Stent Coating Adhesion and Delamination Analysis Using Nano Scratch Testing

Application Note | Stent Coating Adhesion Testing

Stent Coating Adhesion and Delamination Analysis Using Nano Scratch Testing

Quantifying Coating Failure and Adhesion Performance on Drug-Eluting Stents

Research & Experimental Testing

دوانجي لي ، دكتوراه

Visual Design & Editorial

أندرو شور

مقدمة

Blood is carried through arteries from the heart to the rest of the body. Any weakening or blockage of these vessels can pose significant health risks and may become life-threatening. A stent is a small mesh tube inserted into the lumen of a blood vessel to treat narrowed or weakened arteries. Stent implantation is now a widely used procedure to support the arterial wall and restore blood flowᶦ.

Metal stent mesh geometry illustrating the structural complexity of vascular implant design.

Why coating adhesion matters in drug-eluting stents

Drug-eluting stents represent a major advancement in stent technology. They incorporate a biodegradable, biocompatible polymer coating that enables controlled drug release at the arterial site, helping to inhibit intimal thickening and reduce the risk of restenosisᶦᶦ.

A critical concern in these systems is the delamination of the polymer coating from the metallic stent substrate. This coating carries the drug-eluting layer, and its adhesion directly impacts device performance and reliability.

To improve coating adhesion, stents are often designed with complex geometries. In this study, the polymer coating is located at the bottom of grooves within the stent mesh. This configuration presents a significant challenge for adhesion measurement.

A reliable method is required to quantitatively evaluate the interfacial strength between the polymer coating and the metal substrate. The small diameter of the stent mesh, comparable to a human hair, combined with its three-dimensional geometry, requires:

ultrafine X-Y positioning accuracy
precise control of applied load
accurate depth measurement during testing

Measurement Method

Nano scratch testing is performed using the جهاز اختبار ميكانيكي NANOVEA PB1000, in Nano Scratch Mode, to evaluate the cohesive and adhesive strength of the polymer coating on the metal mesh of stent samples.

Controlled scratch measurements are carried out on stent geometries with dimensions comparable to a human hair, enabling precise evaluation of coating adhesion on complex stent structures.

نانوفيا PB1000 Advanced

اختبار ميكانيكي

شروط الاختبار

1. Regular Stent Samples

The stent is fixed on the sample stage, with a support wire inserted inside the stent tube to ensure stability during nano scratch testing. The NANOVEA Mechanical Tester is used to perform nano scratch measurements using the parameters summarized in Table 1, to evaluate the cohesive and adhesive strength of the polymer coating on the metal substrate.

Parameter	Value
Load type	تدريجي
Initial load	0.05 mN
Final load	300 and 100 mN
Sliding speed	0.5 mm/min
Sliding distance	0.5 mm
Indenter geometry	مخروطي
Indenter material (tip)	الماس
نصف قطر طرف إندينتر	20 µm
درجة حرارة	24°C (room)

الجدول 1: Test parameters for nano scratch measurements on regular stent samples

2. Grooved Stent Samples

The SEM image in Fig. 1 shows the cross-section of the stent sample. The stent features a groove with a depth of approximately 30 µm. The polymer coating, with a thickness of 10.8 µm, is located at the bottom of the groove.

Standard 60° conical diamond tips are not sharp enough to reach the bottom of the groove without contacting the sidewalls. Therefore, a sharper 40° conical diamond tip is used in this study (Fig. 2).

Nano scratch measurements are performed using the parameters summarized in Table 2.

Parameter	Value
Load type	تدريجي
Initial load	0.1 mN
Final load	300 mN
معدل التحميل	300 mN/min
Scratch length	0.25 mm
Scratch speed	0.25 mm/min
Indenter geometry	40° cone
Indenter material (tip)	الماس
نصف قطر طرف إندينتر	5 µm

Table 2: Test parameters for nano scratch measurements on grooved stent samples

Fig. 1: SEM cross-section of a grooved stent showing polymer coating located at the bottom of the groove, highlighting the challenge of coating adhesion measurement in recessed geometries.

Fig. 2: Schematic of a 40° conical diamond tip designed for nano scratch testing inside stent grooves, enabling accurate adhesion measurement without sidewall interference.

النتائج والمناقشة

The stent mesh has a diameter of approximately 100 μm, comparable to a human hair. Precise positioning is therefore critical to ensure the scratch test is performed at the center of the stent mesh. The NANOVEA Mechanical Tester provides X–Y positioning accuracy down to 0.25 μm, enabling accurate test placement under the integrated optical microscope.

1. Regular Stent Samples

Nano scratch testing is performed with a progressively increasing load up to 300 mN. The full scratch track on the stent is shown in Fig. 3a, while failure behavior at different stages is presented in Fig. 3b and 3c.

Two critical loads are identified:

Lc1: the load at which the first visible damage appears on the coating
Lc2: the load at which the coating is fully removed and the substrate is exposed

The evolution of coefficient of friction (COF) and penetration depth is shown in Fig. 4, providing insight into the progression of coating failure during the test.

The first signs of coating damage appear at Lc1 ≈ 14.5 mN. As the applied load increases, the diamond tip progressively penetrates the polymer coating, resulting in a wider and deeper scratch track. During this phase, the COF increases from approximately 0.05 to 0.7.

At Lc2 ≈ 78.1 mN, the coating is fully delaminated from the metal substrate. Beyond this point, as the load continues to increase, both COF and penetration depth remain relatively stable due to the mechanical support of the underlying metal substrate.

(a) Full Scratch Track

(b) Lc1 ≈ 14.5 mN

Fig. 3: Nano scratch track on a stent coating under progressively increasing load, showing (a) full scratch path, (b) initial coating failure at Lc1 ≈ 14.5 mN, and (c) complete coating delamination at Lc2 ≈ 78.1 mN.

Fig. 4: Evolution of coefficient of friction (COF) and penetration depth during nano scratch testing of a stent coating under progressively increasing load, showing the progression of coating failure and transition to substrate support.

Failures during nano scratch testing up to a maximum load of 300 mN occur at critical loads below 100 mN. To enable a more quantitative comparison of coating performance, additional tests are performed with a maximum load of 100 mN on two stent samples, referred to as Sample 1 and Sample 2.

Fig. 5 compares the scratch tracks of Sample 1 and Sample 2 after nano scratch testing. Sample 1 exhibits the first sign of coating damage at a critical load of Lc1 ≈ 13.2 mN, while Sample 2 shows initial failure at a higher load of Lc1 ≈ 21.1 mN.

Coating delamination occurs at 62.5 mN for Sample 1. In contrast, the coating on Sample 2 remains intact throughout the test, continuing to protect the metal substrate under the same loading conditions.

This behavior is further reflected in the evolution of coefficient of friction (COF) and penetration depth, as shown in Fig. 6. When the diamond tip penetrates through the coating and contacts the metal substrate in Sample 1, the COF reaches a peak while the penetration depth decreases due to the increased stiffness of the underlying substrate.

(a) Sample 1 – Early Coating Failure

(b) Sample 2 – Improved Coating Integrity

Fig. 5: Comparison of nano scratch tracks for two stent coatings, showing (a) early coating failure and delamination in Sample 1, and (b) improved coating integrity in Sample 2 under the same loading conditions.

Fig. 6: Comparison of coefficient of friction (COF) and penetration depth for Sample 1 and Sample 2 during nano scratch testing, showing earlier substrate contact and higher friction response in Sample 1, indicating weaker coating adhesion.

2. Grooved Stent Samples

As shown in Fig. 1 and Fig. 7, the grooved stent mesh has a diameter of approximately 90 μm, comparable to a human hair. The groove has a width of ~50 μm and a depth of 30 μm. This geometry presents a significant challenge for nano scratch testing, particularly for evaluating coating adhesion at the bottom of the groove.

Precise positioning is critical to locate the scratch test within the groove. The nano scratch test is performed with a progressively increasing load up to 300 mN. The full scratch tracks of grooved stent Samples 3 and 4 are compared in Fig. 7.

The critical load Lc is defined as the load at which the coating fails and the substrate becomes exposed. The evolution of normal load and penetration depth, shown in Fig. 8, provides further insight into the progression of coating failure during testing.

As the applied load increases, the diamond tip progressively penetrates the polymer coating, resulting in a deeper scratch track. When the critical load Lc is reached, the coating delaminates from the metal substrate.

Sample 3 exhibits coating failure at Lc ≈ 126 mN, while Sample 4 fails at a higher load of Lc ≈ 173 mN. This difference indicates stronger adhesion of the coating in Sample 4.

The measured critical loads enable quantitative comparison of coating adhesion performance. Under the same testing conditions, the coating on Sample 4 demonstrates higher resistance to delamination, making it the better-performing candidate in this study.

(d) Sample 4 – Higher Adhesion in Groove (Lc ≈ 173 mN)

Fig. 7: Nano scratch tracks inside stent grooves for Samples 3 and 4, showing (c) coating failure at Lc ≈ 126 mN in Sample 3 and (d) higher adhesion with delayed failure at Lc ≈ 173 mN in Sample 4.

(a) Sample 3 – Earlier Coating Failure (Lc ≈ 126 mN)

(b) Sample 4 – Delayed Failure and Higher Adhesion (Lc ≈ 173 mN)

Fig. 8: Evolution of normal load and penetration depth during nano scratch testing inside stent grooves for Samples 3 and 4, showing earlier coating failure in Sample 3 and delayed failure at higher load in Sample 4. The vertical green line indicates the critical load (Lc) where coating delamination occurs.

خاتمة

This study demonstrates the ability of the NANOVEA Mechanical Tester to quantitatively evaluate the cohesive and adhesive strength of polymer coatings on both regular and grooved stent geometries using nano scratch testing.

The recessed geometry of the stent grooves, approximately 50 μm wide and 30 μm deep, presents a significant challenge for coating adhesion measurement. The high X–Y positioning accuracy of 0.25 μm enables precise placement of the scratch test within these confined regions, allowing direct evaluation of coating performance where failure is most critical.

By applying a controlled, progressively increasing load, critical loads associated with coating failure can be identified and compared across samples. This approach enables reliable differentiation of coating adhesion performance and interfacial integrity, even on small, complex stent structures.

مراجع

[I] http://www.nhlbi.nih.gov/health/health-topics/topics/stents
[II] http://www.scielo.org.mx/scielo.php?script=sci_arttext&pid=S1405-99402006000300008

Frequently Asked Questions About Stent Coating Adhesion Testing

What is stent coating adhesion testing?

Stent coating adhesion testing evaluates how strongly a polymer coating is bonded to the metal substrate of a stent. Techniques such as nano scratch testing quantify the load at which coating damage and delamination occur, providing measurable indicators of adhesion strength.

What is critical load (Lc) in nano scratch testing?

Critical load (Lc) is the applied load at which a coating fails during a scratch test.

Lc1 corresponds to the first visible damage in the coating
Lc2 indicates complete coating removal and exposure of the substrate

These values are used to quantify and compare coating adhesion performance.

Why is coating adhesion important in drug-eluting stents?

Coating adhesion directly affects the reliability of drug-eluting stents. Poor adhesion can lead to coating delamination, which may compromise controlled drug release and increase the risk of device failure.

How do you measure coating adhesion inside stent grooves?

Measuring adhesion inside stent grooves requires high positioning accuracy and appropriate indenter geometry. Nano scratch testing with sharp diamond tips allows access to recessed coating regions, enabling direct evaluation of adhesion within complex stent geometries.

What does coefficient of friction (COF) indicate in scratch testing?

