Tribologisches Testen & Charakterisieren von Oberflächen ... · 7/1/2014 Tribologisches Testen und...

Tribologisches Testen & Charakterisieren von Oberflächen – Anwendungen in der Automobilindustrie

7/1/2014 2Tribologisches Testen und Charakterisierung von Oberflächen in der Automobilindustrie

• Verringerung von Reibung - Energieersparnis.• Verringerung von Masse.• Gleichzeitig Verringerung von Verschleiß. • Geringerer Bedarf an Schmiermitteln• Pflanzenölbasierte Schmiermittel• Umweltfreundliche Beschichtungen

Autos und die Automobilindustrie werden “grüner” !

Tribologie hilft dabei:

Tribologie ist “grün” !


Überblick

• Gestatten… Bruker

• Tribologie - Grundlagen

• Der Universelle Material-Tester UMT

• Kritische Elemente eines Tribo-Systems

• Standardisierte Tribo-Tests

• Tribologische Tests in der Automobilindustrie

• Optische 3D-Mikroskopie - Grundlagen

• Optische 3D-Mikroskopie - Beispiele

• Schlußbemerkung

• Frage & Antwort


Bruker - Messtechnik und Analytik

Bruker BioSpinMedizintechnik(NMR, MRI, EPR)

Bruker DaltonicsElementanalyse(MS, GC)

Bruker ESTEnergie, Supraleiter

Bruker AXSRöntgen-Analytik(XRF, XRD, µXRD)

Bruker OpticsSpektroskopie (FT-IR, NIR, Raman, THz)

Bruker Nano Surfaces DivisionCharakterisierung von Oberflächen(Rasterkraftmikroskopie, Optische & taktile Profilometrie, Tribologie und mechanisches Testen)

Gründung: 1960 KarlsruheJahresumsatz 2013: 1840 Mio. US-$


Bruker Nano Surfaces Division


• 1993 gegründet als CETR – Erste Produkte: HDD Tester

• Universal Material Tester Plattform (UMT) seit 2000.

• Über 650 Systeme im Feld.

• Teil von Bruker Nano Surfaces Division seit Oktober 2011.

Bruker TMT Tribologie und mechanisches Testen


Tribologie – ein paar „Basics“










• Frage & Antwort


Tribologie ist die Wissenschaft von der Reibung

Einfacher Zusammenhang

F=µN

N

F

µ = F/N = “COF”

Der Reibungskoeffizient(coefficient of friction)

• Oberflächenrauheit

• Schmiermittel

• Oberflächenchemie

• Kontaktstress

• Kontaktgeometrie

• Umgebungsbedingungen

• Temperatur

• Gleitgeschwindigkeit

• Zeit …

Der Reibungskoeffizient hängt ab von


Beim Entwurf eines tribologischen Tests ist zu beachten:

Tribologie-Test muß

unter den richtigen

Bedingungen

durchgeführt werden

Definiere den

Tribo-Test

Tribologie befasst sich mit “Tribo-Systemen”

Reibung ist KEINEMaterialeigenschaft

Reibung ist eine „System“-Eigenschaft

Es gibt keinen COF von „Stahl“ oder „Gummi“

Auch Verschleiß ist eine „System“-Eigenschaft


Tribologische Prüfkategorien (Prüfkette)

Universal Material Tester

Courtesy Martin Grebe, Hochschule Mannheim


Der Universelle Material-Tester UMT










• Frage & Antwort


Bruker UMT Universal Materials Tester

Viele Tests auf einer Platform –

ASTM, DIN und ISO Standards

�Stift/Kugel auf rotierender Scheibe

�Linearer Verschleiß-Test

�Kugel auf 3 Kugeln (4-Kugel-Test)

�Pin on Vee-Block

�Block auf Ring

�Scheibe auf rotierender Scheibe

�Platte auf oszillierender Platte

• Universelle Plattform für viele Tribologische Tests: Reibung, Verschleiß, etc.

