五种不同的砂纸粒度（120。
180、320、800和2000）的扫描。
NANOVEA ST400 3D非接触式光学轮廓仪。
从扫描中提取出Sa，并将粒子
规模是通过进行Motifs分析来计算的。
找到它们的等效直径
NANOVEA
ST400
砂纸的表面粗糙度(Sa)和颗粒尺寸随着砂砾的增加而减小，如预期的那样。Sa范围为42.37 ~ 3.639 μm。粒径范围为127±48.7 ~ 21.27±8.35。与高度变化较小的颗粒相比，较大的颗粒和高度变化较大的颗粒对表面产生更强的研磨作用。
请注意所有给定高度参数的定义都列在第A.1页。
表1: 砂纸粒度和高度参数的比较。
表2: 砂纸等级和颗粒直径的比较。
砂纸的2D和3D视图
下面是砂纸样品的假色和三维视图。
使用0.8毫米的高斯滤波器来消除形状或波浪。
动机分析
NANOVEA公司的3D非接触式光学轮廓仪能够精确扫描具有微纳米特征的表面，因此被用于检测各种砂纸磨粒的表面特性。
使用先进的软件分析三维扫描，获得了每个砂纸样品的表面高度参数和等效颗粒直径。据观察，随着砂粒大小的增加，表面粗糙度（Sa）和颗粒大小如预期的那样下降。
使用三维轮廓测量法的表面边界测量
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在对表面特征、图案、形状等的界面进行方位评估的研究中，快速确定整个测量剖面上的关注区域将是非常有用的。通过将一个表面分割成重要的区域，用户可以快速评估边界、峰值、凹点、面积、体积和许多其他方面，以了解它们在整个研究的表面轮廓中的功能作用。例如，像金属的晶界成像，分析的重要性是许多结构的界面和它们的整体方向。通过了解每个感兴趣的区域的缺陷和或整体区域内的异常可以被识别。尽管晶界成像通常是在超过Profilometer能力的范围内进行研究，而且只是二维图像分析，但它是一个有用的参考，说明这里将在更大范围内显示的概念以及三维表面测量的优势。
与接触式探针或干涉测量等其他技术不同， 3D 非接触式轮廓仪使用轴向色差，可以测量几乎任何表面，由于开放式分级，样品尺寸可能变化很大，并且不需要样品制备。在表面轮廓测量过程中获得纳米到宏观范围，样品反射率或吸收的影响为零，具有测量高表面角度的先进能力，并且无需软件对结果进行操作。轻松测量任何材料：透明、不透明、镜面、漫射、抛光、粗糙等。非接触式轮廓仪技术提供了理想、广泛且用户友好的功能，可在需要表面边界分析时最大限度地进行表面研究；以及 2D 和 3D 组合功能的优势。
测量目标
在这个应用中，Nanovea ST400轮廓仪被用来测量泡沫聚苯乙烯的表面积。通过结合反射强度文件和地形来建立边界，这些文件由NANOVEA ST400同时获取。这些数据被用来计算每个聚苯乙烯泡沫“颗粒”的不同形状和大小信息。
NANOVEA
ST400
地形图（下图左）被反射强度图（下图右）所掩盖，以明确界定晶粒的边界。所有直径在565微米以下的晶粒都通过应用过滤器被忽略了。
谷物总数。167
谷物所占的总投影面积。166.917 mm² (64.5962 %)
边界所占的预计总面积：(35.4038 %)
谷物的密度。0.646285粒/平方毫米
结果与讨论：三维表面边界测量
通过使用获得的三维地形数据，可以分析每个晶粒的体积、高度、峰值、长宽比和一般形状信息。占用的总三维面积：2.525mm3