The coefficient of friction (COF) reflects changes in surface interaction during the scratch test. A sudden increase in COF often indicates coating failure and contact between the indenter and the underlying metal substrate.

How can nano scratch testing compare different coating formulations?

Nano scratch testing enables direct comparison of coatings by measuring critical loads under controlled conditions. Higher critical loads indicate stronger adhesion and improved resistance to delamination, allowing selection of better-performing coating systems.

Need Reliable Stent Coating Adhesion Testing?

Dental Surface Roughness Measurement & 3D Tooth Topography

Application Note | Dental Surface Characterization

Dental Surface Roughness Measurement and Full 3D Tooth Topography

Surface Roughness Analysis Using Non-Contact Optical Profilometry

أُعدت بواسطة

Walter Alabiso, PhD; Davide Morrone, MPhys; Andrew Shore, MA

مقدمة

The ability to accurately characterize tooth surfaces, including micro-roughness and 3D surface topography at the nanometer scale, enables advanced research and applications in orthodontics and dental materials science. Non-contact optical profilometry provides a precise method for measuring dental surface roughness and analyzing tooth surface morphology without damaging delicate structures. These measurements support the development of composite dental materials that replicate the natural surface roughness of enamel, as well as the design and fabrication of patient-specific dental casts and restorative components.

Low surface roughness plays a primary role in limiting bacterial adhesion and plaque formation, thereby reducing the risk of cavities. An increase in average roughness (Ra) above 2 µm leads to a steep increase in biofilm formation in vivo.¹ An Ra of 0.2 µm is considered the threshold value below which no further reduction in bacterial adhesion can be expected.²

Reconstruction of the tooth’s 3D surface topography enables the fabrication of dental casts, which are essential for accurate diagnosis, treatment planning, and the fabrication of dental appliances.

Non-Contact Optical Profilometry for Dental Surface Analysis

The present study illustrates the potential of NANOVEA’s high-precision non-contact optical profilometers for dental surface roughness measurement and 3D tooth topography analysis. Chromatic Light technology offers significant advantages over classical touch probe techniques. It acquires data points from deep crevices and complex geometries without introducing measurement errors or artifacts caused by local plastic deformation and without requiring extensive data manipulation.

Compared to focus variation systems, single-point optical sensing provides superior lateral and height accuracy, with X/Y resolution below 0.5 µm, maximum vertical resolution of 1.9 nm, and the ability to measure surface angles up to 87°. The technique is effective on transparent, opaque, specular, diffusive, polished, and rough dental surfaces, making it well suited for comprehensive dental surface characterization.

ℹ️ اعرف المزيد عن non-contact optical profilometry and surface roughness measurement services.

Measurement Method

في هذا التطبيق ، فإن ملف NANOVEA JR25 Non-Contact Optical Profiler was used to analyze the surface roughness and 3D surface topography of an adult human molar previously affected by tooth decay. The side of the tooth was scanned using a PS2–MG140 single-point optical sensor to measure surface roughness parameters over a defined region of interest and along multiple line profiles.

The crown of the tooth was then scanned and reconstructed using a PS5–MG35 single-point optical sensor, which is suited for larger-area acquisition and full 3D tooth topography measurement.

نانوفيا JR25 Portable
الملف الشخصي البصري

Surface Measurement Using NANOVEA Optical Profilometer

Surface roughness measurements were performed on the lateral side of the molar crown, followed by full 3D reconstruction of the crown surface. Separate single-point optical sensors were used to optimize measurement accuracy for both localized roughness analysis and large-area surface topography acquisition.

PS2 – MG140

Surface roughness analysis by area and parallel line profiles on the side of the tooth’s crown.

PS5 – MG35

Full 3D surface reconstruction of the tooth’s crown.

معلمات القياس

The following measurement parameters were used for localized surface roughness analysis and full 3D surface reconstruction of the molar crown using NANOVEA single-point optical sensors.

Parameter	Roughness Analysis (Area)	Roughness Analysis (Profiles)	Full 3D Reconstruction
Optical Pen	PS2-MG140	PS2-MG140	PS5-MG35
Z-Range [µm]	300	300	10000
X-Distance [mm]	2.00	3.00	7.50
X-Step Size [µm]	1.70	1.70	10.00
Y-Distance [mm]	2.00	1.00	7.00
Y-Step Size [µm]	1.70	100.00	10.00
Average (Avg)	1	1	1
Measurement Type	Direct	Direct	Direct
Acquisition Mode	Single Frequency	Single Frequency	Double Frequency
Acquisition Rate [Hz]	200	200	100–400
Light Intensity [%]	100	100	100

Optical Profilometry Results

Surface Roughness Analysis (Area)

The PS2 single-point optical sensor was used to investigate fine surface features on the side of the tooth. The image below shows a false-color 2D surface map of the scanned region obtained by non-contact optical profilometry.

A least-squares degree-8 polynomial form removal was applied to isolate the surface roughness component. The roughness filters S-Gaussian 2.5 µm and L-Gaussian 0.8 mm were then applied according to ISO 25178. The resulting filtered surface and corresponding roughness parameters are presented below.

ISO 25178 – Roughness (S-L)
S-filter (λs): Gaussian, 2.5 µm
F: [Workflow] Form removed (LS-poly 8)
L-filter (λc): Gaussian, 0.8 mm
Height Parameters
سكوير	2.433	µm	ارتفاع الجذر التربيعي
SSK	-0.102		انحراف
SKU	3.715		التفرطح
Sp	18.861	µm	أقصى ارتفاع ذروة
سيفيرت	16.553	µm	Maximum pit depth
س	35.414	µm	أقصى ارتفاع
سا	1.888	µm	حسابي يعني الارتفاع

The average surface roughness Sa is 1.888 µm, while the peak-to-valley height Sz reaches 35.414 µm.

A 3D surface rendering of the filtered area is shown below for visualization.

Roughness Analysis (Profiles)

Surface roughness profiles were measured using a series of 11 parallel line scans along the X direction on the side of the tooth. The false-color 2D surface map of the raw scan is shown below.

The surface form was removed using a least-squares 8-degree polynomial prior to applying the metrological filters, leaving the residual surface shown below.

A statistical analysis of the measured surface roughness profiles reveals the following line roughness parameters.

		Description	Mean	Std dev	Min	Max
ISO 4287 – Roughness (S-L)
F: لا أحد
S-filter (λs): Gaussian, 2.5 µm
L-filter (λc): Gaussian, 0.8 mm
Evaluation length: All λc (3)
Amplitude Parameters – Roughness Profile
Rp	µm	Maximum peak height of the roughness profile	5.683	0.761	4.315	6.610
Rv	µm	Maximum valley depth of the roughness profile	6.242	1.009	4.701	8.438
Rz	µm	Maximum height of roughness profile	11.925	1.676	9.123	15.048
Ra	µm	Arithmetic mean deviation of the roughness profile	2.063	0.297	1.710	2.629
Rq	µm	Root-mean-square (RMS) deviation of the roughness profile	2.523	0.361	2.057	3.175

F: لا أحد

S-filter (λs): Gaussian, 2.5 µm

L-filter (λc): Gaussian, 0.8 mm

Evaluation length: All λc (3)

The value of Ra is consistent with the Sa value extracted from the surface area measurement.

Different metrological filters can be applied to distinguish between macroscopic waviness and microscopic surface roughness. For example, a coarser filter cut-off, such as the 8 mm cut-off used with the Robust Gaussian order-2 filter, produces a smoother waviness profile (red) that is less sensitive to sharp local variations and follows the original surface profile more loosely.

Alternatively, a finer cut-off (e.g., 0.08 mm) enables the analysis of micro-roughness by removing the waviness component that follows the original profile at a larger scale, leaving the finer surface roughness features of the tooth visible.

The microroughness analysis obtained using a 0.08 mm L-Gaussian filter is presented below.

		Description	Mean	Std dev	Min	Max
ISO 4287 – Roughness (S-L)
F: لا أحد
S-filter (λs): Gaussian, 2.5 µm
L-filter (λc): Gaussian, 0.08 mm
Evaluation length: All λc (37)
Amplitude Parameters – Roughness Profile
Rp	µm	Maximum peak height of the roughness profile	1.582	0.122	1.342	1.748
Rv	µm	Maximum valley depth of the roughness profile	1.466	0.119	1.254	1.661
Rz	µm	Maximum height of roughness profile	3.049	0.196	2.820	3.409
Ra	µm	Arithmetic mean deviation of the roughness profile	0.495	0.047	0.423	0.597
Rq	µm	Root-mean-square (RMS) deviation of the roughness profile	0.643	0.056	0.562	0.762

F: لا أحد

S-filter (λs): Gaussian, 2.5 µm

L-filter (λc): Gaussian, 0.8 mm

Evaluation length: All λc (3)

Full 3D Tooth Surface Topography Reconstruction

The extended Z-scan range of the PS5 optical sensor enables high-fidelity scanning of the entire tooth crown surface. The resulting 3D surface topography is shown below.

2D VIEW: 2D surface map of the tooth crown measured with optical profilometry

3D VIEW: High-fidelity 3D rendering of the molar crown surface obtained with optical profilometry

خاتمة

In this application, the NANOVEA JR25 Non-Contact Optical Profiler was used to measure the surface roughness and 3D surface topography of an adult human molar.

Both the area scan and the line profile analysis revealed a roughness Rq of approximately 2.5 µm and an Ra of about 1.9–2.0 µm. These values are consistent with results reported in the literature.³ The use of a narrower L-Gaussian filter with an 80 µm cut-off enabled further investigation of micro-roughness, revealing an Rq of 0.643 µm and an Ra of 0.495 µm.

The full 3D surface topography of the molar crown was reconstructed with high fidelity. The high measurement resolution allows detection of fine surface features and crevices. The resulting surface data can be easily processed and exported as STL files, enabling the design and fabrication of customized dental devices and restorative components.

مراجع

[1] Shin, B.W., et al. Surface Roughness of Prefabricated Pediatric Zirconia Crowns Following Simulated Toothbrushing. Pediatric Dentistry 44.5 (2022): 363–367.
[2] Bollen, C.M.L., Paul Lambrechts, and Marc Quirynen. Comparison of surface roughness of oral hard materials to the threshold surface roughness for bacterial plaque retention: A review of the literature. Dental Materials 13.4 (1997): 258–269.
[3] Suputtamongkol, K., et al. Surface roughness resulting from wear of lithia-disilicate-based posterior crowns. Wear 269.3–4 (2010): 317–322.

Frequently Asked Questions About Dental Surface Roughness Measurement

What is dental surface roughness measurement?

Dental surface roughness measurement quantifies the microscopic texture of tooth surfaces using parameters such as Ra, Rq, and Sa. Optical profilometers measure these features without contacting the surface, allowing accurate analysis of enamel, restorative materials, and dental crowns.

Why use optical profilometry to measure tooth roughness?

Optical profilometry provides non-contact surface measurement with nanometer-scale vertical resolution. It captures 2D surface maps and full 3D surface topography of dental structures without damaging soft or polished surfaces.

What roughness parameters are used for dental surface analysis?

Common roughness parameters include Ra (arithmetic mean roughness), Rq (root mean square roughness), Sa (areal roughness), and Sz (maximum surface height). These parameters help evaluate enamel wear, plaque adhesion risk, and the performance of restorative materials.

Why is surface roughness important in dentistry?

Surface roughness affects plaque retention, wear resistance, and the long-term performance of dental restorations. Controlling micro-roughness can reduce bacterial adhesion and improve the durability of dental materials.

Need Reliable Surface Roughness Measurement for Dental Materials?

اختبار مقاومة الخدش لواقيات شاشة الهاتف للخدش

أُعدت بواسطة

ستايسي بيريرا وجوسلين إسبارزا وبيير لورو

فهم مقاومة الخدش في واقيات شاشة الهاتف المحمول

تلعب الطلاءات الواقية على شاشات الهواتف دورًا حاسمًا في مقاومة الخدوش وقوة الالتصاق والمتانة على المدى الطويل. وبمرور الوقت، يمكن أن تؤدي الخدوش والتشققات الدقيقة وتشققات الطلاء إلى تقليل الوضوح البصري والموثوقية - خاصة في البيئات عالية الاستخدام. لتقييم كيفية مقاومة واقيات الشاشة المختلفة للضرر الميكانيكي، يوفر اختبار الخدش باستخدام الأجهزة رؤية قابلة للقياس الكمي لآليات فشل الطلاء، بما في ذلك الالتصاق والتماسك وسلوك الكسر.

في هذه الدراسة, جهاز اختبار ميكانيكي NANOVEA PB1000 يستخدم لمقارنة واقيات الشاشة المصنوعة من مادة TPU مقابل واقيات الشاشة المصنوعة من الزجاج المقسّى تحت التحميل التدريجي المتحكم به. باستخدام الكشف الدقيق للانبعاثات الصوتية، نحدد أحمال الفشل الحرجة ونميز كيفية استجابة كل مادة لزيادة الضغط الميكانيكي.

لماذا يعتبر اختبار مقاومة الخدش مهمًا بالنسبة لواقيات الشاشة

يفترض العديد من المستخدمين أن الواقيات الأكثر سمكًا أو الأكثر صلابة يكون أداؤها تلقائيًا أفضل، ولكن المتانة الحقيقية تعتمد على كيفية تصرف المادة تحت الحمل التدريجي وتشوه السطح والإجهاد الموضعي. يسمح اختبار الخدش الآلي للمهندسين بقياس التصاق الطلاء وقوة التماسك ومقاومة تآكل السطح والأحمال الدقيقة التي تبدأ عندها الأعطال أو تنتشر.

من خلال تحليل نقاط بدء التصدع وسلوك التفكك وأنماط الفشل، يمكن للمصنعين التحقق من أداء واقي الشاشة لأغراض البحث والتطوير أو مراقبة الجودة أو القياس المقارن. يوفر اختبار الخدوش النانوية والخدوش الدقيقة رؤية قابلة للتكرار وقائمة على البيانات حول المتانة في العالم الحقيقي بما يتجاوز تقييمات الصلابة التقليدية.

هدف اختبار الخدش:
قياس أحمال الفشل في واقيات الشاشة

الهدف من هذه الدراسة هو توضيح كيفية قيام جهاز الاختبار الميكانيكي NANOVEA PB1000 بإجراء اختبار مقاومة الخدش القياسي القابل للتكرار على واقيات الشاشة البوليمرية والزجاجية. من خلال زيادة الحمل المطبق تدريجيًا، يكتشف النظام الأحمال الحرجة لفشل التماسك والالتصاق، ويلتقط إشارات الانبعاثات الصوتية، ويربط هذه الأحداث بعمق الخدش وقوة الاحتكاك وتشوه السطح.

توفر هذه المنهجية صورة ميكانيكية كاملة لكل طلاء واقٍ، مما يسمح للمصنعين وفرق البحث والتطوير بتقييم تركيبات المواد وقوة التصاق الطلاء ومتانة السطح والسماكة المثلى للطلاء لتحسين أداء المنتج. تُعد تقييمات الخدش هذه جزءًا من مجموعة NANOVEA الأوسع نطاقًا من حلول الاختبارات الميكانيكية تُستخدم لتوصيف الطلاءات والأغشية والركائز في بيئات البحث والتطوير ومراقبة الجودة والإنتاج.

نانوفيا المنصة الكبيرة PB1000
اختبار ميكانيكي

معلمات اختبار الخدش وإعداد الجهاز

تم إجراء تقييم مقاومة الخدش لواقيات الشاشة المصنوعة من البولي يوريثان البولي يوريثان والزجاج المقسّى في ظل ظروف محكومة لضمان إمكانية التكرار والكشف الدقيق عن حمل الفشل. تحدد المعلمات التالية إعداد اختبار الخدش بالحمل التدريجي المستخدم في جهاز الاختبار الميكانيكي NANOVEA PB1000.

نوع التحميل	متقدم
التحميل الابتدائي	0.1 N
التحميل النهائي	12 N
سرعة انزلاق	3.025 مم/دقيقة
مسافة انزلاق	٣ مم
الهندسة للكرة المستخدمة كخارق	روكويل (مخروط 120 درجة)
مادة المسافة البادئة (طرف)	دياموند
نصف قطر الخارق	50 ميكرومتر
أَجواء	الهواء
درجة حرارة	24 درجة مئوية (درجة حرارة الغرفة)

الجدول 1: معلمات الاختبار المستخدمة في اختبار الخدش

عينة من واقي الشاشة مثبتة على جهاز الاختبار الميكانيكي NANOVEA PB1000 أثناء قياس الخدش بالحمل التدريجي.

عينات واقي الشاشة المستخدمة لاختبار مقاومة الخدش

تم اختيار مادتي واقي شاشة متوفرتين تجاريًا لمقارنة الاختلافات في مقاومة الخدش وسلوك الفشل والمتانة الميكانيكية. تم تركيب كلتا العينتين بإحكام على جهاز الاختبار الميكانيكي NANOVEA PB1000 وتم تقييمهما في ظروف تحميل تدريجي متطابقة لضمان إجراء مقارنة متسقة وغير متحيزة.

يمثل واقي الشاشة TPU طبقة بوليمرية مرنة ذات مرونة عالية ولكن مقاومة أقل للتآكل، بينما يمثل واقي الشاشة المصنوع من الزجاج المقسّى مادة صلبة وهشة مصممة لصلابة عالية وحماية معززة من الصدمات. يتيح اختبار كلتا المادتين تحت نفس ملف التحميل تقييمًا واضحًا لكيفية تأثير تركيبة المادة ومرونتها وصلابتها على أنماط فشل الخدش.

واقي الشاشة TPU

زجاج مقسّى

شكل ١: واقيات الشاشة المصنوعة من مادة TPU والزجاج المقسّى والمعدّة لاختبار مقاومة الخدوش.

نتائج اختبار الخدش: أنماط الفشل في واقيات الشاشة المصنوعة من مادة TPU مقابل واقيات الشاشة المصنوعة من الزجاج المقوى

نوع واقي الشاشة	الحمولة الحرجة #1 (ن)	الحمولة الحرجة #2 (ن)
TPU	غير متاح	2.004 ± 0.063
زجاج معالج بالحرارة	3.608 ± 0.281	7.44 ± 0.995

الجدول 2: ملخص الأحمال الحرجة لكل عينة من واقيات الشاشة.

نظرًا لأن واقيات الشاشة المصنوعة من البولي بروبيلين المقوى (TPU) والزجاج المقسى لها خواص ميكانيكية مختلفة اختلافًا جوهريًا، فقد أظهرت كل عينة أنماط فشل مميزة وعتبات حمل حرجة أثناء اختبار الخدش التدريجي للحمل. يلخص الجدول 2 الأحمال الحرجة المقاسة لكل مادة.

يمثّل الحمل الحرج #1 أول نقطة يمكن ملاحظتها لفشل التماسك تحت المجهر الضوئي، مثل بدء التشقق أو الكسر الشعاعي.

يتوافق الحمل الحرج #2 مع أول حدث كبير يتم اكتشافه من خلال رصد الانبعاثات الصوتية (AE)، والذي يمثل عادةً فشلًا هيكليًا أكبر أو حدث اختراق.

واقي الشاشة TPU - سلوك البوليمر المرن

أظهر واقي شاشة TPU حدثًا حرجًا واحدًا مهمًا (الحمل الحرج #2). يتوافق هذا الحمل مع النقطة على طول مسار الخدش حيث بدأ الغشاء في الرفع أو التقشير أو الانفصال عن سطح شاشة الهاتف.

بمجرد تجاوز الحمولة الحرجة #2 (≈2.00 نيوتن)، اخترقت أداة التسديد بما يكفي لإحداث خدش مرئي مباشرةً على شاشة الهاتف لبقية الاختبار. لم يكن بالإمكان اكتشاف أي حدث منفصل للحمل الحرج #1، بما يتفق مع مرونة المادة العالية وقوة التماسك المنخفضة.

واقي الشاشة الزجاجي المقسّى - سلوك الفشل الهش

أظهر واقي الشاشة المصنوع من الزجاج المقسّى حمولتين حرجتين متميزتين من خصائص المواد الهشة:

الحمل الحرج #1 (≈3.61 نيوتن): لوحظت كسور شعاعية وبدء التشقق تحت المجهر، مما يشير إلى فشل التماسك المبكر للطبقة الزجاجية.
الحمل الحرج #2 (≈7.44 نيوتن): يشير الارتفاع الكبير في درجة حرارة AE والزيادة الحادة في عمق الخدش إلى اختراق الواقي عند الأحمال الأعلى.

على الرغم من أن حجم الإنبعاثات الكهرومغناطيسية كان أعلى من TPU، إلا أنه لم ينتقل أي ضرر إلى شاشة الهاتف، مما يدل على قدرة الواقي المصنوع من الزجاج المقسى على امتصاص وتوزيع الحمل قبل حدوث عطل كارثي.

في كلتا المادتين، يتوافق الحمل الحرج #2 مع اللحظة التي اخترقت فيها المسافة البادئة واقي الشاشة، مما يؤكد الحد الحمائي لكل عينة.

واقي شاشة TPU: بيانات اختبار الخدش وتحليل الأعطال

يخدش	الحمولة الحرجة #2 (ن)
1	2.033
2	2.047
3	1.931
متوسط	2.003
الانحراف المعياري	0.052

الجدول 3: الأحمال الحرجة التي تم قياسها أثناء اختبار خدش واقي الشاشة TPU.

الشكل 2: قوة الاحتكاك، والحمل العادي، والانبعاث الصوتي (AE)، وعمق الخدش مقابل طول الخدش لواقي الشاشة TPU. (ب) الحمل الحرج #2

الشكل 3: صورة مجهرية بصرية لواقي شاشة TPU عند التحميل الحرج #2 (تكبير 5×؛ عرض الصورة 0.8934 مم).

الشكل 4: صورة كاملة الطول بعد الخدش لواقي شاشة TPU تُظهر مسار الخدش الكامل بعد اختبار التحميل التدريجي.

واقي الشاشة الزجاجي المقسّى: بيانات الحمولة الحرجة وسلوك الكسر

يخدش	الحمولة الحرجة #1 (ن)	الحمولة الحرجة #2 (ن)
1	3.923	7.366
2	3.382	6.483
3	3.519	8.468
متوسط	3.653	6.925
الانحراف المعياري	0.383	0.624

الجدول 4: الأحمال الحرجة التي تم قياسها أثناء اختبار خدش واقي الشاشة الزجاجي الحراري.

ℹ️ للمقارنة مع طلاءات البوليمر غير السيليكات، انظر دراستنا عن اختبار تآكل طلاء PTFE, والذي يسلط الضوء على سلوك الفشل في أغشية البوليمر منخفضة الاحتكاك في ظل ظروف تحميل تدريجي مماثلة.

الشكل 5: قوة الاحتكاك، والحمل العادي، والانبعاث الصوتي (AE)، وعمق الخدش مقابل طول الخدش لواقي الشاشة الزجاجي المقسّى. (أ) الحمل الحرج #1 (ب) الحمل الحرج #2

الشكل 6: صور مجهرية ضوئية تُظهر مواقع الفشل للحمل الحرج #1 (يسار) والحمل الحرج #2 (يمين) بتكبير 5× (عرض الصورة: 0.8934 مم).

الشكل 7: صورة مجهرية ضوئية بعد الاختبار لمسار خدش الزجاج المقسّى، تبرز بدء الكسر (CL#1) ومنطقة الاختراق النهائي (CL#2) بعد اختبار الحمل التدريجي.

الخلاصة: مقارنة الأداء ضد الخدش بين واقيات الشاشة المصنوعة من مادة TPU مقابل واقيات الشاشة الزجاجية المقواة

توضح هذه الدراسة كيف أن جهاز الاختبار الميكانيكي NANOVEA PB1000 يوفر قياسات مقاومة الخدش الميكانيكية التي يمكن التحكم فيها وتكرارها وحساسيتها العالية باستخدام التحميل التدريجي والكشف عن الانبعاثات الصوتية (AE). ومن خلال الالتقاط الدقيق لأحداث الفشل المتماسكة واللاصقة على حد سواء، يتيح النظام إجراء مقارنة واضحة لكيفية تصرف واقيات الشاشة المصنوعة من البولي يوريثان ثلاثي البولي يوريثان والزجاج المقسى تحت ضغط ميكانيكي متزايد.

تؤكد النتائج التجريبية أن الزجاج المقسّى يُظهر أحمالاً حرجة أعلى بكثير من البولي يوريثان تيرفثالات البولي يوريثان TPU، مما يوفر مقاومة فائقة للخدش وتأخر بدء الكسر وحماية موثوقة ضد اختراق البادئ. تسلط قوة التماسك المنخفضة لبلاستيك TPU والتفكك المبكر الضوء على محدوديته في البيئات عالية الضغط.

بعد تحديد أحمال الأعطال، يمكن أيضًا تحليل مسارات الخدش الناتجة باستخدام مقياس الملامح البصري ثلاثي الأبعاد غير المتصل لقياس عمق الأخدود والتشوه المتبقي وتضاريس ما بعد الخدش. يساعد ذلك في استكمال المظهر الميكانيكي لكل مادة.

صُمم جهاز الاختبار الميكانيكي NANOVEA لاختبار المسافة البادئة والخدش والتآكل بدقة وقابلة للتكرار، ويدعم وحدات النانو والميكرو المتوافقة مع معايير ISO و ASTM. إن تعدد استخداماته يجعله حلاً مثاليًا لتقييم المظهر الميكانيكي الكامل للأغشية الرقيقة والطلاءات والبوليمرات والنظارات والركائز في مجالات البحث والتطوير والإنتاج ومراقبة الجودة.

الأسئلة المتداولة
حول اختبار مقاومة الخدش

ما هو اختبار مقاومة الخدش؟

يقيّم اختبار مقاومة الخدش كيفية استجابة المادة أو الطلاء عندما يطبق قلم ماسي حملاً متزايدًا تدريجيًا. يحدد الاختبار الأحمال الحرجة التي يحدث فيها فشل في التماسك أو الالتصاق، مما يوفر مقياسًا قابلاً للقياس الكمي لقوة التحمل وقوة الالتصاق ومقاومة التلف السطحي.

ما الفرق بين فشل التماسك والالتصاق؟

يحدث فشل التماسك ضمن الطلاء أو المادة، مثل التشقق أو التمزق أو الكسر الداخلي.
يحدث تعطل المادة اللاصقة عندما ينفصل الطلاء عن الركيزة، مما يشير إلى عدم كفاية قوة الترابط.

يكتشف جهاز NANOVEA PB1000 كلاهما باستخدام مراقبة الانبعاثات الصوتية المتزامنة وتتبع عمق الخدش وتحليل الاحتكاك.

لماذا استخدام جهاز اختبار ميكانيكي بدلاً من الطرق اليدوية؟

يوفر جهاز الاختبار الميكانيكي مثل NANOVEA PB1000 قياسات دقيقة وقابلة للتكرار وموحدة، مما يضمن بيانات موثوقة للبحث والتطوير والتحقق من صحة الإنتاج ومراقبة الجودة. كما أنه يوفر ميزات متقدمة، مثل الكشف عن الانبعاثات الصوتية ومراقبة العمق في الوقت الحقيقي، والتي لا يمكن للطرق اليدوية توفيرها.

هل تحتاج إلى اختبار خدش موثوق للمواد الخاصة بك؟

قياس التآكل في الموقع عند درجة حرارة عالية

في الموقع ، ارتدي القياس في درجات حرارة عالية

استخدام ثلاثي الأبعاد

أُعدت بواسطة

دوانجي لي ، دكتوراه

مقدمة

المحول التفاضلي الخطي المتغير (LVDT) هو نوع من المحولات الكهربائية القوية المستخدمة لقياس الإزاحة الخطية. لقد تم استخدامه على نطاق واسع في مجموعة متنوعة من التطبيقات الصناعية ، بما في ذلك توربينات الطاقة ، والمكونات الهيدروليكية ، والأتمتة ، والطائرات ، والأقمار الصناعية ، والمفاعلات النووية ، وغيرها الكثير.

في هذه الدراسة، نعرض الوظائف الإضافية لـ LVDT ووحدات درجة الحرارة المرتفعة في NANOVEA ثلاثي الأبعاد والتي تسمح بقياس تغيير عمق مسار التآكل للعينة المختبرة أثناء عملية التآكل في درجات حرارة مرتفعة. يتيح ذلك للمستخدمين ربط المراحل المختلفة لعملية التآكل مع تطور COF، وهو أمر بالغ الأهمية في تحسين الفهم الأساسي لآلية التآكل والخصائص الاحتكاكية للمواد المستخدمة في تطبيقات درجات الحرارة المرتفعة.

هدف القياس

في هذه الدراسة. نود أن نعرض قدرة NANOVEA T50 Tribometer للمراقبة في الموقع لتطور عملية تآكل المواد في درجات حرارة مرتفعة.

تتم محاكاة عملية تآكل سيراميك سيليكات الألومينا عند درجات حرارة مختلفة بطريقة محكومة ومراقب.

نانوفيا

T50

إجراء الاختبار

تم تقييم السلوك الترابطي ، مثل معامل الاحتكاك ، COF ، ومقاومة التآكل لألواح سيراميك الألومينا بواسطة NANOVEA Tribometer. تم تسخين صفيحة سيراميك سيليكات الألومينا بواسطة فرن من درجة حرارة الغرفة ، RT ، إلى درجات حرارة مرتفعة (400 درجة مئوية و 800 درجة مئوية) ، متبوعة باختبارات التآكل عند درجات الحرارة هذه.

للمقارنة ، تم إجراء اختبارات التآكل عند تبريد العينة من 800 درجة مئوية إلى 400 درجة مئوية ثم إلى درجة حرارة الغرفة. تم تطبيق طرف كرة AI2O3 (قطر 6 مم ، درجة 100) ضد العينات المختبرة. تمت مراقبة COF وعمق التآكل ودرجة الحرارة في الموقع.

معلمات الاختبار

من قياس دبوس على القرص

تم تقييم معدل التآكل ، K ، باستخدام الصيغة K = V / (Fxs) = A / (Fxn) ، حيث V هو الحجم البالي ، F هو الحمل الطبيعي ، s هو مسافة الانزلاق ، A هو المقطع العرضي منطقة مسار التآكل ، و n هي عدد الدورات. تم تقييم خشونة السطح وملامح مسار التآكل بواسطة NANOVEA Optical Profiler ، وتم فحص مورفولوجيا مسار التآكل باستخدام مجهر بصري.

النتائج والمناقشة

يظهر عمق COF وعمق مسار التآكل المسجل في الموقع في الشكل 1 والشكل 2 ، على التوالي. في الشكل 1 ، يشير "-I" إلى الاختبار الذي تم إجراؤه عند زيادة درجة الحرارة من RT إلى درجة حرارة مرتفعة. يمثل "-D" انخفاض درجة الحرارة من ارتفاع درجة حرارة 800 درجة مئوية.

كما هو مبين في الشكل 1 ، فإن العينات التي تم اختبارها في درجات حرارة مختلفة تظهر COF قابلة للمقارنة تبلغ 0.6 تقريبًا في جميع أنحاء القياسات. تؤدي نسبة COF المرتفعة إلى عملية تآكل متسارعة تخلق كمية كبيرة من الحطام. تمت مراقبة عمق مسار التآكل أثناء اختبارات التآكل بواسطة LVDT كما هو موضح في الشكل 2. توضح الاختبارات التي تم إجراؤها في درجة حرارة الغرفة قبل تسخين العينة وبعد تبريد العينة أن صفيحة سيراميك سيليكات الألومينا تعرض عملية تآكل تدريجية عند RT ، التآكل يزداد عمق الجنزير تدريجياً طوال اختبار التآكل إلى ~ 170 و ~ 150 ميكرومتر ، على التوالي.

بالمقارنة ، تُظهر اختبارات التآكل في درجات حرارة مرتفعة (400 درجة مئوية و 800 درجة مئوية) سلوك تآكل مختلف - يزداد عمق مسار التآكل على الفور في بداية عملية التآكل ، ويتباطأ مع استمرار الاختبار. تبلغ أعماق مسار التآكل للاختبارات التي يتم إجراؤها عند درجات حرارة 400 درجة مئوية و 800 درجة مئوية و 400 درجة مئوية ~ 140 و ~ 350 و ~ 210 ميكرومتر ، على التوالي.

شكل 1. معامل الاحتكاك أثناء اختبارات التثبيت على القرص عند درجات حرارة مختلفة

الشكل 2. تطور عمق مسار التآكل للوحة سيراميك سيليكات الألومينا عند درجات حرارة مختلفة

تم قياس متوسط معدل التآكل وعمق مسار التآكل لألواح السيراميك سيليكات الألومينا عند درجات حرارة مختلفة باستخدام نانوفيا ملف التعريف البصري كما تم تلخيصه في الشكل 3. يتوافق عمق مسار التآكل مع ذلك المسجل باستخدام LVDT. تُظهر لوحة سيراميك سيليكات الألومينا زيادة كبيرة في معدل التآكل بحوالي 0.5 مم 3 / نيوتن متر عند 800 درجة مئوية ، مقارنة بمعدلات التآكل التي تقل عن 0.2 مم 3 / نيوتن عند درجات حرارة أقل من 400 درجة مئوية. لا تُظهر صفيحة سيليكات الألومينا خصائص ميكانيكية / ترايبولوجية مُحسَّنة بشكل كبير بعد عملية التسخين القصيرة ، حيث تمتلك معدل تآكل مشابه قبل وبعد المعالجة الحرارية.

سيراميك سيليكات الألومينا ، المعروف أيضًا باسم الحمم البركانية والعجائب ، ناعم وقابل للتشغيل الآلي قبل المعالجة بالتسخين. يمكن لعملية إطلاق طويلة في درجات حرارة مرتفعة تصل إلى 1093 درجة مئوية أن تعزز بشكل كبير صلابتها وقوتها ، وبعد ذلك يلزم تصنيع الماس. هذه الخاصية الفريدة تجعل سيراميك سيليكات الألومينا مادة مثالية للنحت.

في هذه الدراسة ، أظهرنا أن المعالجة الحرارية عند درجة حرارة أقل من تلك المطلوبة للحرق (800 درجة مئوية مقابل 1093 درجة مئوية) في وقت قصير لا تحسن الخصائص الميكانيكية والترايبولوجية لسيراميك الألومينا ، مما يجعل الحرق المناسب أمرًا ضروريًا معالجة هذه المادة قبل استخدامها في التطبيقات الحقيقية.

الشكل 3. معدل التآكل وعمق مسار التآكل للعينة عند درجات حرارة مختلفة

خاتمة

بناءً على التحليل الترايبولوجي الشامل في هذه الدراسة ، أظهرنا أن صفيحة سيراميك الألومينا تُظهر معامل احتكاك مماثل عند درجات حرارة مختلفة من درجة حرارة الغرفة إلى 800 درجة مئوية. ومع ذلك ، فإنه يظهر زيادة كبيرة في معدل التآكل ~ 0.5 مم 3 / نيوتن متر عند 800 درجة مئوية ، مما يدل على أهمية المعالجة الحرارية المناسبة لهذا السيراميك.

NANOVEA ثلاثي المقاييس قادرة على تقييم الخصائص الترايبولوجية للمواد للتطبيقات في درجات حرارة عالية تصل إلى 1000 درجة مئوية. تسمح وظيفة COF في الموقع وقياسات عمق مسار التآكل للمستخدمين بربط المراحل المختلفة من عملية التآكل بتطور COF ، وهو أمر بالغ الأهمية في تحسين الفهم الأساسي لآلية التآكل والخصائص الترايبولوجية للمواد المستخدمة في درجات حرارة مرتفعة.

توفر أجهزة قياس الاحتكاك من NANOVEA اختبار تآكل واحتكاك دقيق وقابل للتكرار باستخدام أوضاع دوارة وخطية متوافقة مع ISO و ASTM ، مع تآكل اختياري بدرجة حرارة عالية ، ووحدات تزييت وتآكل تريبو متوفرة في نظام واحد متكامل مسبقًا. تعد مجموعة NANOVEA التي لا مثيل لها حلاً مثاليًا لتحديد النطاق الكامل للخصائص الترايبولوجية للطلاءات الرقيقة أو السميكة أو الناعمة أو القاسية والأغشية والركائز.

تتوفر ملفات التعريف الاختيارية ثلاثية الأبعاد غير الملامسة للتصوير ثلاثي الأبعاد عالي الدقة لمسارات التآكل بالإضافة إلى قياسات السطح الأخرى مثل الخشونة.

هل لديك تطبيق مماثل؟

تحليل سطح مقياس السمك باستخدام ملف التعريف البصري ثلاثي الأبعاد

يتعلم أكثر

تحليل سطح مقياس السمك

باستخدام 3D OPTICAL PROFILER

أُعدت بواسطة

أندريا نوفيتسكي

مقدمة

تتم دراسة الشكل والأنماط والميزات الأخرى لمقياس السمك باستخدام NANOVEA ملف التعريف البصري ثلاثي الأبعاد غير المتصل. إن الطبيعة الدقيقة لهذه العينة البيولوجية بالإضافة إلى أخاديدها الصغيرة جدًا وذات الزوايا العالية تسلط الضوء أيضًا على أهمية تقنية عدم الاتصال الخاصة بالمحدد. تسمى الأخاديد الموجودة على المقياس بالدائرة، ويمكن دراستها لتقدير عمر السمكة، وحتى التمييز بين فترات معدلات النمو المختلفة، المشابهة لحلقات الشجرة. هذه معلومات مهمة جدًا لإدارة مجموعات الأسماك البرية من أجل منع الصيد الجائر.

أهمية قياس ملامح عدم الاتصال ثلاثي الأبعاد للدراسات البيولوجية

على عكس التقنيات الأخرى مثل مجسات اللمس أو قياس التداخل ، يمكن لملف التعريف البصري ثلاثي الأبعاد غير المتصل ، باستخدام اللوني المحوري ، قياس أي سطح تقريبًا. يمكن أن تختلف أحجام العينات على نطاق واسع بسبب التدريج المفتوح وليس هناك حاجة لتحضير العينة. يتم الحصول على ميزات النانو من خلال النطاق الكلي أثناء قياس المظهر الجانبي للسطح بتأثير صفري من انعكاس العينة أو امتصاصها. توفر الأداة قدرة متقدمة على قياس زوايا السطح العالية بدون معالجة البرامج للنتائج. يمكن قياس أي مادة بسهولة ، سواء كانت شفافة أو غير شفافة أو مرآوية أو منتشرة أو مصقولة أو خشنة. توفر هذه التقنية قدرة مثالية وواسعة وسهلة الاستخدام لتحقيق أقصى قدر من الدراسات السطحية جنبًا إلى جنب مع مزايا القدرات ثنائية وثلاثية الأبعاد المدمجة.

هدف القياس

في هذا التطبيق ، نعرض NANOVEA ST400 ، ملف تعريف ثلاثي الأبعاد غير متصل بمستشعر عالي السرعة ، مما يوفر تحليلًا شاملاً لسطح المقياس.

تم استخدام الأداة لمسح العينة بأكملها ، إلى جانب مسح أعلى دقة للمنطقة المركزية. تم قياس خشونة السطح الخارجي والداخلي للمقياس للمقارنة أيضًا.

نانوفيا

ST400

توصيف السطح ثلاثي الأبعاد وثنائي الأبعاد للمقياس الخارجي

يُظهر العرض ثلاثي الأبعاد وعرض الألوان الزائفة للمقياس الخارجي بنية معقدة تشبه بصمة الإصبع أو حلقات الشجرة. يوفر هذا للمستخدمين أداة مباشرة لمراقبة خصائص سطح المقياس مباشرة من زوايا مختلفة. يتم عرض قياسات أخرى مختلفة للمقياس الخارجي جنبًا إلى جنب مع مقارنة الجانب الخارجي والداخلي للمقياس.

مقارنة خشونة السطح

خاتمة

في هذا التطبيق ، أظهرنا كيف يمكن لملف التعريف البصري NANOVEA 3D Non-Contact Optical Profiler أن يميز مقياس السمك بعدة طرق.

يمكن تمييز الأسطح الخارجية والداخلية للميزان بسهولة عن طريق خشونة السطح وحدها ، بقيم خشونة تبلغ 15.92 ميكرومتر و 1.56 ميكرومتر على التوالي. بالإضافة إلى ذلك ، يمكن التعرف على معلومات دقيقة ودقيقة حول مقياس الأسماك من خلال تحليل الأخاديد أو الدوائر الموجودة على السطح الخارجي للمقياس. تم قياس مسافة نطاقات الدوائر من مركز البؤرة ، ووجد أيضًا أن ارتفاع الدائرة يبلغ ارتفاعها حوالي 58 ميكرون في المتوسط.

تمثل البيانات الموضحة هنا جزءًا فقط من الحسابات المتوفرة في برنامج التحليل.

هل لديك تطبيق مماثل؟

التحليل الميكانيكي الديناميكي (DMA) مسح التردد على البوليمر

اكتساح تردد DMA

على البوليمر باستخدام تحديد النانو

أُعدت بواسطة

دوانجي لي ، دكتوراه

مقدمة

أهمية اختبار التحليل الميكانيكي الديناميكي التردد

غالبًا ما يؤدي التردد المتغير للإجهاد إلى اختلافات في المعامل المعقد، وهي خاصية ميكانيكية مهمة للبوليمرات. على سبيل المثال، تتعرض الإطارات لتشوهات دورية عالية أثناء سير المركبات على الطريق. يتغير تردد الضغط والتشوه مع تسارع السيارة إلى سرعات أعلى. مثل هذا التغيير يمكن أن يؤدي إلى اختلاف في خصائص اللزوجة المرنة للإطار، وهي عوامل مهمة في أداء السيارة. هناك حاجة إلى اختبار موثوق وقابل للتكرار للسلوك اللزج المرن للبوليمرات عند ترددات مختلفة. وحدة النانو في NANOVEA اختبار ميكانيكي يولد حملًا جيبيًا بواسطة مشغل بيزو عالي الدقة ويقيس بشكل مباشر تطور القوة والإزاحة باستخدام خلية تحميل فائقة الحساسية ومكثف. إن الجمع بين الإعداد السهل والدقة العالية يجعله أداة مثالية لمسح تردد التحليل الميكانيكي الديناميكي.

تُظهر المواد اللزجة المرنة خصائص لزجة ومرنة عند تعرضها للتشوه. تساهم السلاسل الجزيئية الطويلة في مواد البوليمر في خواصها المرنة اللزجة الفريدة ، أي مزيج من خصائص كل من المواد الصلبة المرنة والسوائل النيوتونية. يلعب كل من الإجهاد ودرجة الحرارة والتكرار وعوامل أخرى أدوارًا في خصائص المرونة اللزجة. التحليل الميكانيكي الديناميكي ، المعروف أيضًا باسم التحليل الميكانيكي الديناميكي (DMA) ، يدرس سلوك المرونة اللزجة والمعامل المعقد للمادة عن طريق تطبيق إجهاد جيبي وقياس تغير الانفعال.

هدف القياس

في هذا التطبيق، نقوم بدراسة خصائص اللزوجة المرنة لعينة إطار مصقول عند ترددات DMA مختلفة باستخدام أقوى جهاز اختبار ميكانيكي، NANOVEA PB1000، في nanoindentation وضع.

نانوفيا

PB1000

شروط الاختبار

الترددات (هرتز):

0.1, 1.5, 10, 20

وقت الخلط في كل تكرار.

50 ثانية

تذبذب الجهد

0.1 فولت

تحميل الجهد

1 فولت

نوع إندينتر

كروي

الماس | 100 ميكرومتر

النتائج والمناقشة

يسمح اكتساح تردد التحليل الميكانيكي الديناميكي عند الحد الأقصى للحمل بقياس سريع وبسيط لخصائص اللزوجة المرنة للعينة عند ترددات تحميل مختلفة في اختبار واحد. يمكن استخدام انزياح الطور واتساع موجات الحمل والإزاحة عند ترددات مختلفة لحساب مجموعة متنوعة من الخصائص الأساسية المطاطية اللزجة للمواد ، بما في ذلك معامل التخزين, معامل الخسارة و تان (δ) على النحو الملخص في الرسوم البيانية التالية.

تتوافق ترددات 1 و 5 و 10 و 20 هرتز في هذه الدراسة مع سرعات تبلغ حوالي 7 و 33 و 67 و 134 كيلومترًا في الساعة. مع زيادة تردد الاختبار من 0.1 إلى 20 هرتز ، يمكن ملاحظة أن كلا من معامل التخزين ومعامل الخسارة يزدادان تدريجياً. ينخفض تان (δ) من ~ 0.27 إلى 0.18 مع زيادة التردد من 0.1 إلى 1 هرتز ، ثم يزداد تدريجياً إلى ~ 0.55 عند الوصول إلى التردد 20 هرتز. يسمح مسح تردد التحليل الميكانيكي الديناميكي (DMA) بقياس اتجاهات معامل التخزين ومعامل الفقد والتان (δ) ، والتي توفر معلومات حول حركة المونومرات والربط المتبادل وكذلك التزجج للبوليمرات. من خلال رفع درجة الحرارة باستخدام لوحة التسخين أثناء اكتساح التردد ، يمكن الحصول على صورة أكثر اكتمالاً لطبيعة الحركة الجزيئية في ظل ظروف اختبار مختلفة.

تطور الحمل والعمق

من SWEEP تردد DMA الكامل

LOAD & DEPTH مقابل الوقت بترددات مختلفة

معامل التخزين

بترددات مختلفة

وحدة الخسارة

بترددات مختلفة

تان (δ)

بترددات مختلفة

خاتمة

في هذه الدراسة ، عرضنا قدرة جهاز NANOVEA الميكانيكي في إجراء اختبار اكتساح التردد للتحليل الميكانيكي الديناميكي على عينة من الإطارات. يقيس هذا الاختبار خصائص اللزوجة المرنة للإطار عند ترددات مختلفة من الإجهاد. يُظهر الإطار زيادة في معامل التخزين والفقد مع زيادة تردد التحميل من 0.1 إلى 20 هرتز. يوفر معلومات مفيدة عن سلوكيات اللزوجة المرنة للإطار الذي يعمل بسرعات مختلفة ، وهو أمر ضروري في تحسين أداء الإطارات لركوب أكثر سلاسة وأمانًا. يمكن إجراء اختبار مسح التردد DMA في درجات حرارة مختلفة لتقليد بيئة العمل الواقعية للإطار في ظل ظروف جوية مختلفة.

في وحدة النانو لجهاز اختبار NANOVEA الميكانيكي ، يكون تطبيق الحمل مع الضغط السريع مستقلاً عن قياس الحمل الذي يتم بواسطة مقياس ضغط منفصل عالي الحساسية. يعطي هذا ميزة واضحة أثناء التحليل الميكانيكي الديناميكي حيث يتم قياس المرحلة بين العمق والحمل مباشرة من البيانات التي تم جمعها من المستشعر. حساب المرحلة مباشر ولا يحتاج إلى نمذجة رياضية تضيف عدم دقة إلى معامل الخسارة والتخزين الناتج. هذا ليس هو الحال بالنسبة لنظام قائم على الملف.

في الختام ، يقيس التحليل الميكانيكي الديناميكي (DMA) معامل الخسارة والتخزين والمعامل المعقد و Tan () كدالة لعمق التلامس والوقت والتردد. تسمح مرحلة التسخين الاختيارية بتحديد درجة حرارة انتقال طور المواد أثناء التحليل الميكانيكي الديناميكي (DMA). توفر أجهزة اختبار NANOVEA الميكانيكية وحدات Nano و Micro متعددة الوظائف لا مثيل لها على منصة واحدة. تشتمل كل من وحدات Nano و Micro على جهاز اختبار الخدش واختبار الصلابة وأوضاع اختبار التآكل ، مما يوفر أوسع نطاق من الاختبارات وأكثرها سهولة في الاستخدام متاحًا على وحدة واحدة.

هل لديك تطبيق مماثل؟

طبوغرافيا عدسة فرينل

طوبوغرافيا عدسة فرينلالاستخدام 3D مقياس الملامح البصري غير المتصل

أُعدت بواسطة

دوانجي لي وبنجامين ميل

مقدمة

العدسة هي جهاز بصري للتناظر المحوري ينقل وينكسر الضوء. تتكون العدسة البسيطة من مكون بصري واحد لتقريب الضوء أو تشعبه. على الرغم من أن الأسطح الكروية ليست شكلًا مثاليًا لصنع العدسة ، إلا أنها غالبًا ما تُستخدم كأبسط شكل يمكن طحن الزجاج به وصقله.

تتكون عدسة فرينل من سلسلة من الحلقات متحدة المركز ، وهي أجزاء رقيقة من عدسة بسيطة بعرض صغير يصل إلى بضعة أجزاء من الألف من البوصة. تحتوي عدسات فرينل على فتحة كبيرة وطول بؤري قصير ، مع تصميم مضغوط يقلل من وزن وحجم المواد المطلوبة ، مقارنة بالعدسات التقليدية التي لها نفس الخصائص البصرية. تُفقد كمية صغيرة جدًا من الضوء بسبب الامتصاص بسبب الهندسة الرقيقة لعدسة فرينل.

أهمية القياس الشخصي ثلاثي الأبعاد غير الملامس لفحص عدسة فريسنل

تُستخدم عدسات فريسنل على نطاق واسع في صناعة السيارات والمنارات والطاقة الشمسية وأنظمة الهبوط البصرية لحاملات الطائرات. إن صب العدسات أو ختمها من البلاستيك الشفاف يمكن أن يجعل إنتاجها فعالاً من حيث التكلفة. تعتمد جودة خدمة عدسات فريسنل في الغالب على دقة وجودة سطح الحلقة متحدة المركز. على عكس تقنية مسبار اللمس، NANOVEA ملفات التعريف البصرية قم بإجراء قياسات سطحية ثلاثية الأبعاد دون لمس السطح، وتجنب خطر حدوث خدوش جديدة. تعتبر تقنية Chromatic Light مثالية للمسح الدقيق للأشكال المعقدة، مثل العدسات ذات الأشكال الهندسية المختلفة.

رسم تخطيطي لعدسة فريسنل

يمكن تصنيع عدسات فريسنل البلاستيكية الشفافة بالقولبة أو الختم. تعد مراقبة الجودة الدقيقة والفعالة أمرًا بالغ الأهمية للكشف عن قوالب الإنتاج أو الطوابع المعيبة. من خلال قياس ارتفاع ونغمة الحلقات متحدة المركز ، يمكن اكتشاف اختلافات الإنتاج من خلال مقارنة القيم المقاسة مع قيم المواصفات التي قدمتها الشركة المصنعة للعدسة.

يضمن القياس الدقيق لمظهر العدسة تشكيل القوالب أو الأختام بشكل صحيح لتلائم مواصفات الشركة المصنعة. علاوة على ذلك ، يمكن أن يبلى الطابع تدريجيًا بمرور الوقت ، مما يؤدي إلى فقده لشكله الأولي. يعد الانحراف المستمر عن مواصفات الشركة المصنعة للعدسات مؤشرًا إيجابيًا على أن القالب بحاجة إلى الاستبدال.

هدف القياس

في هذا التطبيق، نعرض جهاز NANOVEA ST400، وهو جهاز تحليل الملامح ثلاثي الأبعاد غير المتصل المزود بمستشعر عالي السرعة، يوفر تحليلاً شاملاً ثلاثي الأبعاد للمكون البصري ذي الشكل المعقد. ولإظهار القدرات الرائعة لتقنية الضوء اللوني الخاصة بنا، يتم إجراء تحليل الملامح على عدسة فرينل.

نانوفيا ST400 مساحة كبيرة
مقياس الملامح البصري ثلاثي الأبعاد

تتكون عدسة فرينل الأكريليك مقاس 2.3 بوصة × 2.3 بوصة المستخدمة في هذه الدراسة من

سلسلة من الحلقات متحدة المركز ومقطع عرضي مسنن معقد.

لها طول بؤري 1.5 بوصة ، قطر حجم فعال 2.0 بوصة ،

125 أخاديد في البوصة ، ومعامل انكسار 1.49.

يُظهر مسح NANOVEA ST400 لعدسة Fresnel زيادة ملحوظة في ارتفاع الحلقات متحدة المركز ، متحركًا إلى الخارج من المركز.

2D FALSE COLOR

تمثيل الارتفاع

عرض ثلاثي الأبعاد

الملف الشخصي المستخرج

الذروة والوادي

تحليل الأبعاد للملف الشخصي

خاتمة

في هذا التطبيق ، أظهرنا أن NANOVEA ST400 ملف التعريف البصري غير الملامس يقيس بدقة التضاريس السطحية لعدسات فريسنل.

يمكن تحديد أبعاد الارتفاع والميل بدقة من ملف التعريف المسنن المعقد باستخدام برنامج التحليل NANOVEA. يمكن للمستخدمين فحص جودة قوالب الإنتاج أو الأختام بشكل فعال من خلال مقارنة ارتفاع الحلقة وأبعاد الميل للعدسات المصنعة مقابل مواصفات الحلقة المثالية.

تمثل البيانات الموضحة هنا جزءًا فقط من الحسابات المتوفرة في برنامج التحليل.

تقيس ملفات التعريف الضوئية من NANOVEA أي سطح تقريبًا في المجالات بما في ذلك أشباه الموصلات والإلكترونيات الدقيقة والطاقة الشمسية والألياف البصرية والسيارات والفضاء والمعادن والآلات والطلاء والأدوية والطب الحيوي والبيئي والعديد من المجالات الأخرى.

هل لديك تطبيق مماثل؟

فحص الأجزاء المجهزة

قطع غيار الآلات

الفحص من نموذج CAD باستخدام قياس السمات ثلاثية الأبعاد

مؤلف:

دوانجي لي ، دكتوراه

تمت مراجعته من

جوسلين اسبارزا

مقدمة

يتزايد الطلب على الآلات الدقيقة القادرة على إنشاء أشكال هندسية معقدة عبر مجموعة من الصناعات. من الفضاء والطب والسيارات إلى التروس التقنية والآلات والآلات الموسيقية ، يدفع الابتكار المستمر والتطور التوقعات ومعايير الدقة إلى آفاق جديدة. ونتيجة لذلك ، نشهد ارتفاع الطلب على تقنيات وأدوات الفحص الصارمة لضمان أعلى جودة للمنتجات.

أهمية قياس ملامح عدم التلامس ثلاثي الأبعاد لفحص الأجزاء

تعد مقارنة خصائص الأجزاء المصنعة بنماذج CAD الخاصة بهم أمرًا ضروريًا للتحقق من التفاوتات والالتزام بمعايير الإنتاج. يعد الفحص أثناء وقت الخدمة أمرًا حاسمًا أيضًا لأن تآكل الأجزاء قد يتطلب استبدالها. سيساعد تحديد أي انحرافات عن المواصفات المطلوبة في الوقت المناسب في تجنب الإصلاحات المكلفة وتوقف الإنتاج وتشويه السمعة.

على عكس تقنية مسبار اللمس، فإن تقنية NANOVEA ملفات التعريف البصرية إجراء عمليات مسح سطحي ثلاثية الأبعاد بدون أي اتصال، مما يسمح بإجراء قياسات سريعة ودقيقة وغير مدمرة للأشكال المعقدة بأعلى دقة.

هدف القياس

في هذا التطبيق ، نعرض NANOVEA HS2000 ، ملف تعريف ثلاثي الأبعاد غير متصل بجهاز استشعار عالي السرعة ، يقوم بإجراء فحص شامل للسطح للأبعاد ونصف القطر والخشونة.

كل ذلك في أقل من 40 ثانية.

نانوفيا

HS2000

نموذج CAD

يعد القياس الدقيق للأبعاد وخشونة السطح للجزء المُشغل آليًا أمرًا بالغ الأهمية للتأكد من أنه يلبي المواصفات المطلوبة والتفاوتات والتشطيبات السطحية. فيما يلي عرض للنموذج ثلاثي الأبعاد والرسم الهندسي للجزء المراد فحصه.

عرض اللون الكاذب

تتم مقارنة عرض اللون الخاطئ لنموذج CAD وسطح الجزء الممسوح ضوئيًا في الشكل 3. يمكن ملاحظة اختلاف الارتفاع على سطح العينة من خلال التغيير في اللون.

يتم استخراج ثلاثة ملفات تعريف ثنائية الأبعاد من المسح السطحي ثلاثي الأبعاد كما هو موضح في الشكل 2 لمزيد من التحقق من تحمل الأبعاد للجزء المشكل.

مقارنة ونتائج الملامح

يتم عرض الملفات الشخصية من 1 إلى 3 في الأشكال من 3 إلى 5. ويتم إجراء فحص التسامح الكمي من خلال مقارنة الملف الشخصي المقاس بنموذج CAD لدعم معايير التصنيع الصارمة. الملف الشخصي 1 والملف الشخصي 2 يقيسان نصف قطر المناطق المختلفة على الجزء المشكل المنحني. اختلاف ارتفاع الملف الشخصي 2 هو 30 ميكرومتر على طول 156 ملم والذي يلبي متطلبات التفاوت المطلوبة ± 125 ميكرومتر.