• Verschiedene Umgebungsbedingungen (Heizen & Kühlen, Flüssigkeiten, Korrosion)


Unterer Antrieb – Linear & RotierendVerschiedene Kontaktgeometrien

Linear Block-auf-Ring

Linear oszillierend Rotierende Scheibe


Simulation von Umweltbedingungen

1000°C Rotation

1000°C Lineare Oszillation

-25°C Rotation

-40°C Kammer

Verschiedene Heiz/Kühlkammern zur Simulation der realen Umwelt. Kontrollierte Luftfeuchtigkeit möglich (nicht abgebildet).


Bruker UMTals Härtetester und Kratztester

• Makro-, Mikro- und Nano-Indentation

• Kratz-Tester

• Großer Kraftbereich: nano & mikro

• Abbildung mit: optisches Mikroskop, optisches Profilometer, AFM

Beispiel eines Kratztests

Beispiel für (Nano-)Indentation


Kritische Elemente für den Tribo-Test










• Frage & Antwort


Definition des Tribo-Tests

• Startpunkt: Was ist die beabsichtigte Anwendung?

• Lege fest: Was sind die wichtigen Parameter?

1. Materialien2. Kontaktgeometrie3. Auflagekräfte4. Bewegungsart5. Umgebungsbedingungen


• Kritische Tribo-Elemente:

Materialien Bremsklötze gegen Stahl

Kontaktgeometrie Flach-auf-Flach (oder konform für Trommelbremse)

Auflagekraft von 2 MPa bis 5MPa für PKW, etwa 7-10 MPa für LKW

BewegungsartReines Gleiten, primär in eine Richtung.

Max Geschwindigkeit: folgt aus 15-20 cm Scheiben-Ø und Fahrgeschwindigkeit, z. B. 100 km/h.

Umgebung Trocken, oder naß mit Schmutzwasser. Temperatur wichtig.

Beispiel: Bremse und Kupplung COF und Verschleiß


• Definiere den Tribo-Test: Nur für Material Screening (Tests am Fahrzeug gesetzlich vorgeschrieben).

Materialien Bremsklotz-Material gegen Stahl

KontaktgeometrieFlach-auf-Flach, z. B. Ring mit 3-Knöpfen auf rotierender Scheibe, Mindestknopfgröße ~ 1.5 cm Ø.

AuflagekräfteWähle konstanten Druck zwischen 2 MPa and 5MPa, oder:

Variable Kraft für Tests mit konstanten Bremsmoment

BewegungsartReines Gleiten, unidirektional

Mehrere “Stops” von max. Geschwindigkeit auf Null.

UmgebungTrocken, für Screening Tests. Mehrere Stops mit Anfangstemperatur unter 38 ˚C.

Beispiel: Bremse und Kupplung COF und Verschleiß


Standard Tribo-Tests










• Frage & Antwort


Reciprocating Wear Testing

• Many ASTM tests including:• D4518 Static Friction of Coating Surfaces

• D6079 Lubricity of Diesel Fuels

• D6425 Reciprocating Ball on Flat (Lube Oils)

• F732 Recip. Pin on Flat Joint Prosthesis

• G133 Reciprocating Ball on Flat Sliding Wear

• G181 Piston Ring & Cylinder Liner Friction

• G204 Damage to Contacting Surfaces Under Fretting Conditions


Reciprocating Wear TestExample of test sequence

• Sequence 3

• Initial carriage force – 200 N

• Reciprocating speed – 60 strokes/min

• Duration – 60 seconds

• Decrease load by 20 N

• Repeat test

• Continue until load = zero

• Sequence 1

• Carriage force – 20N


• Reciprocating – 0 strokes/min

• Sequence 2

• Initial carriage force – zero N

• Reciprocating speed – 60 strokes/min


• Increase load by 20 N

• Repeat test

• Continue until load = 200N

ASTM G181 Friction test of piston and cylinder liner under lubricated conditions


Rotary Wear Testing

• Many ASTM tests including:• D2266 & D4172 Four Ball Test

• D1478 Low Temp. Torque of Ball Bearing Grease

• G099 Pin on Disk

• D5169 Comparing Metal Removal

• D3702 Wear Rate and COF of Materials in Contact with a Thrust Washer


Rotary Wear TestingExample of Test Sequence

ASTM G132 Standard Test Method for Pin Abrasion Testing

• Sequence 1 – Settling time to establish normal load

• Carriage force– 67N

• Duration– 10 seconds

• Lower rotation– idle

• Upper stage- idle

• Sequence 2 – Test

• Constant carriage force– 67 N


• Lower rotation– 2400mm/min, clockwise

• Upper stage- 6.35mm/rev

• Output – a 3m long non-overlapping spiral wear track

• Data Collection

• Fx – Friction Force

• Fz – Normal Force

• T – Time

• Z1 – Carriage Position (Wear Depth)