在这个应用中，我们展示了NANOVEA 3D非接触式轮廓仪如何精确地表征聚苯乙烯泡沫塑料的表面。统计信息可以在整个感兴趣的表面或单个晶粒上获得，无论它们是峰值还是凹坑。在这个例子中，所有大于用户定义尺寸的晶粒被用来显示面积、周长、直径和高度。这里显示的特征对天然和预制表面的研究和质量控制至关重要，范围包括生物医学和微加工应用以及许多其他应用。
用摩擦仪进行玻璃涂层湿度磨损测试
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自洁玻璃涂层创造了一个易于清洁的玻璃表面，防止污垢、灰尘和污点的堆积。它的自洁功能大大减少了清洁的频率、时间、能源和成本，使它成为各种住宅和商业应用的有吸引力的选择，如玻璃外墙、镜子、淋浴玻璃、窗户和挡风玻璃。
自清洁涂层的一个主要应用是摩天大楼的玻璃外墙的外表面。玻璃表面经常受到强风携带的高速颗粒的攻击。天气状况对玻璃涂层的使用寿命也起着重要作用。当旧的涂层失效时，对玻璃进行表面处理并涂上新的涂层是非常困难和昂贵的。因此，玻璃涂层的耐磨性在以下情况下是非常重要的。
不同的天气状况是关键。
为了模拟自清洁涂层在不同天气下的真实环境条件，需要在受控和监测的湿度下进行可重复的磨损评估。它允许用户正确地比较暴露在不同湿度下的自清洁涂层的耐磨性，并为目标应用选择最佳的候选者。
测量目标
在这项研究中，我们展示了 NANOVEA 配备湿度控制器的T100摩擦仪是研究自清洁玻璃涂层在不同湿度下的耐磨性的理想工具。
NANOVEA
T100
测试程序
钠钙玻璃显微镜载玻片被涂上了两种不同处理配方的自洁玻璃涂层。这两种涂层被确定为涂层1和涂层2。还测试了一个未涂层的裸玻璃载玻片作为比较。
NANOVEA 摩擦仪 配备湿度控制模块的自清洁玻璃涂层用于评估摩擦学行为，例如摩擦系数、COF 和耐磨性。将 WC 球头（直径 6 毫米）应用于测试样品。 COF 是现场记录的。连接到摩擦室的湿度控制器将相对湿度 (RH) 值精确控制在 ±1 % 范围内。磨损试验后，在光学显微镜下检查磨损轨迹形态。
在不同的湿度条件下，对有涂层和无涂层的玻璃进行了针尖对磁盘的磨损试验。
样品。如图所示，在磨损测试期间，COF被现场记录下来。 图1 和平均COF总结为 图2. 图4 比较了磨损试验后的磨损痕迹。
如图所示 图1在30% RH中，一旦开始滑动运动，未镀膜的玻璃就表现出很高的COF，约为0.45，在300转的磨损试验结束时，它逐渐增加到约0.6。与此相比，
涂层玻璃样品 涂层1和涂层2在测试开始时显示出低于0.2的低COF。COF
在测试的其余部分，涂层2的COF稳定在~0.25，而涂层1的COF在~0.25时急剧增加。
~250转，COF达到~0.5的值。当在60% RH中进行磨损试验时，其
在整个磨损测试中，未涂层的玻璃仍然显示出较高的COF值，约为0.45。涂层1和2显示的COF值分别为0.27和0.22。在90% RH中，未涂层的玻璃在磨损试验结束时拥有约0.5的高COF。涂层1和2在磨损试验开始时表现出可比的COF约为0.1。涂层1保持相对稳定的COF~0.15。然而，涂层2在约100转时失效，随后在磨损试验结束时，COF显著增加到约0.5。
自清洁玻璃涂层的低摩擦力是由它的低表面能引起的。它创造了一个非常高的静态
水接触角和低滚降角。它导致在90% RH的涂层表面形成小水滴，在显微镜下显示为 图3.当相对湿度值从30%增加到90%时，也导致涂层2的平均COF从~0.23下降到~0.15。
图1: 在不同的相对湿度下进行针盘试验时的摩擦系数。
图2: 在不同的相对湿度下进行的盘上针测试的平均COF。
图3: 在涂层玻璃表面形成小水滴。
