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Progressive Wear Mapping of Flooring using Tribometer

Progressive Wear Mapping of Flooring

Using Tribometer with integrated Profilometer

Vorbereitet von

FRANK LIU

EINFÜHRUNG

Flooring materials are designed to be durable, but they often suffer wear and tear from everyday activities such as movement and furniture use. To ensure their longevity, most types of flooring have a protective wear layer that resists damage. However, the thickness and durability of the wear layer vary depending on the flooring type and level of foot traffic. In addition, different layers within the flooring structure, such as UV coatings, decorative layers, and glaze, have varying wear rates. That’s where progressive wear mapping comes in. Using the NANOVEA T2000 Tribometer with an integrated 3D Non-Contact Profilometer, precise monitoring, and analysis of the performance and longevity of flooring materials can be done. By providing detailed insight into the wear behavior of various flooring materials, scientists and technical professionals can make more informed decisions when selecting and designing new flooring systems.

IMPORTANCE OF PROGRESSIVE WEAR MAPPING FOR FLOOR PANELS

Flooring testing has traditionally centered on the wear rate of a sample to determine its durability against wear. However, progressive wear mapping allows analyzing the sample’s wear rate throughout the test, providing valuable insights into its wear behavior. This in-depth analysis allows for correlations between friction data and wear rate, which can identify the root causes of wear. It should be noted that wear rates are not constant throughout wear tests. Thus, observing the progression of wear gives a more accurate assessment of the sample’s wear. Progressing beyond traditional testing methods, the adoption of progressive wear mapping has contributed to significant advancements in the field of flooring testing.

The NANOVEA T2000 Tribometer with an integrated 3D Non-Contact Profilometer is a groundbreaking solution for wear testing and volume loss measurements. Its ability to move with precision between the pin and the profilometer guarantees the reliability of results by eliminating any deviation in wear track radius or location. But that’s not all – the 3D Non-Contact Profilometer’s advanced capabilities allow for high-speed surface measurements, reducing scanning time to mere seconds. With the capability of applying loads of up to 2,000 N and achieving spinning speeds of up to 5,000 rpm, the NANOVEA T2000 Tribometer offers versatility and precision in the evaluation process. It’s clear that this equipment holds a vital role in progressive wear mapping.

 

ABBILDUNG 1: Sample set-up prior to wear testing (left) and post-wear test profilometry of the wear track (right).

MESSZIEL

Progressive wear mapping testing was performed on two types of flooring materials: stone and wood. Each sample underwent a total of 7 test cycles, with increasing test durations of 2, 4, 8, 20, 40, 60, and 120 s, allowing for a comparison of wear over time. After each test cycle, the wear track was profiled using the NANOVEA 3D Non-Contact Profilometer. From the data collected by the profiler, the volume of the hole and wear rate can be analyzed using the integrated features in the NANOVEA Tribometer software or our surface analysis software, Mountains.

NANOVEA

T2000

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Tribometer
wear mapping test samples wood and stone

 THE SAMPLES 

WEAR MAPPING TEST PARAMETERS

LOAD40 N
TESTDAUERvaries
SPEED200 rpm
RADIUS10 mm
DISTANCEvaries
BALL MATERIALTungsten Carbide
BALL DIAMETER10 mm

Test duration used over the 7 cycles were 2, 4, 8, 20, 40, 60, and 120 seconds, respectively. The distances traveled were 0.40, 0.81, 1.66, 4.16, 8.36, 12.55, and 25.11 meters.

WEAR MAPPING RESULTS

WOOD FLOORING

Test CycleMax COFMin COFAvg. COF
10.3350.1240.275
20.3370.2070.295
30.3800.2290.329
40.3930.2650.354
50.3520.2050.314
60.3450.1990.312
70.3150.2110.293

 

RADIALE ORIENTIERUNG

Test CycleTotal Volume Loss (µm3Total Distance
Traveled (m)		Abnutzungsrate
(mm/Nm) x10-5		Instantaneous Wear Rate
(mm/Nm) x10-5
12962476870.401833.7461833.746
23552452271.221093.260181.5637
35963713262.88898.242363.1791
48837477677.04530.629172.5496
5120717995115.40360.88996.69074
6147274531827.95293.32952.89311
7185131921053.06184.34337.69599
wood progressive wear rate vs total distance

ABBILDUNG 2: Wear rate vs total distance traveled (left)
and instantaneous wear rate vs test cycle (right) for wood flooring.

progressive wear mapping of wood floor

ABBILDUNG 3: COF graph and 3D view of wear track from test #7 on wood flooring.

wear mapping extracted profile

ABBILDUNG 4: Cross-Sectional Analysis of Wood Wear Track from Test #7

progressive wear mapping volume and area analysis

ABBILDUNG 5: Volume and Area Analysis of Wear Track on Wood Sample Test #7.

For full result details, click here.

WEAR MAPPING RESULTS

STONE FLOORING

Test CycleMax COFMin COFAvg. COF
10.2490.0350.186
20.3490.1970.275
30.2940.1540.221
40.5030.1240.273
50.5480.1060.390
60.5100.1290.434
70.5270.1810.472

 

RADIALE ORIENTIERUNG

Test CycleTotal Volume Loss (µm3Total Distance
Traveled (m)		Abnutzungsrate
(mm/Nm) x10-5		Instantaneous Wear Rate
(mm/Nm) x10-5
1962788460.40595.957595.9573
28042897311.222475.1852178.889
313161478552.881982.355770.9501
431365302157.041883.2691093.013
51082173218015.403235.1802297.508
62017496034327.954018.2821862.899
74251206342053.064233.0812224.187
stone flooring wear rate vs distance
stone flooring instantaneous wear rate chart

ABBILDUNG 6: Wear rate vs total distance travelled (left)
and instantaneous wear rate vs test cycle (right) for stone flooring.

stone floor 3d profile of wear track

ABBILDUNG 7: COF graph and 3D view of wear track from test #7 on stone flooring.

stone floor progressive wear mapping extracted profile
stone flooring extracted profile maximum depth and height area of the hole and peak

ABBILDUNG 8: Cross-Sectional Analysis of Stone Wear Track from Test #7.

wood floor progressive wear mapping volume analysis

FIGURE 9: Volume and Area Analysis of Wear Track on Stone Sample Test #7.


For full result details, click here.

DISCUSSION

The instantaneous wear rate is calculated with the following equation:
progressive wear mapping of flooring formula

Where V is the volume of a hole, N is the load, and X is the total distance, this equation describes the wear rate between test cycles. The instantaneous wear rate can be used to better identify changes in wear rate throughout the test.

Both samples have very different wear behaviors. Over time, the wood flooring starts with a high wear rate but quickly drops to a smaller, steady value. For the stone flooring, the wear rate appears to start at a low value and trends to a higher value over cycles. The instantaneous wear rate also shows little consistency. The specific reason for the difference is not certain but may be due to the structure of the samples. The stone flooring seems to consist of loose grain-like particles, which would wear differently compared to the wood’s compact structure. Additional testing and research would be needed to ascertain the cause of this wear behavior.

The data from the coefficient of friction (COF) seems to agree with the observed wear behavior. The COF graph for the wood flooring appears consistent throughout the cycles, complementing its steady wear rate. For the stone flooring, the average COF increases throughout the cycles, similar to how the wear rate also increases with cycles. There are also apparent changes in the shape of the friction graphs, suggesting changes in how the ball is interacting with the stone sample. This is most apparent in cycle 2 and cycle 4.

SCHLUSSFOLGERUNG

The NANOVEA T2000 Tribometer showcases its ability to perform progressive wear mapping by analyzing the wear rate between two different flooring samples. Pausing the continuous wear test and scanning the surface with the NANOVEA 3D Non-Contact Profilometer provides valuable insights into the material’s wear behavior over time.

The NANOVEA T2000 Tribometer with the integrated 3D Non-Contact Profilometer provides a wide variety of data, including COF (Coefficient of Friction) data, surface measurements, depth readings, surface visualization, volume loss, wear rate, and more. This comprehensive set of information allows users to gain a deeper understanding of the interactions between the system and the sample. With its controlled loading, high precision, ease of use, high loading, wide speed range, and additional environmental modules, the NANOVEA T2000 Tribometer takes tribology to the next level.

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Dynamisch-mechanische Analyse von Kork mittels Nanoindentation

DYNAMISCHE MECHANISCHE ANALYSE

VON KORK MITTELS NANOINDENTATION

Vorbereitet von

FRANK LIU

EINFÜHRUNG

Die dynamisch-mechanische Analyse (DMA) ist eine leistungsstarke Technik zur Untersuchung der mechanischen Eigenschaften von Materialien. In dieser Anwendung konzentrieren wir uns auf die Analyse von Kork, einem weit verbreiteten Material für die Versiegelung und Reifung von Wein. Kork, der aus der Rinde der Eiche Quercus suber gewonnen wird, weist ausgeprägte zelluläre Strukturen auf, die mechanische Eigenschaften aufweisen, die denen von synthetischen Polymeren ähneln. In einer Achse hat der Kork eine wabenförmige Struktur. Die beiden anderen Achsen sind in mehrere rechteckige Prismen unterteilt. Dies verleiht dem Kork je nach der geprüften Ausrichtung unterschiedliche mechanische Eigenschaften.

BEDEUTUNG DER DYNAMISCH-MECHANISCHEN ANALYSE (DMA) BEI DER BEWERTUNG DER MECHANISCHEN EIGENSCHAFTEN VON KORK

Die Qualität von Korken hängt in hohem Maße von ihren mechanischen und physikalischen Eigenschaften ab, die für ihre Effektivität beim Verschließen von Wein entscheidend sind. Zu den Schlüsselfaktoren, die die Korkqualität bestimmen, gehören Flexibilität, Isolierung, Elastizität und Undurchlässigkeit für Gas und Flüssigkeiten. Mit Hilfe der dynamisch-mechanischen Analyse (DMA) können wir die Elastizität und das Rückstellvermögen von Korken quantitativ bewerten und so eine zuverlässige Methode zur Beurteilung bieten.

Das mechanische Prüfgerät NANOVEA PB1000 im Nanoindentationsmodus ermöglicht die Charakterisierung dieser Eigenschaften, insbesondere des Elastizitätsmoduls, des Speichermoduls, des Verlustmoduls und des tan delta (tan (δ)). Die DMA-Prüfung ermöglicht auch die Erfassung wertvoller Daten zu Phasenverschiebung, Härte, Spannung und Dehnung des Korkmaterials. Durch diese umfassenden Analysen erhalten wir tiefere Einblicke in das mechanische Verhalten von Korken und ihre Eignung für Weinverschlussanwendungen.

MESSZIEL

In dieser Studie wird die dynamisch-mechanische Analyse (DMA) von vier Korken mit dem NANOVEA PB1000 Mechanikprüfgerät im Nanoindentationsmodus durchgeführt. Die Qualität der Korken ist wie folgt gekennzeichnet: 1 - Flor, 2 - First, 3 - Colmated, 4 - Synthetischer Gummi. Für jeden Korken wurden DMA-Eindringtests in axialer und radialer Richtung durchgeführt. Durch die Analyse der mechanischen Reaktion der Korken wollten wir Einblicke in ihr dynamisches Verhalten gewinnen und ihre Leistung unter verschiedenen Ausrichtungen bewerten.

NANOVEA

PB1000

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PRÜFPARAMETER

MAX FORCE75 mN
LADUNGSVERFAHREN150 mN/min
ENTLADUNGSRATE150 mN/min
AMPLITUDE5 mN
FREQUENZ1 Hz
CREEP60 s

Eindringkörpertyp

Kugel

51200 Stahl

3 mm Durchmesser

ERGEBNISSE

In den nachstehenden Tabellen und Diagrammen werden der Elastizitätsmodul, der Speichermodul, der Verlustmodul und tan delta für jede Probe und Orientierung verglichen.

Elastizitätsmodul: Stiffness; hohe Werte bedeuten stiff, niedrige Werte bedeuten flexibel.

Speichermodul: Elastische Reaktion; im Material gespeicherte Energie.

Verlustmodul: Viskose Reaktion; Energieverlust durch Wärme.

Tan (δ): Befeuchtung; hohe Werte bedeuten mehr Befeuchtung.

AXIALE AUSRICHTUNG

StopperELASTIZITÄTSMODULSPEICHERMODULMODULUS VERLUSTTAN
#(MPa)(MPa)(MPa)(δ)
122.567522.272093.6249470.162964
218.5466418.271533.1623490.17409
323.7538123.472673.6178190.154592
423.697223.580642.3470080.099539



RADIALE ORIENTIERUNG

StopperELASTIZITÄTSMODULSPEICHERMODULMODULUS VERLUSTTAN
#(MPa)(MPa)(MPa)(δ)
124.7886324.565423.3082240.134865
226.6661426.317394.2862160.163006
344.0786743.614266.3659790.146033
428.0475127.941482.4359780.087173

ELASTIZITÄTSMODUL

SPEICHERMODUL

MODULUS VERLUST

TAN DELTA

Zwischen den Korken ist der Elastizitätsmodul nicht sehr unterschiedlich, wenn sie in axialer Richtung geprüft werden. Nur die Korken #2 und #3 zeigten einen deutlichen Unterschied im Elastizitätsmodul zwischen radialer und axialer Richtung. Infolgedessen sind auch der Speichermodul und der Verlustmodul in radialer Richtung höher als in axialer Richtung. Der Stopfen #4 zeigt ähnliche Eigenschaften wie die Naturkorkstopfen, mit Ausnahme des Verlustmoduls. Dies ist recht interessant, da es bedeutet, dass der Naturkorken eine zähere Eigenschaft hat als das synthetische Gummimaterial.

SCHLUSSFOLGERUNG

Der NANOVEA Mechanical Tester im Nano Scratch Tester Modus ermöglicht die Simulation von vielen realen Fehlern von Lackierungen und Hartbeschichtungen. Durch die kontrollierte und genau überwachte Aufbringung zunehmender Lasten kann das Gerät feststellen, bei welcher Belastung Ausfälle auftreten. Dies kann dann zur Bestimmung quantitativer Werte für die Kratzfestigkeit genutzt werden. Bei der getesteten Beschichtung ohne Bewitterung ist bekannt, dass der erste Riss bei etwa 22 mN auftritt. Bei Werten, die näher bei 5 mN liegen, ist klar, dass die 7 Jahre dauernde Bewitterung den Lack beeinträchtigt hat.

Die Kompensation des ursprünglichen Profils ermöglicht es, die korrigierte Tiefe während des Ritzens zu erhalten und auch die Resttiefe nach dem Ritzen zu messen. Dies gibt zusätzliche Informationen über das plastische bzw. elastische Verhalten der Beschichtung bei zunehmender Belastung. Sowohl die Rissbildung als auch die Informationen über die Verformung können von großem Nutzen für die Verbesserung der Hartstoffschicht sein. Die sehr geringen Standardabweichungen zeigen auch die Reproduzierbarkeit der Technik des Geräts, die den Herstellern helfen kann, die Qualität ihrer Hartbeschichtung/Lackierung zu verbessern und Bewitterungseffekte zu untersuchen.

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Nano Scratch & Mar Testing von Farbe auf Metallsubstrat

Nano Scratch & Mar Testing

von Farbe auf Metallsubstrat

Vorbereitet von

SUSANA CABELLO

EINFÜHRUNG

Farbe mit oder ohne Hartauftrag ist eine der am häufigsten verwendeten Beschichtungen. Wir sehen sie auf Autos, Wänden, Geräten und praktisch überall, wo eine Schutzschicht benötigt wird oder wo sie einfach nur der Ästhetik dient. Die Farben, die den Untergrund schützen sollen, enthalten oft Chemikalien, die verhindern, dass die Farbe Feuer fängt, oder die einfach verhindern, dass sie ihre Farbe verliert oder Risse bekommt. Die für ästhetische Zwecke verwendeten Farben sind oft in verschiedenen Farben erhältlich, aber nicht unbedingt für den Schutz des Untergrunds oder für eine lange Lebensdauer gedacht.

Dennoch unterliegt jede Farbe im Laufe der Zeit einer gewissen Verwitterung. Durch die Verwitterung von Farbe können sich die vom Hersteller beabsichtigten Eigenschaften oft ändern. Sie kann schneller abplatzen, bei Hitze abblättern, ihre Farbe verlieren oder Risse bekommen. Die unterschiedlichen Eigenschaften von Farben, die sich im Laufe der Zeit verändern, sind der Grund, warum die Hersteller eine so große Auswahl anbieten. Die Farben sind auf die unterschiedlichen Anforderungen der einzelnen Kunden zugeschnitten.

BEDEUTUNG DER NANORITZPRÜFUNG FÜR DIE QUALITÄTSKONTROLLE

Ein wichtiges Anliegen der Farbenhersteller ist die Widerstandsfähigkeit ihrer Produkte gegen Rissbildung. Sobald der Lack Risse bekommt, kann er den Untergrund, auf den er aufgetragen wurde, nicht mehr schützen und stellt somit den Kunden nicht mehr zufrieden. Wenn z. B. ein Ast die Seite eines Autos streift und sofort danach der Lack abplatzt, verliert der Lackhersteller aufgrund der schlechten Qualität des Lacks sein Geschäft. Die Qualität der Farbe ist sehr wichtig, denn wenn das Metall unter der Farbe freiliegt, kann es aufgrund der neuen Exposition zu rosten oder zu korrodieren beginnen.

 

Diese Gründe gelten auch für andere Bereiche wie Haushalts- und Büroartikel, Elektronik, Spielzeug, Forschungswerkzeuge und vieles mehr. Auch wenn die Farbe beim ersten Auftragen auf Metallbeschichtungen rissbeständig ist, können sich die Eigenschaften im Laufe der Zeit ändern, wenn die Probe etwas verwittert ist. Aus diesem Grund ist es sehr wichtig, die Lackproben im bewitterten Zustand zu prüfen. Auch wenn die Rissbildung unter hoher Belastung unvermeidlich ist, muss der Hersteller vorhersagen, wie stark die Veränderungen im Laufe der Zeit ausfallen und wie tief der Riss sein muss, damit er seinen Kunden die bestmöglichen Produkte anbieten kann.

MESSZIEL

Wir müssen den Prozess des Kratzens in einer kontrollierten und überwachten Weise simulieren, um das Verhalten der Probe zu beobachten. In dieser Anwendung wird der NANOVEA PB1000 Mechanik-Tester im Nano-Scratch-Testing-Modus verwendet, um die Last zu messen, die erforderlich ist, um ein Versagen einer etwa 7 Jahre alten, 30-50 μm dicken Lackprobe auf einem Metallsubstrat zu verursachen.

Ein 2 μm großer, diamantbestückter Stift wird mit einer progressiven Kraft von 0,015 mN bis 20,00 mN verwendet, um die Beschichtung zu zerkratzen. Wir haben einen Vor- und Nachscan des Lacks mit einer Belastung von 0,2 mN durchgeführt, um den Wert für die tatsächliche Tiefe des Kratzers zu ermitteln. Die wahre Tiefe analysiert die plastische und elastische Verformung der Probe während der Prüfung, während der Post-Scan nur die plastische Verformung des Kratzers analysiert. Der Punkt, an dem die Beschichtung durch Rissbildung versagt, wird als Versagenspunkt angesehen. Wir haben die ASTMD7187 als Leitfaden für die Festlegung unserer Prüfparameter verwendet.

 

Daraus können wir schließen, dass wir eine verwitterte Probe verwendet haben und daher bei der Prüfung einer Farbprobe in ihrem schwächeren Stadium weniger Fehlerpunkte auftraten.

 

An dieser Probe wurden fünf Tests durchgeführt, um

die genauen versagenskritischen Lasten zu bestimmen.

NANOVEA

PB1000

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PRÜFPARAMETER

unter ASTM D7027

Die Oberfläche eines Rauheitsnormals wurde mit einem NANOVEA ST400 abgetastet, der mit einem Hochgeschwindigkeitssensor ausgestattet ist, der eine helle Linie mit 192 Punkten erzeugt, wie in ABBILDUNG 1 dargestellt. Diese 192 Punkte tasten die Probenoberfläche gleichzeitig ab, was zu einer deutlich höheren Abtastgeschwindigkeit führt.

LADUNGSTYP Progressiv
ANFANGSLADUNG 0,015 mN
ENDLADUNG 20 mN
LADUNGSVERFAHREN 20 mN/min
SCRATCH LENGTH 1,6 mm
KREUZGESCHWINDIGKEIT, dx/dt 1.601 mm/min
PRE-SCAN LADEN 0,2 mN
POST-SCAN LADEN 0,2 mN
Konischer Eindringkörper 90° Konus 2 µm Spitzenradius

Eindringkörpertyp

Konisch

Diamant 90° Kegel

2 µm Spitzenradius

Konischer Eindringkörper Diamant 90° Kegel 2 µm Spitzenradius

ERGEBNISSE

In diesem Abschnitt werden die während des Scratch-Tests gesammelten Daten zu den Ausfällen vorgestellt. Der erste Abschnitt beschreibt die im Kratzversuch beobachteten Ausfälle und definiert die gemeldeten kritischen Belastungen. Der nächste Teil enthält eine zusammenfassende Tabelle mit den kritischen Belastungen für alle Proben und eine grafische Darstellung. Der letzte Teil enthält die detaillierten Ergebnisse für jede Probe: die kritischen Lasten für jeden Kratzer, die Mikrofotografien jedes Versagens und die Grafik des Tests.

BEOBACHTETE AUSFÄLLE UND DEFINITION DER KRITISCHEN LASTEN

KRITISCHES VERSAGEN:

ANFANGSSCHADEN

Dies ist der erste Punkt, an dem der Schaden entlang der Kratzspur beobachtet wird.

Nanokratzer kritisches Versagen Anfangsschaden

KRITISCHES VERSAGEN:

VOLLSTÄNDIGER SCHADEN

An diesem Punkt ist der Schaden größer, da der Lack entlang der Kratzspur abplatzt und Risse aufweist.

Nanokratzer kritisches Versagen vollständige Beschädigung

DETAILLIERTE ERGEBNISSE

* Versagenswerte an der Stelle, an der das Substrat reißt.

KRITISCHE LASTEN
SCRATCH ANFANGSSCHADEN [mN] VOLLSTÄNDIGE SCHÄDIGUNG [µm]
1 14.513 4.932
2 3.895 4.838
3 3.917 4.930
DURCHSCHNITT 3.988 4.900
STD DEV 0.143 0.054
Mikroskopische Aufnahme eines vollständigen Kratzers aus einem Nanokratztest (1000-fache Vergrößerung).

ABBILDUNG 2: Mikroskopische Aufnahme eines vollständigen Kratzers (1000-fache Vergrößerung).

Mikroskopische Aufnahme der anfänglichen Beschädigung durch den Nanokratztest (1000-fache Vergrößerung)

ABBILDUNG 3: Mikroskopische Aufnahme der ursprünglichen Beschädigung (1000-fache Vergrößerung).

Mikroskopische Aufnahme der vollständigen Beschädigung durch den Nanokratztest (1000-fache Vergrößerung).

ABBILDUNG 4: Mikroskopische Aufnahme der vollständigen Beschädigung (1000-fache Vergrößerung).

Linearer Nano-Kratztest Reibungskraft und Reibungskoeffizient

ABBILDUNG 5: Reibungskraft und Reibungskoeffizient.

Linearer Nanokratzer Oberflächenprofil

ABBILDUNG 6: Oberflächenprofil.

Linearer Nano-Kratztest Echte Tiefe und Resttiefe

ABBILDUNG 7: Wahre Tiefe und Resttiefe.

SCHLUSSFOLGERUNG

Der NANOVEA Mechanical Tester im Nano Scratch Tester Modus ermöglicht die Simulation von vielen realen Fehlern von Lackierungen und Hartbeschichtungen. Durch die kontrollierte und genau überwachte Aufbringung zunehmender Lasten kann das Gerät feststellen, bei welcher Belastung Ausfälle auftreten. Dies kann dann zur Bestimmung quantitativer Werte für die Kratzfestigkeit genutzt werden. Bei der getesteten Beschichtung ohne Bewitterung ist bekannt, dass der erste Riss bei etwa 22 mN auftritt. Bei Werten, die näher bei 5 mN liegen, ist klar, dass die 7 Jahre dauernde Bewitterung den Lack beeinträchtigt hat.

Die Kompensation des ursprünglichen Profils ermöglicht es, die korrigierte Tiefe während des Ritzens zu erhalten und auch die Resttiefe nach dem Ritzen zu messen. Dies gibt zusätzliche Informationen über das plastische bzw. elastische Verhalten der Beschichtung bei zunehmender Belastung. Sowohl die Rissbildung als auch die Informationen über die Verformung können von großem Nutzen für die Verbesserung der Hartstoffschicht sein. Die sehr geringen Standardabweichungen zeigen auch die Reproduzierbarkeit der Technik des Geräts, die den Herstellern helfen kann, die Qualität ihrer Hartbeschichtung/Lackierung zu verbessern und Bewitterungseffekte zu untersuchen.

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Rauheitskartierung mit 3D-Profilometrie

PRÜFUNG DER RAUHEITSKARTIERUNG

3D-PROFILOMETRIE VERWENDEN

Vorbereitet von

DUANJIE, PhD

EINFÜHRUNG

Oberflächenrauheit und -beschaffenheit sind entscheidende Faktoren, die sich auf die endgültige Qualität und Leistung eines Produkts auswirken. Ein gründliches Verständnis von Oberflächenrauheit, -textur und -konsistenz ist für die Auswahl der besten Verarbeitungs- und Kontrollmaßnahmen unerlässlich. Eine schnelle, quantifizierbare und zuverlässige Inline-Inspektion von Produktoberflächen ist notwendig, um fehlerhafte Produkte rechtzeitig zu erkennen und die Bedingungen in der Produktionslinie zu optimieren.

BEDEUTUNG DES BERÜHRUNGSLOSEN 3D-PROFILOMETERS FÜR DIE INLINE-OBERFLÄCHENPRÜFUNG

Oberflächendefekte bei Produkten entstehen bei der Materialverarbeitung und Produktherstellung. Die Inline-Qualitätsprüfung von Oberflächen gewährleistet eine strenge Qualitätskontrolle der Endprodukte. Die berührungslosen optischen 3D-Profiler von NANOVEA nutzen die Technologie des chromatischen Lichts mit der einzigartigen Fähigkeit, die Rauheit einer Probe berührungslos zu bestimmen. Der Zeilensensor ermöglicht das Scannen des 3D-Profils einer großen Oberfläche mit hoher Geschwindigkeit. Die von der Analysesoftware in Echtzeit berechnete Rauheitsschwelle dient als schnelles und zuverlässiges Pass/Fail-Tool.

MESSZIEL

In dieser Studie wird das mit einem Hochgeschwindigkeitssensor ausgestattete NANOVEA ST400 zur Inspektion der Oberfläche einer Teflon-Probe mit einem Defekt verwendet, um die Fähigkeiten des NANOVEA

Berührungslose Profilometer ermöglichen eine schnelle und zuverlässige Oberflächenprüfung in einer Produktionslinie.

NANOVEA

ST400

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ERGEBNISSE & DISKUSSION

3D-Oberflächenanalyse des Rauhigkeit Standardprobe

Die Oberfläche eines Rauheitsnormals wurde mit einem NANOVEA ST400 abgetastet, der mit einem Hochgeschwindigkeitssensor ausgestattet ist, der eine helle Linie mit 192 Punkten erzeugt, wie in ABBILDUNG 1 dargestellt. Diese 192 Punkte tasten die Probenoberfläche gleichzeitig ab, was zu einer deutlich höheren Abtastgeschwindigkeit führt.

ABBILDUNG 2 zeigt Falschfarbenansichten der Oberflächenhöhenkarte und der Rauheitsverteilungskarte der Rauheitsstandardprobe. In ABBILDUNG 2a weist der Rauheitsstandard eine leicht schräge Oberfläche auf, die durch den unterschiedlichen Farbverlauf in jedem der Standard-Rauheitsblöcke dargestellt wird. In ABBILDUNG 2b wird eine homogene Rauheitsverteilung in verschiedenen Rauheitsblöcken gezeigt, deren Farbe die Rauheit in den Blöcken darstellt.

ABBILDUNG 3 zeigt Beispiele für die Pass/Fail-Karten, die von der Analysesoftware auf der Grundlage verschiedener Rauheitsschwellenwerte erstellt wurden. Die Rauheitsblöcke werden rot hervorgehoben, wenn ihre Oberflächenrauheit über einem bestimmten Schwellenwert liegt. Auf diese Weise kann der Benutzer einen Rauheitsschwellenwert festlegen, um die Qualität der Oberflächenbeschaffenheit einer Probe zu bestimmen.

ABBILDUNG 1: Abtastung des optischen Zeilensensors auf der Probe des Rauheitsnormals

a. Karte der Oberflächenhöhe:

b. Rauhigkeitskarte:

ABBILDUNG 2: Falschfarbenansichten der Oberflächenhöhenkarte und der Rauheitsverteilungskarte der Rauheitsstandardprobe.

ABBILDUNG 3: Pass/Fail Map basierend auf dem Roughness Threshold.

Oberflächeninspektion einer Teflonprobe mit Defekten

Die Oberflächenhöhenkarte, die Rauheitsverteilungskarte und die Pass/Fail-Rauheitsschwellenkarte der Oberfläche der Teflon-Probe sind in ABBILDUNG 4 dargestellt. Die Teflon-Probe weist in der rechten Mitte der Probe eine Rippenform auf, wie in der Oberflächenhöhenkarte dargestellt.

a. Karte der Oberflächenhöhe:

Die verschiedenen Farben in der Palette von ABBILDUNG 4b stellen den Rauheitswert auf der lokalen Oberfläche dar. Die Rauhigkeitskarte zeigt eine homogene Rauheit im intakten Bereich der Teflon-Probe. Die Defekte in Form eines eingedrückten Rings und einer Verschleißnarbe sind jedoch in heller Farbe hervorgehoben. Der Benutzer kann leicht einen Schwellenwert für die Pass/Fail-Rauheit festlegen, um die Oberflächendefekte zu lokalisieren, wie in ABBILDUNG 4c gezeigt. Mit einem solchen Werkzeug kann der Benutzer die Oberflächenqualität des Produkts in der Produktionslinie vor Ort überwachen und fehlerhafte Produkte rechtzeitig erkennen. Der Echtzeit-Rauigkeitswert wird berechnet und aufgezeichnet, während die Produkte den optischen Inline-Sensor passieren, was als schnelles und zuverlässiges Werkzeug für die Qualitätskontrolle dienen kann.

b. Rauhigkeitskarte:

c. Pass/Fail Roughness Threshold Map:

ABBILDUNG 4: Oberflächenhöhenkarte, Rauhigkeitsverteilungskarte und Pass/Fail-Rauhigkeitsschwellenwertkarte der Teflon-Probenoberfläche.

SCHLUSSFOLGERUNG

In dieser Anwendung haben wir gezeigt, wie der berührungslose optische 3D-Profiler NANOVEA ST400, ausgestattet mit einem optischen Zeilensensor, als zuverlässiges Qualitätskontrollwerkzeug effektiv und effizient arbeitet.

Der optische Zeilensensor erzeugt eine helle Linie aus 192 Punkten, die die Probenoberfläche gleichzeitig abtasten, was zu einer deutlich höheren Abtastgeschwindigkeit führt. Er kann in der Produktionslinie installiert werden, um die Oberflächenrauhigkeit der Produkte vor Ort zu überwachen. Der Schwellenwert für die Rauheit dient als zuverlässiges Kriterium zur Bestimmung der Oberflächenqualität der Produkte und ermöglicht es dem Benutzer, fehlerhafte Produkte rechtzeitig zu erkennen.

Die hier gezeigten Daten stellen nur einen Teil der in der Analysesoftware verfügbaren Berechnungen dar. NANOVEA Profilometer messen praktisch jede Oberfläche in Bereichen wie Halbleiter, Mikroelektronik, Solar, Faseroptik, Automobil, Luft- und Raumfahrt, Metallurgie, Bearbeitung, Beschichtungen, Pharmazeutik, Biomedizin, Umwelt und vielen anderen.

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Kratzhärte bei hohen Temperaturen mit einem Tribometer

HOHE TEMPERATUR-RITZHÄRTE

MIT EINEM TRIBOMETER

Vorbereitet von

DUANJIE, PhD

EINFÜHRUNG

Die Härte misst die Widerstandsfähigkeit von Materialien gegen dauerhafte oder plastische Verformung. Ursprünglich von dem deutschen Mineralogen Friedrich Mohs im Jahr 1820 entwickelt, bestimmt die Ritzhärteprüfung die Härte eines Materials gegenüber Kratzern und Abrieb durch Reibung mit einem scharfen Gegenstand1. Die Mohs'sche Skala ist ein Vergleichsindex und keine lineare Skala. Daher wurde eine genauere und qualitative Messung der Ritzhärte entwickelt, die in der ASTM-Norm G171-03 beschrieben ist.2. Es misst die durchschnittliche Breite des von einem Diamantstift erzeugten Kratzers und berechnet die Ritzhärtezahl (HSP).

BEDEUTUNG DER MESSUNG DER RITZHÄRTE BEI HOHEN TEMPERATUREN

Die Auswahl der Werkstoffe richtet sich nach den Einsatzanforderungen. Bei Anwendungen, die mit erheblichen Temperaturschwankungen und thermischen Gradienten verbunden sind, ist es von entscheidender Bedeutung, die mechanischen Eigenschaften von Materialien bei hohen Temperaturen zu untersuchen, um die mechanischen Grenzen genau zu kennen. Werkstoffe, insbesondere Polymere, werden bei hohen Temperaturen normalerweise weicher. Viele mechanische Ausfälle werden durch Kriechverformung und thermische Ermüdung verursacht, die nur bei hohen Temperaturen auftreten. Daher ist ein zuverlässiges Verfahren zur Messung der Härte bei hohen Temperaturen erforderlich, um die richtige Auswahl der Materialien für Hochtemperaturanwendungen zu gewährleisten.

MESSZIEL

In dieser Studie misst das NANOVEA T50 Tribometer die Ritzhärte einer Teflonprobe bei verschiedenen Temperaturen von Raumtemperatur bis 300ºC. Die Fähigkeit, die Ritzhärte bei hohen Temperaturen zu messen, macht das NANOVEA Tribometer zu einem vielseitigen System für tribologische und mechanische Bewertungen von Materialien für Hochtemperaturanwendungen.

NANOVEA

T50

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TESTBEDINGUNGEN

Mit dem NANOVEA T50 Free Weight Standard Tribometer wurden die Ritzhärtetests an einer Teflonprobe bei Temperaturen zwischen Raumtemperatur (RT) und 300°C durchgeführt. Teflon hat einen Schmelzpunkt von 326,8°C. Es wurde ein konischer Diamantstift mit einem Scheitelwinkel von 120° und einem Spitzenradius von 200 µm verwendet. Die Teflonprobe wurde auf dem rotierenden Probentisch mit einem Abstand von 10 mm zur Tischmitte fixiert. Die Probe wurde in einem Ofen aufgeheizt und bei Temperaturen von RT, 50°C, 100°C, 150°C, 200°C, 250°C und 300°C geprüft.

PRÜFPARAMETER

der Hochtemperatur-Ritzhärtemessung

NORMALE KRAFT 2 N
GLEITGESCHWINDIGKEIT 1 mm/s
GLEITSTRECKE 8 mm pro Temperatur
ATMOSPHÄRE Luft
TEMPERATUR RT, 50°C, 100°C, 150°C, 200°C, 250°C, 300°C.

ERGEBNISSE & DISKUSSION

Die Kratzspurprofile der Teflonprobe bei verschiedenen Temperaturen sind in ABBILDUNG 1 dargestellt, um die Kratzhärte bei verschiedenen erhöhten Temperaturen zu vergleichen. Die Materialanhäufung an den Ritzspurkanten bildet sich, wenn der Stift mit einer konstanten Last von 2 N in die Teflonprobe eindringt und das Material in der Ritzspur zur Seite drückt und verformt.

Die Kratzspuren wurden unter dem Lichtmikroskop untersucht, wie in ABBILDUNG 2 dargestellt. Die gemessenen Kratzspurbreiten und berechneten Ritzhärtezahlen (HSP) sind in ABBILDUNG 3 zusammengefasst und verglichen. Die mit dem Mikroskop gemessene Kratzspurbreite stimmt mit der mit dem NANOVEA Profiler gemessenen überein - die Teflonprobe weist bei höheren Temperaturen eine größere Kratzspurbreite auf. Die Kratzspurbreite steigt von 281 auf 539 µm, wenn die Temperatur von RT auf 300oC ansteigt, was zu einem Rückgang des HSP von 65 auf 18 MPa führt.