• Te - Temperature (Optional)

• AE – Acoustic Emission (Optional)


Block-on Ring Wear Testing

• Many ASTM tests including:• G176 Ranking Resistance of Plastics to Sliding

Wear

• G143 Measurement of Web/Roller Friction

• G2981 Wear Life of Solid Film Lubricants

• D2509 Load-Carrying Capacity of Lubricating Grease

• D2625 Wear Life and Load Carrying Capacity of Solid Film Lubricants (Pin & Vee)


Block on Ring Wear TestingExample of Test Sequence

ASTM D2509 Load-Carrying Capacity of Lubricating Grease

• Sequence 1 – Lubricate Ring

• Carriage force– zero


• Spindle rotation– 800rpm


• Pump - On

• Sequence 2 – Break-in

• Constant carriage force– 133.4 N




• Pump - On

• Sequence 3 – COF Test

• Constant carriage force– 133.4 N

• Duration– 10 minutes



• Pump - On

• Data Collection

• Fx – Friction Force• Fz – Normal Force• COF• T – Time• Z1 – Carriage Position

(Wear Depth)

Optional

•AE – Acoustic Emission•Rh – Relative Humidity•Te – Temperature•R1 – Electrical Resistance


Hardness Testing

• Many ASTM tests including:• D2240 Rubber Property – Durometer Hardness

• G171 Scratch Hardness of Materials Using a Diamond Stylus

• E92 Vickers Hardness of Metallic Materials

• E18 Rockwell Hardness of Metallic Materials

• D785 Rockwell Hardness of Plastics & Electrical Insulating Materials


Hardness TestingExample of Test Sequence

ASTM E18 Rockwell Hardness of Metallic Materials

• Sequence 1 – Apply Minor Load

• Carriage force– 10kg


• Spindle rotation– idle


• Sequence 2 – Apply Major Load

• Carriage force– 15 ~ 45kg




• Sequence 3 – Apply Minor Load

• Constant carriage force– 10kg




• Data Collection

• Fz – Normal Force

• C1 – Capacitance Sensor

• T – Time

• Z1 – Carriage Position (Depth)

• Rh – Relative Humidity (Option)

• Te – Temperature (Option)


Tribologie-Anwendungenin der Automobilindustrie


Kurbelwellen & Nockenwellen

Main Elements•UMT-2 or UMT-3•2 axis friction/load sensor e.g. DFH-20•Block on ring drive e.g. B23LE•Optional Sensors

• Acoustic Emission• Temperature

measurement

Benefits of the UMT

•Measure Vickers hardness in-situ

•Platform can be reconfigured to rotary or linear test in minutes

Possible Tests

•Surface Coatings (DLC, etc.)

•Heat treatment effectiveness

•Lubricant comparison

•Base material comparison

Representative Data

Block on Ring (ASTM G77)


Kolbenbolzen

ASTM

G133: Ball-on-Flat sliding

G77 – Block-on-ring test


• Acoustic Emission• Temperature measurement

Benefits of the UMT:

•Modular design of UMT can address challenges of altogether different types of tests.

•Testing up to 1000C

Possible Tests

• Wear Test of Pin

• Block-on-ring test for bearings

Representative Data


Kolbenringe & Zylinderlaufbuchse

ASTM G181: Friction Tests of Piston Ring and Cylinder Liner

Loading-unloading profile

Benefits of the UMT

•Multi-sensing, modular design makes UMT a perfect tool for such test

•Computerized servo-control allows for easy ramping up and down of load in touch of a button

Possible Tests:Friction test of Piston ring and cylinder liner materials ASTM G181-05. The test parameters: •temperature 100 ± 2oC•loading from 20 N to 200 N with a step of 20 N with holding time in each load is 1 min•unloading from 200N to 20N with 20 N step and a holding time of 1 s in each load•Stroke of 10 mm•Frequency of 10 Hz

Representative Data


Ventilstößel

G133 Ball-on-Flat G77 Block-on-ring



Benefits of the UMT

•Ability to run multiple tests on one platform

•Precise servo control

Possible Tests:



Representative Data


Steuerketten und Riemen

Main Elements•UMT-1, UMT-2 or UMT-3•2 axis friction/load sensor e.g. DFH-100•Indenter & holder•Capacitance Sensor•Optional Sensors

• Humidity & Temp. Measurement


•A single tool can be used for both hardness and wear testing.