图4 比较了在不同湿度下进行磨损试验后玻璃表面的磨损痕迹。涂层1在30%和60%的相对湿度下进行磨损试验后表现出轻微的磨损迹象。在90%相对湿度的测试后，它拥有一个大的磨损痕迹，与磨损测试期间COF的明显增加相一致。涂层2在干燥和潮湿的环境中进行磨损试验后，几乎没有磨损的迹象，而且在不同湿度的磨损试验中，它也表现出持续的低COF。良好的摩擦学性能和低表面能的结合使涂层2成为恶劣环境中自清洁玻璃涂层应用的良好候选者。相比之下，未涂层的玻璃在不同湿度下显示出较大的磨损痕迹和较高的COF，证明了自清洁涂层技术的必要性。
图4: 在不同的相对湿度下进行针盘测试后的磨损痕迹（200倍放大）。
NANOVEA T100摩擦仪是对不同湿度的自清洁玻璃涂层进行评估和质量控制的卓越工具。原位COF测量的能力使用户能够将磨损过程的不同阶段与COF的演变联系起来，这对于提高对玻璃涂层的磨损机制和摩擦学特性的基本认识至关重要。基于对不同湿度下测试的自清洁玻璃涂层的综合摩擦学分析，我们表明涂层2在干燥和潮湿的环境中都拥有恒定的低COF和卓越的耐磨性，使其成为暴露在不同气候下的自清洁玻璃涂层应用的更好的候选者。
NANOVEA 摩擦仪采用符合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选择高温磨损、润滑和三相腐蚀模块。可选的3D非接触式轮廓仪可用于高
除了其他表面测量（如粗糙度）外，还可以对磨损轨迹进行分辨率三维成像。
用纳米压痕法研究聚合物的蠕动变形
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作为粘弹性材料，聚合物在一定的外加载荷下经常发生随时间变化的变形，也称为蠕变。当聚合物部件被设计为暴露在持续的压力下时，蠕变就成为一个关键因素，如结构部件、连接件和配件以及静水压力容器。
粘弹性的固有性质对聚合物的性能起着至关重要的作用，并直接影响其使用可靠性。负载和温度等环境条件影响聚合物的蠕变行为。由于缺乏对特定使用条件下使用的聚合物材料随时间变化的蠕变行为的警惕性，经常会发生蠕变失效。因此，开发一种可靠且定量的聚合物粘弹性机械行为测试方法非常重要。 NANOVEA 的 Nano 模块 微纳米力学测试系统 通过高精度压电元件施加负载，并直接测量原位力和位移的演变。准确性和可重复性的结合使其成为蠕变测量的理想工具。
使用NANOVEA PB1000机械测试仪，用纳米压痕技术测试了8种不同的聚合物样品。当载荷从0到40毫牛线性增加时，深度在加载阶段逐渐增加。然后通过在最大载荷40 mN的30秒内压痕深度的变化来测量蠕变。
缩略语类型
贝尔科维奇
钻石
*纳米压痕测试的设置
不同聚合物样品的纳米压痕试验的载荷与位移图见图1，蠕变曲线比较见图2。硬度和杨氏模量总结于图3，蠕变深度显示于图4。作为图1中的一个例子，纳米压痕测量的载荷-位移曲线的AB、BC和CD部分分别代表加载、蠕变和卸载过程。
在测试的聚合物中，Delrin和PVC的硬度最高，分别为0.23和0.22GPa，而LDPE的硬度最低，为0.026GPa。一般来说，较硬的聚合物显示出较低的蠕变率。最软的LDPE具有最高的798纳米的蠕变深度，而Delrin的蠕变深度约为120纳米。
当聚合物被用于结构件时，其蠕变特性是至关重要的。通过精确测量聚合物的硬度和蠕变，可以更好地了解聚合物随时间变化的可靠性。使用NANOVEA PB1000机械测试仪也可以在不同的高温和湿度下测量蠕变，即给定载荷下的位移变化，为定量和可靠地测量聚合物的粘弹性机械行为提供一个理想的工具。
在模拟的现实应用环境中。
图1: 负荷与位移的关系图
不同的聚合物。
图2: 在最大负荷为40 mN的情况下蠕动30秒。
图3: 聚合物的硬度和杨氏模量。
图4: 聚合物的蠕变深度。
在这项研究中，我们展示了NANOVEA PB1000
机械测试仪测量不同聚合物的机械性能，包括硬度、杨氏模量和蠕变。这种机械性能对于为预期应用选择适当的聚合物材料至关重要。德林和聚氯乙烯的硬度最高，分别为0.23和0.22GPa，而低密度聚乙烯的硬度最低，为0.026GPa。一般来说，较硬的聚合物表现出较低的蠕变率。最软的LDPE显示出最高的蠕变深度为798纳米，而Derlin则为120纳米。
NANOVEA机械测试机在一个平台上提供了无可比拟的多功能纳米和微米模块。纳米和微米模块都包括划痕测试器、硬度测试器和磨损测试器模式，在单一系统上提供了最疯狂和最方便的测试范围。
利用纳米压痕对多相材料的冶金学研究
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冶金学研究金属元素的物理和化学行为，以及它们的金属间化合物和合金。经历了铸造、锻造、轧制、挤压和机械加工等加工过程的金属，在其相位、微观结构和纹理方面经历了变化。这些变化导致了不同的物理特性，包括材料的硬度、强度、韧性、延展性和耐磨性。金相学经常被用来了解这种特定相、微观结构和纹理的形成机制。
先进材料通常具有特殊微观结构和纹理的多个相，以实现工业实践中目标应用的理想机械性能。 纳米压痕 广泛应用于测量小尺度的材料的机械行为 i ii. 然而，在一个非常小的区域内精确选择特定的压痕位置是具有挑战性和耗时的。我们需要一个可靠的和用户友好的纳米压痕测试程序，以确定材料不同阶段的机械性能，并进行高精度和及时的测量。
测量目标
在这个应用中，我们使用最强大的机械测试仪：NANOVEA PB1000来测量一个多相冶金样品的机械性能。
在这里，我们展示了PB1000在使用我们的高级位置控制器对大型样品表面的多个阶段（晶粒）进行高精度和用户友好的纳米压痕测量的能力。
NANOVEA
PB1000
在这项研究中，我们使用了一个具有多相的冶金样品。在进行压痕测试之前，该样品已被抛光至镜面效果。在样品中确定了四个阶段，即第1阶段、第2阶段、第3阶段和第4阶段，如下所示。
高级平台控制器是一个直观的样品导航工具，它可以根据鼠标的位置自动调整光学显微镜下的样品移动速度。鼠标离视野中心越远，平台向鼠标的方向移动的速度就越快。这提供了一种用户友好的方法来浏览整个样品表面并选择预定的位置进行机械测试。测试位置的坐标被保存和编号，以及它们各自的测试设置，如载荷、加载/卸载速率、地图中的测试数量等。这样的测试程序使用户可以在一个大的样品表面检查出特定的压痕感兴趣的区域，并在不同的位置一次性进行所有的压痕测试，使其成为对具有多个阶段的冶金样品进行机械测试的理想工具。
在这项研究中，我们在光学显微镜下定位了样品的特定相位，并将其整合在一起。 NANOVEA 机械测试仪上的编号 图1.所选位置的坐标被保存下来，然后在下面总结的测试条件下一次性进行自动纳米压痕测试
下面显示的是样品不同阶段的压痕。我们证明了样品台的出色位置控制在 NANOVEA 机械测试仪 允许用户精确定位机械性能测试的目标位置。
压痕的代表性载荷-位移曲线如图所示。 图2，以及用Oliver和Pharr方法计算的相应硬度和杨氏模量iii 中进行了总结和比较。 图3.
