|7分钟阅读

测量可靠制造工艺接触角的最佳方法

“材料科学”听起来很利基,甚至有点奇怪,但没有制造商是陌生的材料科学原理的含义,以制造可靠的产品。

材料彼此反应。材料属性会影响这些交互的发生方式。准确预测,并规划,材料相互作用是每个材料科学家工作的重要组成部分。Savvy,主动材料管理为制造商提供具有竞争优势的制造商,因为增加了生产效率,最小化的浪费和领域的改善性能。

表面性能可以被有意或无意地操纵以影响性能结果,而在制造过程中控制这些表面性能变量是预测可靠性的关键。

什么是表面质量?

表面特性延伸超过宏观,光泽或颜色等宏观特性。由表面的分子结构控制的纳米级化学和物理性质是对粘合性重要的表面性质。该表面结构总是不同于材料的堆积结构。并且它是这种结构,决定了材料相互作用以确定束缚,涂层和涂漆等一系列关键性质。

表面可以是坚固的和惰性的或不断变化的,因为他们通过制造环境和过程。当材料科学家想要创造一个新的表面时,他们将寻求通过各种方法改变表面,包括清洁,激活,磨损或使用其他方法来操纵一个表面。材料科学家需要验证他们的xinyabo体育 方法创建了他们预期的精确表面。

表面质量是指在零件的整个表面上达到化学成分和化学结构的均匀性。xinyabo体育 测量是测试表面质量和液体的最方便,准确和定量的方法接触角测量是测量表面能量最可靠和有用的方法。接触角是由表面上的一滴液体建立的形状的量度,它与液体被吸引到表面的强度直接相关。它对表面成分和结构的微小变化非常敏感。接触角测量允许制造商快速了解大量的质量表面。

要了解有关如何创建导致成功粘附的表面的更多信息,请下载我们的免费电子书:制造商消除生产中粘附问题的路线图亚博注册送彩金

接触角(也称为润湿角)是在液滴表面和它放置的表面之间形成的角度。如果液滴在表面上展开以形成低圆顶,则该角度小。如果液体“珠子上升”,它形成了大的接触角。下降展开的程度与液体分子在材料表面上的分子上有多强烈地引起的程度。液滴表面中的液体分子之间的吸引力被称为表面张力,并且材料表面上的分子之间的吸引力称为表面能。如果与表面张力相比,表面能量高,则液体分子强烈地吸引到表面,并且下降展开以形成低接触角。当与表面张力相比,表面能量低时,液体分子更容易吸引到自己和液体珠,建立高接触角。

液滴的接触角受到表面能的影响,而表面能的影响是用于附着的。

液滴的接触角受到表面能的影响,而表面能的影响是用于附着的。

测量可靠制造工艺的接触角的最佳方法-4

材料的表面能是一种令人惊讶的准确预测因子,如何涂覆,粘合剂,涂料,墨水或密封剂与表面反应。通过接触角测量,制造商可以知道他们在清洁过程中需要击中的公差,以实现适当的表面能水平,因此成功地粘附。

角度测量学的发展

固体表面上液滴形状的关系,水滴的固体和表面张力的表面能至少在19世纪初的托马斯杨。xinyabo体育 (字面上的“角度测量”)作为一种表征液固相互作用的手段,在1960年代随着威廉·齐斯曼(William Zisman)海军研究实验室(NRL)测角仪的发展向前迈出了重要的一步。nrl型测角仪是一种非常适合实验室调查的精密仪器。大多数基于实验室的接触角测角器都是基于这种经久不衰的设计。

在BTG实验室,我们在研发和产品开发中广泛使用NRL型测光仪。例如,我们在1990年代后期的复合材料可负担性倡议(CAI)计划中使用了一个测型仪。我们进入了CAI项目,为材料科学专业知识提供了帮助建立了复合材料,表面能量和粘合剂粘合性能的表面处理之间的关系。虽然在CAI计划的结束时,我们帮助建立了我们针对的过程控制洞察力,但也很清楚,也很明显,标准的NRL式测筒仪不适合在制造环境中进行这些测量。我们认识到需要一种便携式的设备,可以直接以高速,高批量的制造环境直接用于实际部件。

美国空军同意这些结论,并资助了BTG实验室制定替代方法。初步结果如此令人鼓舞,我们能够从国防部(DOD)和俄亥俄州的州,获得额外的发展支持。结果是所体现的最先进的接触角测量技术Surface Analyst™产品线。我们的想法根深蒂固。在进行表面清洗后,使用表面分析器来验证洁净度。Surface Analyst产品线已被广泛应用于所有依赖有效服务附着力持续产品性能的行业。制造商了解,表面分析产品线的产品将帮助他们实现一致的质量和性能的所有粘合表面。

