如何为通用摩擦计选择轮廓仪?
发布时间 : 2021/04/15 阅读次数 : 113 推荐产品 :

如何为通用摩擦计选择轮廓仪?



沃尔夫冈·保利(Wolfgang Pauli )表示:“上帝创造了主体,表面是由魔鬼创造的”,暗示了表面相互作用的复杂性。


在具有运动部件的系统中耗散的能量可能会受到表面粗糙度,硬度,张力,分布和接触凹凸结构(塑性指数)的影响。这些表面参数在系统中由于运动中的组件的压力,温度和速度而变化。必须就地或以其自然状态监视表面参数的动态变化,这可能会弄清表面参数,能量耗散和系统故障之间的自然关系。这可以通过掌握原位摩擦学的科学仪器来实现。 


对于原位摩擦学,必须将用于表面表征的科学仪器(如轮廓测定法,光谱法)集成到用于摩擦和磨损测量的平台中。 


Ducom Unitest是具有原位表征技术的通用摩擦计,这是一个高度先进的开放平台,能够与多种表面表征探针(例如机械测试,表面成像和光谱学)“共生整合”。摩擦计为多种研究提供了多种可互换的载荷和运动组合,从刮擦和压痕模块到旋转,线性往复运动和微动模块一直到先进的多方向,动态载荷生物摩擦学模块。(见图1)

图1最基本解剖图2

图1.最开放的平台,带有可配置的负载,运动,环境和成像模块


高精度工作台可以无缝地将样品放置在多个诊断探针下。图2代表了许多可能的配置中的一种,其特征在于带有3D非接触轮廓仪头的线性运动模块,该探头安装在移动的Z轴光束上以进行原位轮廓测量。

图2单位轮廓仪

图2.带有线性运动平台的往复运动磨损单元,与表面成像头(非接触轮廓仪)集成在一起。该轮廓仪可以测量样品的粗糙度及其磨损量。 


在本指南中,我们将深入研究已建立的技术,从表面表征和摩擦学研究的角度总结其功能并强调其局限性。非接触式光学轮廓测量法最常用的三种技术是焦点变化,共聚焦显微镜和白光干涉测量法,它们依赖于不同的工作原理,即通用摩擦计提供了几种轮廓仪,对于摩擦学家来说,选择正确的技术可能是艰巨的。


焦距变化是一种常规的光学显微镜技术,它依赖于Z方向的垂直扫描以及对多个对焦图像的整合,以获得真实的色彩和3D表面形貌。它提供几毫米/秒的快速扫描速度。


共聚焦显微镜也是一种常规的光学显微镜技术,它使用一个小针孔来阻挡散焦光,以实现高达1 nm的高垂直分辨率。


干涉测量法依赖于两束光束(一个参考,另一个从样品反射回来)产生的干涉图样,这两个光束的光程差或相位差都不同,以实现亚纳米分辨率。


请查看表4,该表总结了这些功能在表面表征和摩擦学方面的相关性。

图3 2D图

图3.不同轮廓分析技术的垂直高度能力和横向分辨率的二维图


图3显示了易于理解的不同技术的横向和垂直分辨率能力的2D映射。请注意,垂直分辨率的对数标度跨越空间分辨率的几个数量级。垂直分辨率受到系统噪声的限制,与数字扫描技术相比,诸如旋转盘和振镜之类的移动组件具有更高的噪声。


表4.对于具有广泛表面纹理,粗糙度和磨损率的样品,选择不同的技术。(请注意-NA-表示不适用,无法使用该技术) 


图4技术选择3



显然,没有“通用”技术用于表面形貌表征来了解其对摩擦学的影响。例如,由于润滑机理的转变,具有特定形状和几何形状的微织构表面显示出超低的磨损率,该研究将需要诸如焦点变化和干涉法之类的技术的组合(参见表4)。由于不可接受的本底噪声,在通用摩擦计中使用常规的轮廓仪会产生较差的结果。


但是,Ducom轮廓仪具有高度的通用性,因为它在一个头部中具有三合一,焦点变化,共焦和干涉测量技术,因此可以连接不同的长度标度 和空间分辨率,并且可以适应任何摩擦学应用要求。此外,在较大区域上进行XY扫描时,使用的是数字光栅方法,而不是传统的旋转圆盘方法。人们可以在传统的硬盘驱动器(HDD)与固态驱动器(SSD)之间进行类比。


原位轮廓仪(Ducom Unitest)没有活动部件,该系统保证了行业领先的精度,低噪声本底,更快的响应时间和几乎零维护(请参阅表5)。


表5. Ducom轮廓仪与通用摩擦仪中提供的其他技术的比较


图5竞争对手比较-1



我们的客户经验表明,带有原位轮廓仪的Ducom Unitest开放式平台为各种摩擦学研究和表面表征提供了最高标准,可将亚微米至几毫米多种长度尺度的表面形貌联系起来。

 


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