Laboratoř tribologie

Laboratoř tribologie disponuje tímto přístrojovým vybavením:

• Optický tribometr
• 3D optický profilometr Bruker ContourGT-X8′
• Tribometr Mini Traction Machine
• Nanoindentor (TriboIndenter) Hysitron TI 950
• Univerzální tribometr Bruker UMT Tribolab
• Multifunkční tribometr R-TEC
• Vysokorychlostní kamera Phantom v710
• Infračervená termovizní kamera FLIR SC5500-M
• Rotační viskozimetr Haake Rotovisco 1
• Simulátor kontaktu kola a kolejnice s reálnou geometrií
• Dvoudiskové experimentální zařízení
• Stanice R-mat
• Univerzální zařízení pro trvanlivostní zkoušky ložisek
• Simulátor kyčelního kloubu v kombinaci s optickou interferometrií

Specifikace přístrojů:

Optický tribometr
Tribologický simulátor, ve kterém je tenký mazací film vytvářen ve styku mezi rotujícím skleněným (safírovým) kotoučem a otáčející se ocelovou kuličkou. Oba třecí povrchy mohou být nezávisle poháněny servomotory, které jsou řízeny programovatelnými měniči frekvence. To umožňuje experimentální modelování provozních podmínek vyskytujících se ve strojních uzlech. Tribometr je dostupný v konfiguraci kulička-disk s optickou interferometrií, fluorescenční mikroskopií a infračervenou termovizní kamerou.

Parametry:
* Zatížení do 50 N,
* rychlost třecích povrchů až 4 ms-1,
* kontaktní tlak (Hertz) až 1,5 GPa pro bodový kontakt,
* rozsah měření tloušťky mazacího filmu 1 až 1000 nm,
* teplotní rozsah měření do 70 °C.

Využití zařízení:
* Studium chování mazaných kontaktů provozovaných za podmínek elastohydrodynamického, smíšeného a mezného mazání, popřípadě nedostatečného zásobování kontaktu mazivem,
* simulace chování mazaného kontaktu s proměnnými parametry (rychlost, zatížení),
* posouzení vlivu mazivostních přísad a topografie třecích povrchů na utváření mazacího filmu.

3D optický profilometr Bruker ContourGT-X8′
Optický profilometr s vysokou rychlostí, přesností a rozsahem pro bezkontaktní 3D měření inženýrských povrchů (polovodičových součástek, přesných mechanických součástí) včetně ovládacího software. Profilometr ContourGT-X8 je jeden z nejpokročilejších optických interferometrických profilometrů dostupný v současnosti na trhu.

Parametry:
* Zvětšení od 0,5× po 200×,
* rozlišení 0,01 nm,
* skenovací rozsah v ose „z“ 0,1 nm – 10 mm,
* skenovací rychlost 92.5 μm/s,
* opakovatelnost

Využití zařízení:
* Stanovení 3D topografie povrchů strojních částí,
* schopnost měření s vysokým vertikálním rozlišením v širokém zorném poli,
* automatizovaná měření pro metrologie a kontrolu kvality.

Tribometr Mini Traction Machine
Tribometr pro měření třecích charakteristik mazaných a nemazaných kontaktů v širokém rozsahu otáček a skluzů. Jednou z hlavních aplikací, při kterých se MTM využívá je mapování trakce maziv za podmínek, které se běžně vyskytují u spalovacích motorů. Software umožňuje nadefinovat testovací profil obsahující sekvenci teplot, zatížení a rychlostí, doplňkové funkce obsahují měření opotřebení tvrdých vrstev, popřípadě měkkých kontaktů.

Parametry:
* Zatížení 0 – 75 N,
* kontaktní tlak až 1,25 GPa,
* rychlost do 4 ms-1,
* možnost prokluzu 0 – 100 %,
* měřicí teplota až 150 °C,
* objem testovaného vzorku 35 ml (volitelně 10 ml).

Využití zařízení:
* Analýza mazacích filmů v náhradách velkých kloubů člověka,
* měření Stribeckovy křivky – analýza tření a trakce,
* měření měkkých kontaktů (těsnění), tření pístů a různá měření opotřebení.

Nanoindentor (TriboIndenter) Hysitron TI 950
Automatizované, vysoce výkonné zařízení na podporu moderních nanomechenických technik charakterizace povrchů. Možnost nanovrypové zkoušky s vysokým rozlišením jak u aplikované síly v průběhu experimentu, tak u velmi přesného umístění a provedení vrypů. Komplexní analýzu mechanických a tribologických vlastností tenkých vrstev, povlaků a plazmaticky ošetřených povrchů od nano až po mikroúrovně.