من خلال إعداد قيمة حد التسامح ، يمكن لبرنامج التحليل تحديد نجاح أو فشل الجزء المُشغل آليًا.

تلعب خشونة وتوحيد سطح الجزء المشكل دورًا مهمًا في ضمان جودته ووظائفه. الشكل 6 عبارة عن مساحة سطح مستخرجة من الفحص الرئيسي للجزء المشكل والذي تم استخدامه لتحديد تشطيب السطح. تم حساب متوسط خشونة السطح (Sa) ليكون 2.31 ميكرومتر.

خاتمة

في هذه الدراسة ، أظهرنا كيف يقوم NANOVEA HS2000 Non-Contact Profiler المجهز بجهاز استشعار عالي السرعة بإجراء فحص شامل للسطح للأبعاد والخشونة.

تمكن عمليات المسح عالية الدقة المستخدمين من قياس التشكل التفصيلي والميزات السطحية للأجزاء المصنعة ومقارنتها كميًا بنماذج CAD الخاصة بهم. الجهاز قادر أيضًا على اكتشاف أي عيوب بما في ذلك الخدوش والشقوق.

يعمل تحليل الكنتور المتقدم كأداة لا مثيل لها ليس فقط لتحديد ما إذا كانت الأجزاء المصنعة تفي بالمواصفات المحددة ، ولكن أيضًا لتقييم آليات فشل المكونات البالية.

تمثل البيانات الموضحة هنا جزءًا فقط من الحسابات الممكنة باستخدام برنامج التحليل المتقدم الذي يأتي مزودًا بكل ملف تعريف بصري NANOVEA.

هل لديك تطبيق مماثل؟

القلق تقييم ارتداء

ارتداء التقييم المقلق

مؤلف:

دوانجي لي ، دكتوراه

تمت مراجعته من

جوسلين اسبارزا

مقدمة

التخريب هو "عملية تآكل خاصة تحدث في منطقة التلامس بين مادتين تحت الحمل وتخضع لحركة نسبية دقيقة عن طريق الاهتزاز أو بعض القوة الأخرى." عندما تكون الماكينات قيد التشغيل ، تحدث الاهتزازات حتمًا في الوصلات المثبتة أو المثبتة بمسامير ، وبين المكونات غير المخصصة للتحرك ، وفي أدوات التوصيل والمحامل المتذبذبة. غالبًا ما تكون سعة هذه الحركة الانزلاقية النسبية في حدود ميكرومتر إلى مليمتر. تسبب هذه الحركة المتكررة منخفضة السعة تآكلًا ميكانيكيًا موضعيًا خطيرًا ونقل المواد على السطح ، مما قد يؤدي إلى انخفاض كفاءة الإنتاج أو أداء الماكينة أو حتى تلف الجهاز.

أهمية الكمية
القلق تقييم ارتداء

غالبًا ما يشتمل التآكل المزعج على العديد من آليات التآكل المعقدة التي تحدث عند سطح التلامس، بما في ذلك كشط الجسمين، والالتصاق و/أو التآكل الناتج عن التعب. من أجل فهم آلية التآكل المزعج واختيار أفضل المواد للحماية من التآكل، هناك حاجة إلى تقييم موثوق وكمي للتآكل. يتأثر سلوك التآكل بشكل كبير ببيئة العمل، مثل سعة الإزاحة والتحميل الطبيعي والتآكل ودرجة الحرارة والرطوبة والتشحيم. متعدد الاستخدامات تريبومتر التي يمكن أن تحاكي ظروف العمل الواقعية المختلفة ستكون مثالية لتقييم التآكل المزعج.

Steven R. Lampman ، ASM Handbook: Volume 19: Figue and Fracture
http://www.machinerylubrication.com/Read/693/fretting-wear

هدف القياس

في هذه الدراسة ، قمنا بتقييم سلوك التآكل الناتج عن الاحتكاك لعينة من الفولاذ المقاوم للصدأ SS304 بسرعات تذبذب ودرجات حرارة مختلفة لإظهار قدرة نانوفيا T50 جهاز قياس التثبيط في محاكاة عملية تآكل المعدن بطريقة جيدة التحكم والمراقبة.

نانوفيا

T50

شروط الاختبار

تم تقييم مقاومة التآكل الناتجة عن عينة من الفولاذ المقاوم للصدأ SS304 بواسطة نانوفيا جهاز قياس ثلاثي باستخدام وحدة التآكل الترددية الخطية. تم استخدام كرة مرحاض (قطرها 6 مم) كمادة مضادة. تم فحص مسار التآكل باستخدام نانوفيا 3D بروفايل عدم الاتصال.

تم إجراء الاختبار عند درجة حرارة الغرفة (RT) و 200 °C لدراسة تأثير درجات الحرارة المرتفعة على مقاومة التآكل الناتج عن الاحتكاك لعينة SS304. قامت لوحة التسخين في مرحلة العينة بتسخين العينة أثناء اختبار الحنق عند 200 °معدل التآكل ، ك، باستخدام الصيغة K = V / (F × s)، أين الخامس هو الحجم البالي ، F هو الحمل العادي ، و س هي المسافة المنزلقة.

يرجى ملاحظة أنه تم استخدام كرة المرحاض كمادة مضادة كمثال في هذه الدراسة. يمكن تطبيق أي مادة صلبة ذات أشكال وتشطيبات سطحية مختلفة باستخدام تركيبات مخصصة لمحاكاة حالة التطبيق الفعلية.

معلمات الاختبار

قياسات التآكل

النتائج والمناقشة

يتيح ملف مسار التآكل ثلاثي الأبعاد تحديدًا مباشرًا ودقيقًا لخسارة حجم مسار التآكل المحسوب بواسطة نانوفيا برنامج تحليل الجبال.

يُظهر اختبار التآكل الترددي بسرعة منخفضة تبلغ 100 دورة في الدقيقة ودرجة حرارة الغرفة مسار تآكل صغير يبلغ 0.014 مم³. وبالمقارنة ، فإن اختبار التآكل الذي يتم إجراؤه بسرعة عالية تبلغ 1000 دورة في الدقيقة يخلق مسار تآكل أكبر بكثير بحجم 0.12 مم³. يمكن أن تُعزى عملية التآكل المتسارعة هذه إلى الحرارة العالية والاهتزاز الشديد المتولد أثناء اختبار التآكل ، والذي يعزز أكسدة الحطام المعدني وينتج عنه تآكل شديد ثلاثي الأجسام. اختبار التآكل عند درجة حرارة مرتفعة تبلغ 200 °يشكل C مسار تآكل أكبر يبلغ 0.27 ملم³.

يبلغ معدل التآكل في اختبار التآكل عند 1000 دورة في الدقيقة 1.5 × 10^-4 مم³/ نيوتن متر ، وهو ما يقرب من تسع مرات مقارنة مع اختبار التآكل الترددي عند 100 دورة في الدقيقة. يؤدي اختبار التآكل عند درجة حرارة مرتفعة إلى زيادة سرعة التآكل إلى 3.4 × 10^-4 مم³/ نيوتن متر. يُظهر هذا الاختلاف الكبير في مقاومة التآكل التي تُقاس بسرعات ودرجات حرارة مختلفة أهمية المحاكاة المناسبة لتآكل الحشوات للتطبيقات الواقعية.

يمكن أن يتغير سلوك التآكل بشكل كبير عندما يتم إدخال تغييرات صغيرة في ظروف الاختبار في نظام ثلاثي. براعة نانوفيا يسمح مقياس التآكل بقياس التآكل في ظل ظروف مختلفة ، بما في ذلك درجة الحرارة العالية والتشحيم والتآكل وغيرها. يتيح التحكم الدقيق في السرعة والموضع بواسطة المحرك المتقدم للمستخدمين إجراء اختبار التآكل بسرعات تتراوح من 0.001 إلى 5000 دورة في الدقيقة ، مما يجعله أداة مثالية لمختبرات البحث / الاختبار لفحص التآكل في الظروف الترايبولوجية المختلفة.

القلق من تآكل المسارات في ظروف مختلفة

تحت المجهر الضوئي

3D ارتداء ملامح المسارات

توفر المزيد من البصيرة في الفهم الأساسي
من آلية ارتداء الحنق

ملخص نتيجة ارتداء المسارات

تم قياسها باستخدام معلمات اختبار مختلفة

خاتمة

في هذه الدراسة ، عرضنا قدرة نانوفيا جهاز قياس ثلاثي في تقييم سلوك التآكل الناتج عن الحكة لعينة من الفولاذ المقاوم للصدأ SS304 بطريقة كمية وجيدة التحكم.

تلعب سرعة الاختبار ودرجة الحرارة أدوارًا مهمة في مقاومة التآكل الخشن للمواد. نتج عن الحرارة العالية والاهتزاز الشديد أثناء الاحتكاك تآكلًا متسارعًا بشكل كبير لعينة SS304 بما يقرب من تسع مرات. ارتفاع درجة الحرارة 200 °زاد C من معدل التآكل إلى 3.4 × 10^-4 مم³/ نيوتن متر.

براعة نانوفيا يجعل منه أداة قياس الاحتكاك أداة مثالية لقياس تآكل الاحتكاك في ظل ظروف مختلفة ، بما في ذلك درجات الحرارة المرتفعة والتشحيم والتآكل وغيرها.

نانوفيا توفر أجهزة قياس الاحتكاك اختبار تآكل واحتكاك دقيق وقابل للتكرار باستخدام أوضاع دوارة وخطية متوافقة مع ISO و ASTM ، مع تآكل اختياري عالي الحرارة ، ووحدات تزييت وتآكل تريبو متوفرة في نظام واحد متكامل مسبقًا. تعد مجموعتنا التي لا مثيل لها حلاً مثاليًا لتحديد النطاق الكامل للخصائص الترايبولوجية للطلاءات والأغشية والركائز الرقيقة أو السميكة أو الناعمة أو القاسية.

هل لديك تطبيق مماثل؟

المحامل الكروية: دراسة مقاومة التآكل عالية القوة

مقدمة

يستخدم محمل الكرة الكرات لتقليل الاحتكاك الدوراني ودعم الأحمال الشعاعية والمحورية. تنتج الكرات المتدحرجة بين سلالات المحامل معامل احتكاك أقل بكثير (COF) مقارنة بسطحين مستويين ينزلقان ضد بعضهما البعض. غالبًا ما تتعرض المحامل الكروية لمستويات عالية من إجهاد التلامس والتآكل والظروف البيئية القاسية مثل درجات الحرارة المرتفعة. لذلك، تعد مقاومة الكرات للتآكل تحت الأحمال العالية والظروف البيئية القاسية أمرًا بالغ الأهمية لإطالة عمر محمل الكرة لتقليل التكلفة والوقت اللازم للإصلاحات والاستبدال.
يمكن العثور على المحامل الكروية في جميع التطبيقات تقريبًا التي تتضمن أجزاء متحركة. يتم استخدامها بشكل شائع في صناعات النقل مثل الطيران والسيارات بالإضافة إلى صناعة الألعاب التي تصنع عناصر مثل سبينر وألواح التزلج.