ǞǞǞ 第1、2、3阶段 和 4 拥有的平均硬度分别为~5.4、19.6、16.2和7.2 GPa。相对较小的尺寸为 第2阶段 导致其硬度和杨氏模量值的标准偏差更高。
图3: 不同阶段的硬度和杨氏模量
在这项研究中，我们展示了NANOVEA机械测试仪使用高级平台控制器对一个大型冶金样品的多个阶段进行纳米压痕测量。精确的位置控制使用户能够轻松地浏览大型样品表面，直接选择感兴趣的区域进行纳米压痕测量。
所有压痕的位置坐标被保存，然后连续进行。这样的测试程序使得在小范围内的局部机械性能的测量，例如本研究中的多相金属样品，大大减少了时间和用户友好。硬质相2、3和4改善了样品的机械性能，分别拥有约19.6、16.2和7.2GPa的平均硬度，而硬质相1则为约5.4GPa。
该仪器的纳米、微观或宏观模块都包括符合ISO和ASTM标准的压痕、划痕和磨损测试仪模式，在一个系统中提供了最广泛和最方便的测试范围。NANOVEA无与伦比的范围是确定薄或厚、软或硬的涂层、薄膜和基材的全部机械性能的理想解决方案，包括硬度、杨氏模量、断裂韧性、附着力、耐磨性和许多其他性能。
i Oliver, W. C.; Pharr, G. M., 《材料研究杂志》，第19卷，第1期，2004年1月，第3-20页。
ii Schuh, C.A., 《今日材料》，第9卷，第5期，2006年5月，第32-40页。
iii Oliver, W. C.; Pharr, G. M., 《材料研究杂志》，第7卷第6期，1992年6月，第1564-1583页
和所有的材料一样，橡胶的摩擦系数也是相关的 部分原因在于它的表面粗糙度。在车辆轮胎应用中，与路面的牵引力是非常重要的。表面粗糙度和轮胎的胎面都有影响。对橡胶表面及胎面粗糙度和尺寸进行了分析。
*样本
重要性
三维非接触式轮廓测量法
用于橡胶研究
与接触式探针或干涉测量等其他技术不同，NANOVEA 的 3D 非接触式光学轮廓仪 使用轴向色差来测量几乎任何表面。
三位轮廓仪开放式平台适用于多种类和不同大小的样品。通过宏观范围的特征可以在单次扫描中检测到纳米级的台阶，不受样品反射率或吸收的影响。此外，这些剖面仪有先进的能力来测量高的表面角度，而不需要软件操作的结果。
轻松地测量任何材料：透明的、不透明的、镜面的、扩散的、抛光的、粗糙的等等。NANOVEA 3D非接触式轮廓仪的测量技术提供了一种理想的、广泛的和用户友好的能力，以最大限度地进行表面研究，同时还具有2D和3D相结合的能力。
测量目标
在这个应用中，我们展示了NANOVEA ST400。 一个三维非接触式光学轮廓仪测量 橡胶轮胎的表面和胎面。
足够大的样品表面积可以代表 整个轮胎表面都是随机选择的 为这项研究。
为了量化橡胶的特性，我们使用 NANOVEA Ultra三维分析软件，以 测量轮廓尺寸，深度。 表面的粗糙度和面积。
NANOVEA
ST400
胎面的三维视图和假彩色视图显示了三维表面设计的制图价值。它为用户提供了一个直接的工具，从不同角度直接观察胎面的尺寸和形状。高级轮廓分析和阶梯高度分析都是非常强大的工具，用于测量样品形状和设计的精确尺寸
高级轮廓分析
台阶高度分析
橡胶表面可以用多种方法量化，使用内置软件工具，如下图所示为例。可以观察到表面粗糙度为2.688 μm，显影面积比投影面积为9.410 mm²比8.997 mm²。这些信息使我们能够检查不同橡胶配方的表面光洁度和牵引力之间的关系，甚至是表面磨损程度不同的橡胶。
在这个应用中，我们已经展示了NANOVEA如何 三维非接触式光学轮廓仪可以精确地描述橡胶的表面粗糙度和胎面尺寸。
数据显示，表面粗糙度为2.69微米，开发面积为9.41平方毫米，投影面积为9平方毫米。 橡胶踏板的各种尺寸和半径被 衡量也是如此。
本研究提出的信息可用于比较具有不同胎面设计、配方或不同磨损程度的橡胶轮胎的性能。 这里显示的数据只代表了部分的 Ultra 3D分析软件中提供的计算方法。
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