Parametry:
* Rozsah XY posuvu: 250 mm × 150 mm,
* rozlišení posuvu: 500 nm,
* bitové rozlišení při měření síly:   * šum pro zátěž: * minimální kontaktní síla: ≤70 nN,
* rozlišení ve stanoveném posuvu: <0,02 nM
* šum pro posuv: <0,2 nm,
* teplotní drift: <0,05 nm/sec

Využití zařízení:
* Zjištění topografické informace o měřeném povrchu,
* sledování a kvantifikování celkového nanoopotřebení užitím in-situ zobrazování,
* měření Youngova modulu, tvrdosti, pevnosti a dalších mechanických vlastností pomocí nanoindentace.

Univerzální tribometr Bruker UMT Tribolab
Univerzální počítačem řízený tribometr sloužící pro charakterizaci tribologických procesů (opotřebení, vliv maziv na třecí povrchy, mikro-tvrdost, adheze) s možností simulace různých tribologických podmínek (vysoké teploty, zatížení).

Parametry:
* Vysokofrekvenční reciproční modul s rozsahem posuvu 0,2-30 mm, frekvence v rozsahu 0,3-50 Hz,
* teplotní komora s rozsahem do 400°C,
* 2-osý senzor síly s rozsahem od 0,2 N do 20 N,
* 2-osý senzor síly s rozsahem od 10N do 1000N,
* vertikální rozsah posuvu do 150 mm, rozlišení polohy 0,25 um, rychlost v rozsahu od 0,002 do 10 mm.s-1

Využití zařízení:
* Měření mikrotvrdosti dle Rockwella, Knoopa, Vickerse, Shore A, D,
* testování materiálů za vysokých teplot,
* testy maziv,
* měření velmi malých třecích sil.

Multifunkční tribometr R-TEC
Zařízení slouží pro standardní tribologické a mechanické zkoušky v rámci jednoho zařízení. Měřicí procesy jsou plně automatizovány a kontrolovány pomocí software.

Parametry:
* Zatížení od jednotek nN až do 2000 N,
* vysoký rozsah teplot pro tribologické testy, až 1000 °C pro Pin-on-Disc,
* konfigurace Ball-on-Disc, Pin-on-Disc, Block on Ring,
* lineární reciproční pohyb do max. 60 Hz,
* různé ASTM/DIN/ISO tribologické testy.

Využití zařízení:
* studium tření, opotřebení a mazání,
* materiálový výzkum (kovy, keramika, polymery, biomateriály),
* tribologické testy povlaků a vrstev (scratch test).

Vysokorychlostní kamera Phantom v710
Vysokorychlostní kamera s rozlišením až 1280 x 720 (720p) pro zachycení velmi rychlých tribologických procesů a změn v tloušťce mazacího filmu umožňuje záznam až 8360 (při rozlišení 720p) snímků za sekundu. Kamera umožňuje laboratorní a venkovní použití při výzkumu a vývoji strojů, zařízení a jejich částí s možností plné dokumentace probíhajících dějů.

Parametry:
* Záznam při rozlišení 1280 x 720 (720p) až 8360 snímků za sekundu,
* při rozlišení 128 x 32 až 685 800 snímků za sekundu,
* minimální expozice 1 µs (volitelně 300 ns),
* propustnost až 7 Gpx/s,
* velikost pixelu 20 µm.

Využití zařízení:
* Pevnostní a dynamické zkoušky materiálů,
* prototypové zkoušky strojů a zařízení,
* crash testy, lomové zkoušky materiálů, reakce chemických sloučenin,
* testování rychlosti a účinnosti bezpečnostních prvků,
* měření tenkých mazacích filmů za nestacionárních provozních podmínek.

Infračervená termovizní kamera FLIR SC5500-M
Pro studium termálních stacionárních i nestacionárních dějů a efektů probíhajících v kontaktu třetích těles. Kamera umožňuje analýzu rozložení teplotního pole na povrchu tělesa bezkontaktním způsobem.

Parametry:
* Rozlišení 320 x 256 pixelů,
* velikost pixelu na snímacím senzoru 30 x 30 μm,
* spektrální rozsah kamery od 2,5 do 5,0 μm,
* nejkratší expoziční čas 50 μs,
* snímková frekvence při plném rozlišení 200 Hz,
* bitová hloubka IR výstupního signálu 14 bitů,
* teplotní kalibrace pro minimální rozsah teplot 20 až 300 °C.

Využití zařízení:
* Monitorování změn v infračerveném spektru vyzařovaném mazacím filmem pro studium vlivu provozních podmínek na rozložení teploty v mazacím filmu,
* výzkum v oblasti tribologie povrchových úprav a extrémních provozních podmínek.

Rotační viskozimetr Haake Rotovisco 1
Viskozimetr pro studium viskoelastických vlastností kapalin. Mimo širokorozsahové měření viskozity kapalin (rozsah 1 až 105 mPas) a její časové závislosti lze měřit jejich tokové chování, studovat tixotropii, deformační chování látek a stanovovat bod tečení vysoce viskózních materiálů.

Parametry:
* Točivý moment: 0,1 – 50 mNm,
* otáčky: 0,0125 – 1000 min-1,
* úhlové rozlišení: 5 μrad,
* rozsah měření viskozity kapalin: 1 až 105 mPas,
* rozsah teplot: -20 až +200 °C.

Využití zařízení:
* Studium viskozity a jejího nelineárního chování (např. tixotropie) v širokém rozsahu viskozity, od vody po vysokou viskozitu gelů, olejů, past, asfaltů atd.,
* tokové chování, deformační chování látek, stanovení bodu tečení vysoce viskózních materiálů.

Simulátor kontaktu kola a kolejnice s reálnou geometrií
Simulátor kola a kolejnice v plném měřítku (s reálnou geometrií kontaktu) umožňuje studovat kontakt třecích těles při plném skluzu pro různá maziva a modifikátory tření.

Parametry:
* Maximální rychlost skluzu 1 ms-1,
* kontaktní tlak (Hertz) až 0,5 GPa (UIC-ORE vs. UIC60),
* geometrické měřítko 1:1.

Využití zařízení:
* Studium tření, opotřebení a mazání v oblasti kolejové dopravy,
* možnost optického pozorování kontaktní oblasti.

Dvoudiskové experimentální zařízení
Dvoudiskové zařízení s možností přesné kontroly skluzu pro stanovení adhezivních křivek. Zařízení umožňuje studium vlivu různých kontaminantů (voda, mazivo, listí, písek) ve třecím kontaktu a v laboratorním měřítku s možností sklonu disku.

Parametry:
* Maximální rychlost valení 6 ms-1,
* kontaktní tlak (Hertz) až 1 GPa (liniový kontakt),
* geometrické měřítko 1:12 (1:3).

Využití zařízení:
* Studium tření a opotřebení v oblasti kolejové dopravy,
* možnost optického pozorování kontaktní oblasti.

Stanice R-mat
Sledování rozvoje kontaktního poškození kovových a keramických materiálů na radiálních zkušebních strojích (příp. s vlivem rozdílných mazacích podmínek), zjišťování životnosti ložisek apod. Měřeným vzorkem je váleček, po jehož povrchu se odvalují dva kotouče s přesně definovaným tvarem, přitlačované stanovenou silou. V průběhu zkoušky se na povrchu vzorku postupně vytváří „stopa“ a při dostatečném zatížení vznikají i bodové poruchy – pitting.

Parametry:
* Průměr vzorku max. 10 mm,
* přítlačná síla 930 N,
* kontaktní tlak 5 000 MPa.

Využití zařízení:
* Stanovení vlivu velikosti defektu na třecích površích na únavovou životnost,
* simulace vlivu defektů na rozložení tlaku v mazaném kontaktu,
* stanovení vlivu povrchových úprav a maziv na kontaktní únavu.

Univerzální zařízení pro trvanlivostní zkoušky ložisek
Provoz testovacích stanic je řízen pomocí software, který umožňuje online diagnostiku, záznam měření a registraci důležitých charakteristik ložiska. Mezi sledované parametry patří doba chodu zkoušeného ložiska, teplota vnějšího a vnitřního kroužku a vibrace. Zařízení rovněž automaticky zastaví stanici při vzniku únavového poškození ložiska (pittingu), případně při zvýšení teploty nad stanovený limit. Vibrace jsou snímány piezoelektricky, kombinovaným snímačem teploty a vibrací z vnějšího kroužku.

Parametry:
* Velikost ložisek do ø 100 mm,
* zatížení do 15 kN,
* rychlost do 3 000 ot/min,
* možnost testovat až 4 ložiska na jednom zařízení současně.

Využití zařízení:
* Stanovení trvanlivosti ložisek,
* stanovení vlivu materiálů, maziv a tepelného zpracování na kontaktní únavu.

Simulátor kyčelního kloubu v kombinaci s optickou interferometrií

Zařízení slouží k simulaci artikulace kyčelního kloubu v lidském těle. Umožňuje testování reálných kyčelních endoprotéz z hlediska součinitele tření, opotřebení a pozorování vývoje mazacího filmu v kontaktní oblasti. Toho je docíleno použitím skleněné kloubní jamky, přes kterou je možné kontakt pozorovat pomocí mikroskopu a vysokorychlostní kamery. Simulátor umožňuje pohyb v rovině flexe-extenze, dále aplikovat různá zatížení a temperovat kloubní komponenty na teplotu 37 °C (teplota lidského těla).

Parametry:
* Rozsah zatížení kloubu 250 – 2000 N,
* flexe-extenze kloubu ± 16° s frekvencí 0,5 Hz,
* temperace kloubních komponent na 37 °C,
* lineární elektromotor pro vyvozování kontinuálního pohybu.

Využití zařízení:
* Pozorování vývoje tloušťky mazacího filmu v kontaktu hlavice a jamky kyčelního kloubu,
* kvantifikace opotřebení kyčelní endoprotézy,
* stanovení součinitele tření mezi hlavicí a jamkou.