Articles

tribolab untuk evaluasi ujji permukaan

Tribolab Bruker untuk Evaluasi Lubricants dan Surfaces

Tribolab adalah sebuah tribometer skala laboratorium yang diproduksi oleh Bruker. Biasanya, tribolab dapat digunakan untuk menguji berbagai jenis surfaces, termasuk logam, plastik, dan keramik.

Pengembangan lubricants dan surfaces pada mesin reciprocating dan kompresor kian dilakukan. Karenanya, pengukuran kinerja lubricants menjadi faktor kritis dalam estimasi akurat efisiensi bahan bakar.

Sebab itu, dalam melakukan hal tersebut diperlukannya tribometer skala laboratorium. Evaluasi tribologi pada sistem reciprocating dapat dilakukan secara efektif pada skala laboratorium melalui penerapan profil gerakan dan kecepatan yang tepat sehingga dapat mensimulasikan gerakan sebenarnya dari tribosistem.

Sistem reciprocating dalam sistem tribologi

Saat melakukan sistem reciprocating diperlukanya pemilihan elemen yang berperan penting dalam sistem tribologi, seperti di bawah ini.

  • Material dan geometri sampel yang diuji
  • Tekanan kontak antara permukaan yang dikendalikan oleh beban, geometri, dan material permukaan kontak
  • Frekuensi reciprocating dan panjang stroke yang akan mengarahkan profil gerakan dan kecepatan
  • Suhu terkendali nantinya mengaktivasi peristiwa tribo-kimia pada permukaan yang diuji

Tidak hanya itu, dibutuhkan pula beberapa faktor parameter utama yang diukur selama pengujian. Berikut parameter utama yang dimaksud.

  • Perubahan gesekan sepanjang stroke, karena gesekan tidak stabil dalam sistem recprocating
  • Perubahan suhu
  • Keausan yang diukur setelah pengujian.

Keunggulan penggunaan tribometer

Penggunaan tribometer skala kecil memiliki keuntungan tersendiri, yakni lubricants dan surfaces dapat dengan mudah dikarakterisasi setelah pengujian dengan menggunakan alat meterologi lainnya, seperti profilometer dan analisis kimia/spektrometer.

Di bawah ini, terdapat gambar 1 yang menunjukkan setup TriboLab untuk pengujian reciprocating dengan frekuensi tinggi. Setup ini dilengkapi tahap fast reciprocating stage, piezo-based sensor, normal-force sensor, dan pemanas 400°C.

umt tribolab bruker untuk evaluasi surfaces

Rakitan sensor telah dirancang dengan kemampuan berputar agar pengguna dapat mengganti sampel yang lebih rendah dengan cepat dan mengaplikasikan lubricants.

hasil resting engine oil dengan umt tribolab

Gambar 2 menunjukkan hasil dari pengujian engine oil 5W-30 menggunakan konfigurasi reciprocating ball-on-flat (steel-on-steel) dan sistem ASTM D6425-17 dengan setup HFRR. Selanjutnya, perubahan gesekan diamati dan diplot sebagai fungsi waktu, data dikumpulkan dan direkam dalam resolusi tinggi untuk memantau variasi kecil gesekan sepanjang stroke.


Variasi gesekan sepanjang stroke umumnya disebabkan oleh kombinasi perubahan pada permukaan, peralihan pada lubricants, dan getaran yang dihasilkan dari gerakan mekanis. Dari data resolusi tinggi ini, perubahan arah mudah divisualisasikan.

Berikutnya, gambar 3 menunjukkan koefisien gesekan (COF) sebagai fungsi posisi. Hal ini dikarenakan kecepatannya termasuk sinusoidal bukan linear.

umt tribolab bruker friction force

Pun, terdapat sistem HFRR sehingga dapat melakukan pencatatan posisi yang tepat sebab menggunakan LVDT (transformator perpindahan variabel linier) yang terintegrasi dalam tahap reciprocating cepat. Grafik ini, dengan jelas menunjukkan bagaimana gesekan mencapai maksimum di setiap titik ekstrik stroke serta bagaimana perubahan arah berikutnya.

UMT Tribolab Bruker

Software pendukung pada UMT Tribolab Bruker memberikan fleksibelitas penuh kepada pengguna untuk menganalisis data yang diperoleh dari pengujian reciprocating dengan frekuensi tinggi.

Lalu, dalam menghitung COF pengguna dapat memilih dari beberapa metode, seperti metode sederhana yang menggunakan persentase nilai gesekan tertinggi di tiap stroke (Gambar 4 kiri) atau metode advanced yang memilih persentase titik di tengah stroke (Gambar 4 kanan).

umt tribolab bruker

Tentunya, kemampuan ini membantu user dalam menyesuaikan pengumpulan dan analisis data kemudian, memberikan nilai gesekan yang dapat membantu memahami perbedaan kecil antar lubricants.

Pada gambar 5 menunjukkan perbedaan antara perhitungan COF secara keseluruhan saat menggunakan metode yang berbeda untuk engine oil yang sama.

hasil testing engine oil dengan tribometer bruker

Saat menghitung COF dengan metode yang berbeda, dapat dilihat bagaimana nilai COF berubah secara dramatis dari nilai keseluruhan sekitar ~0,14 saat menggunakan metode sederhana dengan 1% dari top point menjadi ~0,11.

Selanjutnya, saat menggunakan 30% dari top point menjadi lebih rendah (~0,10). Pun, saat menggunakan metode advanced dengan 50% dari titik di tengah stroke. Metode advanced cenderung lebih konsisten dengan 50% dan 80% dari overlapping points.

Dengan demikian metode sederhana kurang konsisten dibandingkan metode advanced. Akan tetapi, metode ini tetap diperlukan untuk menghitung gesekan dari puncak ke puncak (persentase kecil dari top points) sesuai dengan standar ASTM.

Begitupun, metode yang dipilih untuk menghitung COF sangat penting dalam melakukan perbandingan lubricants yang paling dekat dengan performance. Hal ini tidak hanya nilai absolut sederhana saat mengacu pada gesekan sistem reciprocating, namun sangat bergantung pada metode analisis.

Dalam gambar 6 menerangkan bahwa pengujian yang dilakukan dengan ASTM D6425-17 pada dua lubricants (oil A:5W-30, oil B:0W-20) yang mendekati performancenya dan bagaimana data dapat berbeda dalam metode yang digunakan.

perbadningan oil dengan umt tribometer

Saat menggunakan metode sederhana dengan 1% dari top points, perbedaan antara oils A dan B dapat lebih terlihat. Hal ini sangat berbeda jika dibandingkan saat menggunakan metode advanced dengan 50% dari points yang mana kondisi lubricants overlapping.

Rig reciprocating frekuensi tinggi dari UMT Tribolab terbukti sebagai teknik yang dapat diandalkan untuk skrining material dan pelumas pada aplikasi recprocating, misalnya mesin dan kompresor.

Fleksibelitas sistem ini, menjadikan evaluasi lubricants pada sistem yang berbeda serta dengan keunggulan untuk mengendalikan analisis data. Bahkan, UMT Tribolab dapat melakukan protokol serupa dengan ASTM 6425 untuk mengevaluasi gesekan pada lubricants serta membantu perbedaan penting dalam berbagai fungsi tribosistem.

Reference

Bruker.com