Определение коэффициента трения и удельного износа

Опыты проводились на трибометре ПД-1А.

Он предназначен для испытания различных материалов (металлов, сплавов, жестких полимеров и керамики) на трение и износ.

Принцип действия устройства заключается в истирании пары трения, состоящей из неподвижного цилиндрического образца – пальца, прижимаемого торцевой поверхностью к плоскости вращающегося диска.

Устройство трибометра.

Структурная схема трибометра содержит испытательный блок и пульт управления, обеспечивающие возможность оценки фрикционных свойств блочных образцов и покрытий в широком диапазоне нагрузок и скоростей.

Испытательный блок включает в себя следующие функциональные узлы:

1. Держатели образцов;

2. Блок датчиков измерения характеристик и параметров трения;

3. Привод вращения нижнего образца;

4. Механизм нагружения образцов.

Указанные узлы монтируются на общей станине. Конструкция испытательного блока обеспечивает надежную виброизоляцию машины при работе в условиях интенсивных динамических нагрузок.

Испытательный блок электрически связан с пультом управления, содержащим:

1. Блок управления скоростью вращения двигателя.

2. Измеритель числа оборотов и скорости вращения вала.

3. Систему измерения силы трения.

4. Систему измерения линейного износа.

5. Аналого-цифровой преобразователь.

6. Блок защиты от перегрузок.

 

Атомно-силовая микроскопия (АСМ)

Метод АСМ применяется для измерения топографии поверхности твердых тел в нанометровом диапазоне и анализа особенностей ее строения.

Изображение поверхности в АСМ получают при помощи сканирования образца в горизонтальной плоскости с использованием иглы с радиусом кривизны острия порядка десятков-сотен нанометров, укрепленной на консоли (колеблющейся) с известной жесткостью. При сканировании измеряется отклонение (сдвиг резонансной частоты колебаний) консоли под действием сил между иглой и поверхностью. Таким образом, при регистрации сил взаимодействия (градиента сил) проводят картографирование поверхности. [15]

Аналитический узел сканирования АСМ представляет собой открытую конструкцию для работы на воздухе с хорошим доступом при установке образца и смене сканирующего зонда. Обзор места подвода острия зонда к исследуемой поверхности может обеспечиваться использованием длиннофокусного оптического микроскопа.

Аналитический зонд АСМ представляет собой ‘Г’-образную консольно закрепленную балку с острием (радиус закругления –0, 1мкм) на свободном конце, изготовленную из вольфрамовой проволоки методом электро-химического травления и полирования. Вторым, более длинным концом, бапка связана с биморфным пьезокерамическим элементом (БД), который при подаче осциллирующих напряжений от генератора частот (ГЧ) приводит ее в колебания с собственной частотой (30-100кГц). При приближении зонда к поверхности образца (О) на расстояние порядка нескольких нанометров, амплитуда колебаний балки изменяется под влиянием молекулярных сил (отталкивания) возникающих между острием и поверхностью образца.

Рис.2. Принципиальная схема АСМ

З- зонд;

БМ- биморфный элемент;

ГЧ- генератор частот;

О- образец;

ЛИ- люминисцентный источник;

ОВ- оптическое волокно;

БЭ- блок электроники;

ПК- персональный компьютер;

ПД1, 2, 3, 4- пьезоэлементы двигателя.

Изменение амплитуды колебаний зонда детектируется оптической системой, в которой пучок света от ЛИ проходя по ОВ, отражается, во-первых, от его скола на краю волокна подведенном с помощью регулируемого кронштейна на расстояние 10мкм к ΄ пятке’ зонда и, во-вторых, от полированного участка на поверхности балки. Разность отраженных оптических сигналов регистрируется и обрабатывается блоком электроники (БЭ). По изменениям разницы сигналов судят об изменении амплитуды колебаний зонда и, следовательно, об изменении расстояния между сканирующим острием и исследуемой поверхностью. С помощью системы обратной связи на базе управляющего компьютера (ПК) и блока электроники (БЭ) подаются соответствующие управляющие напряжения на Z-участок, пьезоэлементы двигателя (ПД). ПД, удлиняясь или укорачиваясь, совершают перемещение острия (или образца) вдоль оси Z и тем самым поддерживают постоянным расстояние между острием зонда и поверхностью образца во время сканирования.

Системы детектирования и перемещений обеспечивают чувствительность по оси Z 0, 1-0, 2 нм, в плоскости ХОУ- разрешение до 5-10 нм.

Сканирование острия зонда над измеряемой поверхностью осуществляется пьезодержателем ПД1. Для этого соответствующие квантовые напряжения на ХУ-участки трубчатого элемента подают, что приводит к их изгибу относительно осей ОХ и ОУ и, следовательно, к сканированию в плоскости ХОУ. В зависимости от состояния системы цифровой процессор управляет положением зонда. Компьютер реализует растровую разветку пьезодвигателя. В заданных узлах растровой сетки производятся измерения положений. Данные накапливаются в ОЗУ компьтера. 

Сканирование.

Подготовленный для исследований на САМ образец закрепляют на платформе держателя в аналитическом узле таким образом, что предполагаемый участок сканирования располагается под острием зонда. Платформа устанавливается на направляющие. После чего, осуществляется подвод образца, выбор режима и производится сканирование.

Обработка данных.

В результате экспериментальных исследований были получены САМ-изображения, обработка производится на компьютере с использованием оригинальных программ.

Первичная обработка включает вычисление общей плоскости наклона изображения и фильтрацию шумовых компонентов. Затем методом многократной повторной фильтрации находят длинноволновые составляющие рельефа.

Для полученных изображений производится статистический анализ высот топографии, углов наклона рельефа и ориентационных углов. Кроме того, выполняются профильные сочетания изображений, которые затем обрабатываются по специальной программе для определения параметров шероховатости.

⇐ Предыдущая12345678Следующая ⇒

Поделиться: