Published June 1, 2021
| Version v1
Publication
Open
Asperity level characterization of abrasive wear using atomic force microscopy
Creators
- 1. Loughborough University
- 2. University of Engineering and Technology Lahore
- 3. Anstalt für Verbrennungskraftmaschinen List
Description
Using an atomic force microscope, a nanoscale wear characterization method has been applied to a commercial steel substrate AISI 52100, a common bearing material. Two wear mechanisms were observed by the presented method: atom attrition and elastoplastic ploughing. It is shown that not only friction can be used to classify the difference between these two mechanisms, but also the 'degree of wear'. Archard's Law of adhesion shows good conformity to experimental data at the nanoscale for the elastoplastic ploughing mechanism. However, there is a distinct discontinuity between the two identified mechanisms of wear and their relation to the load and the removed volume. The length-scale effect of the material's hardness property plays an integral role in the relationship between the 'degree of wear' and load. The transition between wear mechanisms is hardness-dependent, as below a load threshold limited plastic deformation in the form of pile up is exhibited. It is revealed that the presented method can be used as a rapid wear characterization technique, but additional work is necessary to project individual asperity interaction observations to macroscale contacts.
Translated Descriptions
⚠️
This is an automatic machine translation with an accuracy of 90-95%
Translated Description (Arabic)
باستخدام مجهر القوة الذرية، تم تطبيق طريقة توصيف التآكل النانوي على ركيزة فولاذية تجارية AISI 52100، وهي مادة تحمل شائعة. لوحظت آليتان للتآكل من خلال الطريقة المقدمة: الاستنزاف الذري والحرث المرن. تبين أنه لا يمكن استخدام الاحتكاك فقط لتصنيف الفرق بين هاتين الآليتين، ولكن أيضًا "درجة التآكل". يُظهر قانون آرتشارد للالتصاق توافقًا جيدًا مع البيانات التجريبية على المقياس النانوي لآلية الحرث المرنة. ومع ذلك، هناك انقطاع واضح بين آليتي التآكل المحددتين وعلاقتهما بالحمل والحجم الذي تمت إزالته. يلعب تأثير مقياس الطول لخاصية صلابة المادة دورًا أساسيًا في العلاقة بين "درجة التآكل" والحمل. يعتمد الانتقال بين آليات التآكل على الصلابة، حيث يظهر أقل من عتبة الحمل تشوهًا بلاستيكيًا محدودًا في شكل تراكم. تم الكشف عن أنه يمكن استخدام الطريقة المقدمة كأسلوب سريع لتوصيف التآكل، ولكن من الضروري القيام بعمل إضافي لإسقاط ملاحظات تفاعل السرعة الفردية على نقاط التلامس على المستوى الكلي.Translated Description (French)
À l'aide d'un microscope à force atomique, un procédé de caractérisation de l'usure à l'échelle nanométrique a été appliqué à un substrat en acier commercial AISI 52100, un matériau de roulement commun. Deux mécanismes d'usure ont été observés par la méthode présentée : l'attrition atomique et le labour élastoplastique. Il est démontré que non seulement le frottement peut être utilisé pour classer la différence entre ces deux mécanismes, mais aussi le « degré d'usure ». La loi d'adhésion d'Archard montre une bonne conformité aux données expérimentales à l'échelle nanométrique pour le mécanisme de labour élastoplastique. Cependant, il existe une discontinuité distincte entre les deux mécanismes d'usure identifiés et leur relation avec la charge et le volume retiré. L'effet à l'échelle de la longueur de la propriété de dureté du matériau joue un rôle essentiel dans la relation entre le « degré d'usure » et la charge. La transition entre les mécanismes d'usure dépend de la dureté, car en dessous d'un seuil de charge, une déformation plastique limitée sous forme d'empilement est exposée. Il est révélé que la méthode présentée peut être utilisée comme technique de caractérisation rapide de l'usure, mais un travail supplémentaire est nécessaire pour projeter des observations individuelles d'interaction d'aspérité à des contacts à macro-échelle.Translated Description (Spanish)
Usando un microscopio de fuerza atómica, se ha aplicado un método de caracterización de desgaste a nanoescala a un sustrato de acero comercial AISI 52100, un material de cojinete común. Se observaron dos mecanismos de desgaste por el método presentado: desgaste atómico y arado elastoplástico. Se demuestra que no solo se puede utilizar la fricción para clasificar la diferencia entre estos dos mecanismos, sino también el "grado de desgaste". La ley de adhesión de Archard muestra una buena conformidad con los datos experimentales a nanoescala para el mecanismo de arado elastoplástico. Sin embargo, existe una clara discontinuidad entre los dos mecanismos de desgaste identificados y su relación con la carga y el volumen eliminado. El efecto de escala de longitud de la propiedad de dureza del material juega un papel integral en la relación entre el "grado de desgaste" y la carga. La transición entre los mecanismos de desgaste depende de la dureza, ya que por debajo de un umbral de carga se exhibe una deformación plástica limitada en forma de apilamiento. Se revela que el método presentado se puede utilizar como una técnica de caracterización de desgaste rápido, pero es necesario un trabajo adicional para proyectar las observaciones de interacción de aspereza individual a los contactos a macroescala.Files
28369608.pdf.pdf
Files
(1.7 MB)
| Name | Size | Download all |
|---|---|---|
|
md5:3773a68328e608ac964a36fcc15f9eb0
|
1.7 MB | Preview Download |
Additional details
Additional titles
- Translated title (Arabic)
- توصيف مستوى الشدة للتآكل الكاشط باستخدام مجهر القوة الذرية
- Translated title (French)
- Caractérisation du niveau d'aspérité de l'usure abrasive à l'aide de la microscopie à force atomique
- Translated title (Spanish)
- Caracterización del nivel de aspereza del desgaste abrasivo mediante microscopía de fuerza atómica
Identifiers
- Other
- https://openalex.org/W3169668030
- DOI
- 10.1098/rspa.2021.0103
References
- https://openalex.org/W1492285446
- https://openalex.org/W179372779
- https://openalex.org/W1932622994
- https://openalex.org/W1988733734
- https://openalex.org/W1990351237
- https://openalex.org/W1994253480
- https://openalex.org/W2000187683
- https://openalex.org/W2035366992
- https://openalex.org/W2036607573
- https://openalex.org/W2042837584
- https://openalex.org/W2043418691
- https://openalex.org/W2051549684
- https://openalex.org/W2060787663
- https://openalex.org/W2063674028
- https://openalex.org/W2066658291
- https://openalex.org/W2068099292
- https://openalex.org/W2069228407
- https://openalex.org/W2069555667
- https://openalex.org/W2069705494
- https://openalex.org/W2076953818
- https://openalex.org/W2077043099
- https://openalex.org/W2078859296
- https://openalex.org/W2081633336
- https://openalex.org/W2086933933
- https://openalex.org/W2093180297
- https://openalex.org/W2104935332
- https://openalex.org/W2115114451
- https://openalex.org/W2142586076
- https://openalex.org/W2142634612
- https://openalex.org/W2146202010
- https://openalex.org/W2154749481
- https://openalex.org/W2172031685
- https://openalex.org/W2289683446
- https://openalex.org/W2417672455
- https://openalex.org/W2532001828
- https://openalex.org/W2735421007
- https://openalex.org/W2750793845
- https://openalex.org/W2750857672
- https://openalex.org/W2795917064
- https://openalex.org/W2796565561
- https://openalex.org/W2901661422
- https://openalex.org/W2971876578
- https://openalex.org/W2995337747
- https://openalex.org/W3169668030
- https://openalex.org/W420211666
- https://openalex.org/W4388375513