•UMT can also accommodate future needs for tribology and mechanical testing

Possible Tests:

• Wear Test

• Hardness

Representative Data

Cylinder-on-flat wear test Hardness test


Ventile (Schaft / Sitz)


•Modular design can help performing multiple task in a single platform

Possible Tests:

• Hardness and modulus of valve material

• Reciprocating wear test of valve and cylinder head interface

Representative Data

Vickers and Knoop Hardness (E92&E384)Reciprocating Ball on Flat (ASTM G133)

Main Elements•UMT-2 or UMT-3•2 axis friction/load sensor e.g. DFH-50•Ball & ball holder•Reciprocating drive e.g. R23ME•Optional Sensors

• Elec. Contact• Acoustic Emission• Temperature


Dichtungen (z. B. Zylinderkopf)

Main Elements•UMT-2 •2 axis friction/load sensor e.g. DFH-20•Tension Grips•Stationary Table•Optional Sensors

• Temperature & Humidity


•Single Platform (hardware and software) is used for performing widely different tests

Possible Tests

• Deformability

• Creep

• Durometer hardness

Representative Data

Tensile properties of elastomers (D412)Rubber Property—International Hardness (D1415)Durometer hardness of rubber (D2240)


Turbolader

E2546: Instrumented Indentation TestG133: Ball-on-Flat sliding

Main Elements•UMT-2 or UMT-3•2 axis friction/load sensore.g. DFH-50•Ball & ball holder•Reciprocating drive e.g. R23ME•Optional Sensors



•Multi-sensing Technology UMT offers advantages over traditional tester.

Possible Tests

• Ball bearing

• Floating bearing

• Hardness and modulus for

turbine blades

Representative Data


Türgriffe & Schließmechanik

Main Elements•UMT-2 or UMT-3•2 axis friction/load sensor e.g. DFH-5•Reciprocating Drive e.g. R23ME•Optional Sensors

• Electrical Contact Resistance

• Temperature measurement

Benefits of the UMT

•Measure Vickers hardness in-situ

•Platform can be reconfigured to rotary or linear test in minutes

•Closed loop control allows constant Fz

Possible Tests

•Surface Coatings

•Heat treatment effectiveness

•Lubricant comparison

•Base material comparison

Representative Data

Reciprocating Ball on Flat Test (ASTM G133)


Radaufhängung / Stoßdämpfer


G77 – Block-on-ring test



Benefits of the UMT

•Measure hard materials (spring steel) and elastomers on one platform

Possible Tests



• Testing elastomer suspension components

Representative Data


Reifen

D2240: Durometer hardness D1415: International Hardness E2546: Instrumented IndentationD412: Tensile properties

Main Elements•UMT-2 •2 axis friction/load sensor e.g. DFH-20•Tension Grips•Stationary Table•Multiple optional sensors

Benefits of the UMT

•Test from -40C to 350C and above

•Change from ambient to humidity or in-liquid testing by switching chambers

Possible Tests

• Abrasion Test

• Hardness-modulus test

• Creep

• Friction

Representative Data


Spiegel

E2546 Instrumented Indentation Test

C1624 Scratch Test

Main Elements•UMT-1 or UMT-2•Friction/Load Sensore.g. FL (up to 500mN)•Nano Head or MicroHead•Diamond Indenter•Optical Microscope


•Complete evaluation of functional properties of mirror

•Wear and scratch testing in one tool

Possible Tests

• Scratch

• Wear durability

• Nanoindentation

• Stiction Test for wettability

• Adhesion testing of coatings

Representative Data


Lacke

G171 (03) – Scratch Hardness Test

E2546: Instrumented Indentation Test

D-7187 Scratch Test Paint Coatings

Main Elements•UMT-1 •Friction/Load Sensore.g. FL (up to 500mN)•Nano Head or MicroHead•Diamond Indenter•Optical Microscope


•Comprehensive evaluation of paints in a single tool

•Switch between scratch and indentation in minutes

Possible Tests:

• Scratch

• Wear durability

• Friction

• Indentation test

• Bend test

Representative Data


Kunststoffe & Gummis

G176: Resistance to Sliding Wear using Block-on-ring Wear TestD1415: International Hardness E2546: Instrumented IndentationD2240: Durometer hardness D638: Tensile properties Main Elements•UMT-2 •2 axis friction/load sensor e.g. DFH-20•Tension Grips•Stationary Table•Multiple optional sensors


•Unique UMT design and control allow tests for complete characterization of plastics and elastomers.

Possible Tests:

• Block-on-ring

• Tensile test


• Creep

Representative Data


Scheibenwischerblätter

D2240: Durometer hardness D1415: International Hardness D412: Tensile propertiesE2546: Instrumented IndentationMain Elements•UMT-1 •Nano head NH2•Diamond Indenter•Optical Microscope•Optional Item

• Optical Profilometer• Atomic force microscope

Benefits of the UMT

•Measure low loads with high accuracy

•Wear and stick-slip on one platform

Possible Tests

• Tensile test


• Reciprocating Sliding wear

Representative Data


Gurte

ASTM G132 Reciprocating pin-on-flat

Main Elements•UMT-2 or UMT-3•2 axis friction/load sensor e.g. DFH-10•Reciprocating stagee.g. R23ME•Pin & Pin Holder•Optional Sensors

• Acoustic Emission• Temperature

measurement

Benefits of the UMT

•Change from one test regime to another in minutes

•Servo Z-axis motion/load control

Possible Tests:

• Seat belt fabric wear test

• Buckle wear testing

Representative Data


Sitze (Stoffe/Leder)

ASTM D2261-Tear Strength


Main Elements•UMT-2 or UMT-3•2 axis friction/load sensore.g. DFH-50•Ball & ball holder•Reciprocating drive e.g. R23ME•Optional Sensors


Benefits of the UMT

•Precise motion control

•Change from low loads to high loads in minutes

Possible Tests

• Friction

• Tear resistance

• Wear

Representative Data


Schmiermittel

ASTM:

D2266, D2509, D2625, D2670, D2714, D2981, D3233, D3704, D4172, D5001, D5183, D5620, D5706, D5707, D6078, D6079, D6425


•Run various tests in one hardware-software platform

•Controlled temperature

•Computer controlled load, speed, etc.

Possible Tests:

• Stribeck Test• Block-on-ring• Pin-on-disk• Disk-on-disk• Pin-on-vee• 4-ball • Twist-compression

Representative Data


Technische Veröffentlichungen(der Universale Material Tester UMT in Automobilanwendungen, eine Auswahl von Artikeln)

Y. Zhang, J. Chen, W. Lei, R. Xv, Effect of laser surface melting on friction and wear of AM50 magnesium alloy, Surface and Coatings Technology, v. 202, issue 14, April 15, 2008, pp.3175-3179.

J.I. Weon, Quantitative determination of mar-resistance of high gloss coatings, Macromolecular Research, (2012), pp.1-4.

R.P. de Castro Costa, F.R. Marciano, D.A.L. Oliveira, & V.J. Trava-Airoldi. Enhanced DLC wear performance by the presence of lubricant additives. Materials Research, (2011), v.14, no.2, pp. 222-226.

A. Amanov, I.S. Cho, & D.E. Kim, Effectiveness of high-frequency ultrasonic peening treatment on the tribological characteristics of Cu-based sintered

materials on steel substrate. Materials & Design, v.45, March 2013, pp.118-124.

D. Nedelcu, Investigation on microstructure and mechanical properties of

samples obtained by injection from Arbofill. Composites Part B: Engineering, v.47, April 2013, pp. 126-129.

F. Zhou, Y. Wang, H. Ding, M. Wang, M. Yu, & Z. Dai, Friction characteristic of micro-arc oxidative Al2O3coatings sliding against Si3N4 balls in various environments. Surface & coatings technology, (2008), v.202, no.16, pp. 3808-3814.

J.I. Weon, S.Y. Song, K.Y. Choi, S.G. Lee, & J.H. Lee. Quantitative determination of scratch-induced damage visibility on polymer surfaces. Journal of materials science, v.45, no.10, (2010), pp. 2649-2654.

Z.H. Cai, Y.L. Di, & P. Zhang, Microstructure and tribological property of Cr/CrN nano-multilayer film deposited on piston ring. Journal of Shenyang University of Technology, v.33, no.4, (2011), pp. 375-381.

T.W. Seo, & J.I. Weon, Influence of weathering and substrate roughness on the interfacial adhesion of acrylic coating based on an increasing load scratch test.Journal of Materials Science, v. 47, no. 5,, (2012), pp. 2234-2240.

R. Gonzalez, A.H. Battez, D. Blanco, J.L. Viesca, & A. Fernández-González. Lubrication of TiN, CrN and DLC PVD Coatings with 1-Butyl-1-Methylpyrrolidinium tris (pentafluoroethyl) trifluorophosphate. Tribology Letters, v. 40, no. 2, (2010), pp. 269-277.

M.A. Islam, & Z. Farhat. Wear of A380M Aluminum Alloy Under Reciprocating Load. Journal of materials engineering and performance, (2010). v.19, no.8, pp.1208-1213.

A.V. Zolotov, G.N. Kuz’mina, V.A. Zolotov, R.V. Bartko, A.G. Sipatrov, & O.P. Parenago, A composition of organic hetero compounds as an antioxidant and

antiwear additive for mineral lubricating oils. Petroleum Chemistry, (2013), 5v.3, no.4, pp.262-266.

M.T. Siniawski, A. Martini, S.J. Harris, & Q. Wang. Effects of lubrication and humidity

on the abrasiveness of a thin boron carbide coating. Tribology Letters, (2005), v.18, no.2, pp.185-195.

S. Yoon, M. Shin, W. Lee & H. Jang. Effect of surface contact conditions on the stick―slip behavior of brake friction material. Wear, (2012), v.294, pp. 305-312.

J.Y. Jang, & M.M. Khonsari, Linear Squeeze Film with Constant Rotational Speed. Tribology Transactions, (2008), v.51, no.3, pp. 361-371.











• Frage & Antwort

Optische 3D-Mikroskopie - Grundlagen


Optische 3D-Mikroskope von Bruker

Optische 3D-Mikroskope müssen in z-Richtung viel stabiler sein als ein normal-optisches Mikroskop !


Abbildendes Interferometer (= Profilometer)

- Aufbau

Digitale Intensität

Strahlteiler

Digitale Kamera

Illuminator

MikroskopObjektiv

Verschiebe-einheit

InterferometerObjektiv

LED Quellen

FeldBlende

AperturBlende

Probe

DichroitischerSpiegel

Referenz-spiegel

Strahlteiler

Multiplikatorlinse


Abbildendes Interferometer (= Profilometer)

- Interferenzstreifen

• Das Interferometer überzieht das optische Bild der Probe mit einem Muster aus Interferenzstreifen.

• Die Interferenzstreifen entsprechen den Höhenlinien auf einer Landkarte.

• Jeder Interferenzstreifen repräsentiert eine Linie konstanter Höhe.

• Höhenabstand der Linien ist ½ Wellenlänge (~ 260 nm).

• Weißes Licht hat eine sehr kurze Kohärenzlänge von ca. 1 µm.

• Interferenzstreifen überdecken nur noch einen Höhenbereich von ca. 1 µm.

20 m

∆z = 1 µm

260 nm


Das Objektiv wird auf die Probe zu bewegt.

Dadurch wandern die Interferenzstreifen wie Höhenlinien von oben nach unten über die Probenoberfläche.

Aus dem Bilderstapel wird die Oberfläche rekonstruiert.