تقييم تآكل المحامل الكروية عند الأحمال العالية

يمكن تصنيع محامل الكرات من قائمة واسعة من المواد. تتراوح المواد شائعة الاستخدام بين المعادن مثل الفولاذ المقاوم للصدأ والفولاذ الكروم أو السيراميك مثل كربيد التنغستن (WC) ونيتريد السيليكون (Si3n4). للتأكد من أن المحامل الكروية المصنعة تتمتع بمقاومة التآكل المطلوبة المثالية لظروف التطبيق المحدد، من الضروري إجراء تقييمات احتكاكية موثوقة تحت الأحمال العالية. يساعد اختبار الاحتكاك في قياس سلوكيات التآكل للمحامل الكروية المختلفة ومقارنتها بطريقة يتم التحكم فيها ومراقبتها لاختيار أفضل مرشح للتطبيق المستهدف.

هدف القياس

في هذه الدراسة، نعرض النانوفيا ثلاثي الأبعاد كأداة مثالية لمقارنة مقاومة التآكل للمحامل الكروية المختلفة تحت الأحمال العالية.

الشكل 1: إعداد اختبار التحمل.

إجراء اختبار

تم تقييم معامل الاحتكاك وCOF ومقاومة التآكل للمحامل الكروية المصنوعة من مواد مختلفة بواسطة مقياس Nanovea Tribometer. تم استخدام ورق الصنفرة الحصباء P100 كمادة مضادة. تم فحص ندوب التآكل للمحامل الكروية باستخدام أ نانوفيا ملف تعريف عدم الاتصال ثلاثي الأبعاد بعد انتهاء اختبارات التآكل. يتم تلخيص معلمات الاختبار في الجدول 1. معدل التآكل، ك، باستخدام الصيغة K = V / (F × s)، أين الخامس هو الحجم البالي ، F هو الحمل العادي و س هي المسافة المنزلقة. تم تقييم ندوب ارتداء الكرة بواسطة أ نانوفيا أداة تعريف عدم الاتصال ثلاثية الأبعاد لضمان قياس دقيق لحجم التآكل.
تسمح ميزة تحديد المواقع الشعاعية الآلية لمقياس الاحتكاك بتقليل نصف قطر مسار التآكل طوال مدة الاختبار. يُطلق على وضع الاختبار هذا اسم الاختبار الحلزوني وهو يضمن أن محمل الكرة ينزلق دائمًا على سطح جديد من ورق الصنفرة (الشكل 2). إنه يحسن بشكل كبير من تكرار اختبار مقاومة التآكل على الكرة. يوفر جهاز التشفير المتقدم 20 بت للتحكم في السرعة الداخلية وجهاز التشفير 16 بت للتحكم في الموضع الخارجي معلومات دقيقة عن السرعة والموضع في الوقت الفعلي، مما يسمح بالتعديل المستمر لسرعة الدوران لتحقيق سرعة انزلاق خطية ثابتة عند جهة الاتصال.
يرجى ملاحظة أنه تم استخدام ورق الصنفرة P100 Grit لتبسيط سلوك التآكل بين المواد الكروية المختلفة في هذه الدراسة ويمكن استبداله بأي سطح مادي آخر. يمكن استبدال أي مادة صلبة لمحاكاة أداء مجموعة واسعة من أدوات التوصيل المادية في ظل ظروف التطبيق الفعلية، كما هو الحال في السوائل أو مواد التشحيم.

الشكل 2: رسم توضيحي للممرات الحلزونية لمحمل الكرة على ورق الصنفرة.

الجدول 1: اختبار معلمات قياسات التآكل.

النتائج والمناقشة

يعد معدل التآكل عاملاً حيويًا لتحديد عمر خدمة المحمل الكروي، في حين يكون انخفاض COF أمرًا مرغوبًا فيه لتحسين أداء المحمل وكفاءته. يقارن الشكل 3 تطور COF للمحامل الكروية المختلفة مقابل ورق الصنفرة أثناء الاختبارات. تُظهر كرة Cr Steel زيادة في COF بمقدار ~0.4 أثناء اختبار التآكل، مقارنة بـ ~0.32 و~0.28 لمحامل الكرات SS440 وAl2O3. من ناحية أخرى، تُظهر كرة المرحاض COF ثابتًا يبلغ ~0.2 طوال اختبار التآكل. يمكن ملاحظة تباين COF الملحوظ خلال كل اختبار والذي يعزى إلى الاهتزازات الناتجة عن الحركة المنزلقة للمحامل الكروية على سطح ورق الصنفرة الخشن.

الشكل 3: تطور COF أثناء اختبارات التآكل.

الشكل 4 والشكل 5 يقارنان ندوب التآكل للمحامل الكروية بعد أن تم قياسها بواسطة المجهر الضوئي ومحدد التعريف البصري Nanovea غير المتصل، على التوالي، ويلخص الجدول 2 نتائج تحليل مسار التآكل. يحدد ملف تعريف Nanovea 3D بدقة حجم تآكل المحامل الكروية، مما يجعل من الممكن حساب ومقارنة معدلات التآكل للمحامل الكروية المختلفة. يمكن ملاحظة أن كرات Cr Steel وSS440 تظهر عليها ندوب تآكل مسطحة أكبر بكثير مقارنة بالكرات الخزفية، أي Al2O3 وWC بعد اختبارات التآكل. تتمتع كرات Cr Steel وSS440 بمعدلات تآكل مماثلة تبلغ 3.7×10-3 و3.2×10-3 م3/ن م، على التوالي. بالمقارنة، كرة Al2O3 تظهر مقاومة تآكل محسنة مع معدل تآكل يبلغ 7.2×10-4 m3/N·m. بالكاد تظهر على كرة WC خدوش بسيطة في منطقة مسار التآكل الضحلة، مما يؤدي إلى انخفاض كبير في معدل التآكل بمقدار 3.3×10-6 مم3/نيوتن متر.

الشكل 4: ارتداء ندوب الكرات بعد الاختبارات.

الشكل 5: مورفولوجية ثلاثية الأبعاد لندوب التآكل على المحامل الكروية.

الجدول 2: تحليل ارتداء الندبة للمحامل الكروية.

يوضح الشكل 6 صورًا مجهرية لمسارات التآكل الناتجة على الورق الرملي بواسطة المحامل الكروية الأربعة. من الواضح أن كرة المرحاض أنتجت مسار التآكل الأكثر شدة (إزالة جميع جزيئات الرمل تقريبًا في طريقها) وتمتلك أفضل مقاومة للتآكل. بالمقارنة، تركت كرات Cr Steel وSS440 كمية كبيرة من الحطام المعدني على مسار تآكل ورق الصنفرة.
توضح هذه الملاحظات أيضًا أهمية الاستفادة من الاختبار الحلزوني. إنه يضمن أن محمل الكرة ينزلق دائمًا على سطح جديد من ورق الصنفرة، مما يحسن بشكل كبير من تكرار اختبار مقاومة التآكل.

الشكل 6: وضع المسارات على ورق الصنفرة مقابل محامل كروية مختلفة.

خاتمة

تلعب مقاومة التآكل للمحامل الكروية تحت الضغط العالي دورًا حيويًا في أداء الخدمة. تتميز محامل الكرات الخزفية بمقاومة تآكل محسنة بشكل كبير في ظل ظروف الضغط العالي وتقليل الوقت والتكلفة بسبب إصلاح المحامل أو استبدالها. في هذه الدراسة، يُظهر محمل كروي WC مقاومة تآكل أعلى بكثير مقارنة بالمحامل الفولاذية، مما يجعله مرشحًا مثاليًا لتطبيقات المحامل حيث يحدث تآكل شديد.
تم تصميم Nanovea Tribometer بقدرات عزم دوران عالية لأحمال تصل إلى 2000 نيوتن ومحرك دقيق ومتحكم لسرعات دوران من 0.01 إلى 15000 دورة في الدقيقة. إنه يوفر اختبار التآكل والاحتكاك المتكرر باستخدام الأوضاع الدورانية والخطية المتوافقة مع ISO وASTM، مع توفر وحدات التآكل والتشحيم الاختيارية ذات درجة الحرارة العالية في نظام واحد متكامل مسبقًا. يتيح هذا النطاق الذي لا مثيل له للمستخدمين محاكاة بيئات العمل القاسية المختلفة للمحامل الكروية بما في ذلك الضغط العالي والتآكل ودرجة الحرارة المرتفعة، وما إلى ذلك. كما أنه يعمل كأداة مثالية للتقييم الكمي للسلوكيات الاحتكاكية للمواد الفائقة المقاومة للتآكل تحت الأحمال العالية.
يوفر ملف تعريف Nanovea 3D Non-Contact Profiler قياسات دقيقة لحجم التآكل ويعمل كأداة لتحليل الشكل التفصيلي لمسارات التآكل، مما يوفر رؤى إضافية في الفهم الأساسي لآليات التآكل.

أُعدت بواسطة
دوانجي لي، دكتوراه، جوناثان توماس، وبيير ليرو

صفحة 1 من 212

منتجات

بروفایلومتر

PS50 - مدمج متقدم - مدمج متقدم

JR25 - مدمج محمول مدمج

JR100 - محمول محمول عالي السرعة

ST400 - قياسي معياري معياري ST400

ST500 - مساحة كبيرة معيارية ST500 - مساحة كبيرة معيارية

AFM Pro - المدى الموسع

مراقبة الجودة داخل الخط - الخشونة والملمس واللمسات النهائية

أجهزة اختبار النانو واختبار الخدوش

CB500 - مدمج متقدم - مدمج متقدم

PB1000 - المنصة الكبيرة المتقدمة PB1000

أنظمة الفراغ

ترايبومتر

T50 - منضدة الوزن الحر T50

T200 - مدمج هوائي مدمج

T2000 - هوائي عالي التحميل

T2000 MAX - High Torque Friction Tester

CR-8R - سُمك طلاء التكسير الكروي CR-8R - سماكة طلاء التكسير الكروي

أنظمة الفراغ

خدمات المختبر

تحليل بروفيلوميتري عدم الاتصال

المسافة البادئة واختبار الخدش

اختبار الاحتكاك والتآكل

طوبولوجيا السطح والتحليل الكيميائي

حلول الاختبار

قياس الملامح

الخشونة والانتهاء

الهندسة والشكل

التسطيح والانفتال

الحجم والمساحة

ارتفاع الخطوة والسماكة

الملمس والحبوب

الاختبار الميكانيكي

المسافة البادئة | صلابة ومرونة

المسافة البادئة | الإجهاد مقابل الإجهاد

المسافة البادئة | الزحف والاسترخاء

المسافة البادئة | الخسارة والتخزين

المسافة البادئة | كسر صلابة

المسافة البادئة | قوة الغلة والتعب

درجة حرارة عالية

رطوبة

مكنسة

خدش | فشل لاصق

خدش | فشل متماسك

خدش | صلابة الخدش

خدش | ارتداء متعدد التمريرات

الاحتكاك | معامل الاحتكاك

درجة حرارة منخفضة

سائل

اختبار ترايبولوجي

خطي

التناوب

بلوك على الحلبة

رنين على الطوق

اختبار الخدش

اختبار احتكاك المكابح

درجة حرارة عالية

درجة حرارة منخفضة

تآكل

سائل

الرطوبة والغازات الخاملة

مكنسة

التطبيقات

حسب الصناعة

التكنولوجيا الحيوية والحيوية

مواد بناء

منتجات المستهلك

أجهزة طبية

تصنيع وتصنيع المعادن

النفط والمناجم

بصريات

طلاء الدهان

الأدوية

أشباه الموصلات والالكترونيات

المنسوجات والجلود والورق

الأدوات والآلات

النقل البري

الفضاء والطيران

الجيش والدفاع