表面分析技术vs台式测角仪

NRL式测筒仪与表面分析师之间的根本差异允许更紧凑,方便的设备,可以在整个自动化仪器中轻松掌控或部署,用于处理测量和控制。这些差异显着提高了测量的速度和准确性以及可以测量的表面类型的灵活性。主要的差异范围是:

  1. 液体沉积法
  2. 液滴沉积后接触角的计算方法

这些差异提供了灵活性,可以灵活地创建一个适用于生产线上的理想选择的便利手持设备,以及实验室中的过程开发。

在表面上沉积一滴液体

标准测芯计通过注射器或一块管道泵送液体来产生液滴,然后通过轻轻地接触到表面来将完全形成的下落转移到表面;液体和表面之间的粘合导致下降从管或针头脱离。表面分析师仪器家族使用专利的方法,称为弹道沉积:使用喷墨技术将液滴印刷到表面上。在其他优点之外,突出沉积允许液滴在表面上快速印刷,而不管取向或曲率如何,使其变得微不足道,以询问具有复杂的模制,加工或冲压几何形状的表面。

在弹道沉积期间赋予生长下降的动能赋予其他主要优点,特别是用于测量具有微小,粉尘颗粒和化学异质性的实际表面。下落印刷过程的影响导致下降的周边提前,并在沉积液体所需的几百毫秒内取出多次。下降周长的这种高频振动防止了通过异质性固定的生长下降,结果,建立了真正的平衡接触角,精确地反映了表面的化学成分。

Surface-Analyst-5001-Ballist-Drop-沉积

当水滴通过喷墨技术打印在表面上时,会发生弹道沉积,它提供了接触角的测量,相对于nrl型测角仪使用的静态水滴,它对表面化学的细微变化更为敏感。

另一个优点是因为赋予下降的动能量是可控的,因此可以通过推进或后退接触角之间的宽频谱来调谐弹道沉积。(我们将在后面的博客文章中获得更多的进入促进和后退角度的特征。)足以说明在弹道沉积参数中以一定数量的后退角度调谐导致对其对其更敏感的测量表面化学的微妙变化,其控制粘附性比NRL型测序仪使用的静态下降。

跌落接触角的测量

Surface Analyst技术的另一个重要特点是使用了水滴的自上而下图像来计算接触角。这与nrl型测角仪使用的剖面视图相反。自顶向下的方法简化了光学,消除了需要一个光滑的平面,不受限制的侧视图或反射镜获取图像。这一特性使得表面分析器上的万能检测头足够小,可以在复杂零件上难以到达的位置进行测量,比如凹槽和凹槽。高纹理表面,如喷砂金属或织物印迹复合材料,其纹理掩盖了真正的下降边缘,是微不足道的测量。这种方法还允许在凹槽或密封槽的底部或填充电路板上进行测量。

虽然放置在实验室制备的表面上的液体液滴通常是非常圆的,但在制造中遇到的现实生活表面通常不是圆形:由于化学和质地的小变化,下降的周边周围周围存在一系列接触角。侧视图焦点仅拾取这些角度中的2个以计算整个落帘轮廓。自上而下的方法返回一个接触角,其更加代表真正的平均接触角,因为它围绕下降周边的平均最多100个接触角的平均值。

重复性和准确性对于用于过程控制的测角仪是至关重要的

当我们直接比较来自两个NRL型测功仪的表面分析师的表面分析器的接触角测量时,可以看到弹道沉积过程的灵敏度的敏感性的一个很好的例子:台式机组和小型便携式单元笔记本电脑。这种比较是由弗劳恩霍夫研究所在德国评估大气血浆治疗对铝的影响。

从图中可以看出,由于表面能的增加,三种仪器测量的接触角随着等离子体处理停留时间的增加而减小。然而,通过弹道沉积法沉积的水滴和通过自上而下方法测量的水滴显示出更平滑、更一致和更强的处理水平反应。表面分析方法在过程开发和过程控制方面的优势是显而易见的。

Surface Analyst是一个角度测量器,它可以测量一个角度。然而,它与基于传统台式接触角测角仪的仪器有根本的不同,它使用弹道沉积法建立接触角,并结合自上而下的成像方法。它允许客观和极其敏感和可重复的表面化学测量,特别方便用于制造过程控制。另外一个好处是,它可以很容易地部署在完全自动化的系统中,以进行放手式过程控制,数据流可以很容易地合并到整个控制系统中。

想要了解更多关于工艺控制的创新方法,以及如何创建成功粘合的表面,下载我们的免费电子书:制造商消除生产中粘附问题的路线图亚博注册送彩金

制造商在生产中消除粘附问题的路线图

留下你的评论