Weißlicht-Interferometrie (VSI)- Messvorgang

Fokus


Interferometrische Profilometrie- Vergleich mit anderen Meßverfahren

54

� Die Reproduzierbarkeit in z ist von der Vergrößerung unabhängig:

VSI: R = 3 nm (rms)PSI: R < 0.1 nm (rms)VXI: R ~ 0.5 nm (rms)

Objektiv-Vergrößerung /Numerische Apertur (NA)

Bre

ite d

es

Meßsi

gnals

Kohärenzlänge: 1.2 µm

Konfokale Signalbreite

100x 20x 10x100x 20x 10x100x 20x 10x100x 20x 10x 5x 2.5x5x 2.5x5x 2.5x5x 2.5x

Die vertikale Auflösung eines Interferometers ist nur durch die Eigenschaften des Lichts bestimmt !

*z. b. konfokale Mikroskopie, Autofokus-Verfahren, chromatische Aberration, etc.

� Die Reproduzierbarkeit in z ist von der Vergrößerung abhängig !

� Niedrige Vergrößerungen ( ≤≤≤≤ 20x ) sind deutlich benachteiligt.

Die vertikale Auflösung anderer Verfahren* ist durch die Schärfentiefe des Objektivs bestimmt.


Weißlicht-Interferometrie (VSI) - Anwendungsbeispiele

Metalle

Zylinderinnenwand

Verschleißtests

Mikrofluidik

Hüftgelenkschale

Sandgestrahlt


Optische 3D-Mikroskopie –Beispiele mit Tribologiebezug










• Frage & Antwort


4-Kugel-Test / Kugel-auf-Scheibe:Aufbau

Aufbau für 4-Kugel Test (ASTM D 2266 – 01)

N

Aufbau für Stribeck-KurveKugel auf Scheibe

Temperatur 75°CGeschwindigkeit 1200 rpmDauer 60 minKraft 392 N (40 kg)


Bruker ContourGT-K3D-Mikroskop

4-Kugel-Test bei 40 kg LastVerschleißspur – 3D-Bild


4-Kugel-Test bei 40 kg LastVerschleißspur – Durchmesser


Kugel-auf-Scheibe Test:Verschleißspur - Volumen

• Messung des Materialabtrags als Verschleißvolumen

• Negatives, positives und abgetragenes Volumen


Weitere Anwendungen:NPflex Profilometer für große Proben


Superlanger Arbeitsabstand:Inspektion von Zahnrädern

34 mm WD

Superlanger Arbeitsabstand erlaubt Inspektion der Seitenwände


• Gekrümmte Oberflächen

• Üblicherweise mit Taster gemessen

• Kein Zerschneiden erforderlich !

Tooth bow x-section shows range of z-height.

Superlanger Arbeitsabstand:Hypoid Kegelzahnrad - Verschleiß

34 mm WD


Superlanger Arbeitsabstand:Hypoid Kegelzahnrad - Verschleiß

• Volumenmessung: Verschleiß in Kontaktzone

• 20 mm “stitching” Bild eines Zahns, Aufnahme in ~2.5 Min.

Materialablagerung �� Materialabtrag

unberührtSa= 3.48um

VerschleißSa= 783nm


Seitenwand-Inspektion mit Faltungsspiegel: Zylinderlaufbuchse


Bruker UMT SystemUniverseller Material Tester

Weißlicht-Interferometer 3D-Mikroskope� schnell, berührungslos, leicht zu bedienen � hervorragendes SNR, Auflösung und

Genauigkeit in allen Vergrößerungen� für Oberflächen-Topographie und Rauheit auf

allen Oberflächen:• Bis zu 60o Neigung• <0.05% Reflektion

3D Optisches Mikroskop

Zusammenfassung

Mehrere Tests auf einer Plattform -

ASTM, DIN und ISO Standards

�Stift/Kugel auf rotierender Scheibe

�Linearer Verschleiß-Test

�Kugel auf 3 Kugeln (4-Kugel-Test)

�Pin on Vee-Block

�Block auf Ring

�Scheibe auf rotierender Scheibe

�Platte auf oszillierender Platte

Die komplette Lösung für alle Tribologie-Anwendungen

© Copyright Bruker Corporation. All rights reserved.

www.bruker.com

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Bruker Website: www.bruker.com

Udo Volz Kontakt: [email protected]

Fragen & Antworten

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