Die Ritzhärte bei erhöhten Temperaturen kann mit dem NANOVEA T50 Tribometer mit hoher Präzision und Wiederholbarkeit gemessen werden. Es bietet eine alternative Lösung zu anderen Härtemessungen und macht die NANOVEA Tribometer zu einem kompletten System für umfassende tribomechanische Hochtemperaturauswertungen.

ABBILDUNG 1: Kratzspurprofile nach den Ritzhärtetests bei verschiedenen Temperaturen.

ABBILDUNG 2: Kratzspuren unter dem Mikroskop nach den Messungen bei verschiedenen Temperaturen.

ABBILDUNG 3: Entwicklung der Kratzspurbreite und der Kratzhärte in Abhängigkeit von der Temperatur.

SCHLUSSFOLGERUNG

In dieser Studie zeigen wir, wie das NANOVEA Tribometer die Ritzhärte bei erhöhten Temperaturen in Übereinstimmung mit der ASTM G171-03 misst. Die Prüfung der Ritzhärte bei konstanter Belastung bietet eine einfache Lösung für den Vergleich der Härte von Materialien mit dem Tribometer. Die Möglichkeit, Ritzhärtemessungen bei erhöhten Temperaturen durchzuführen, macht das NANOVEA Tribometer zu einem idealen Werkzeug für die Bewertung der tribomechanischen Eigenschaften von Materialien bei hohen Temperaturen.

Tribometer bieten präzise und wiederholbare Verschleiß- und Reibungstests mit ISO- und ASTM-konformen Rotations- und Linearmodi, wobei optionale Module für Hochtemperaturverschleiß, Schmierung und Tribokorrosion in einem vorintegrierten System erhältlich sind. Ein optionaler berührungsloser 3D-Profiler ist für hohe

1 Wredenberg, Fredrik; PL Larsson (2009). "Kratzprüfung von Metallen und Polymeren: Experiments and numerics". Wear 266 (1-2): 76
2 ASTM G171-03 (2009), "Standard Test Method for Scratch Hardness of Materials Using a Diamond Stylus".

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Schweißnahtoberflächeninspektion mit einem tragbaren 3D-Profilometer

WELd-Oberflächeninspektion

Verwendung eines tragbaren 3d-Profilometers

Vorbereitet von

CRAIG LEISING

EINFÜHRUNG

Es kann von entscheidender Bedeutung sein, dass eine bestimmte Schweißnaht, die in der Regel durch eine Sichtprüfung erfolgt, mit einem extremen Präzisionsgrad untersucht wird. Zu den spezifischen Bereichen, die für eine präzise Analyse von Interesse sind, gehören Oberflächenrisse, Porosität und ungefüllte Krater, unabhängig von den nachfolgenden Prüfverfahren. Schweißnahtmerkmale wie Abmessungen/Form, Volumen, Rauheit, Größe usw. können zur kritischen Bewertung gemessen werden.

BEDEUTUNG DES BERÜHRUNGSLOSEN 3D-PROFILOMETERS FÜR DIE SCHWEISSNAHTOBERFLÄCHENPRÜFUNG

Im Gegensatz zu anderen Techniken wie Taster oder Interferometrie kann das berührungslose 3D-Profilometer NANOVEA unter Verwendung von Axialchromatismus nahezu jede Oberfläche messen, wobei die Probengröße aufgrund der offenen Anordnung stark variieren kann und keine Probenvorbereitung erforderlich ist. Der Nano- bis Makrobereich wird bei der Messung des Oberflächenprofils nicht durch die Reflexion oder Absorption der Probe beeinflusst. Das Gerät ist in der Lage, große Oberflächenwinkel zu messen und die Ergebnisse werden nicht durch Software manipuliert. Sie können problemlos jedes Material messen: transparent, undurchsichtig, spiegelnd, diffus, poliert, rau usw. Die 2D- und 2D-Fähigkeiten der tragbaren NANOVEA-Profilometer machen sie zu idealen Instrumenten für die vollständige Prüfung der Schweißnahtoberfläche sowohl im Labor als auch im Feld.

MESSZIEL

In dieser Anwendung wird der NANOVEA JR25 Portable Profiler verwendet, um die Oberflächenrauheit, die Form und das Volumen einer Schweißnaht sowie die Umgebung zu messen. Diese Daten können wichtige Informationen liefern, um die Qualität der Schweißnaht und des Schweißprozesses richtig zu untersuchen.

NANOVEA

JR25

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TESTERGEBNISSE

Das Bild unten zeigt die vollständige 3D-Ansicht der Schweißnaht und des umgebenden Bereichs zusammen mit den Oberflächenparametern der Schweißnaht. Das 2D-Querschnittsprofil ist unten dargestellt.

die Probe

Mit dem obigen 2D-Querschnittsprofil, das aus dem 3D-Profil entfernt wurde, werden die Dimensionsinformationen der Schweißnaht unten berechnet. Oberfläche und Volumen des Materials werden nur für die Schweißnaht berechnet.

 HOLEPEAK
OBERFLÄCHE1,01 mm214,0 mm2
VOLUME8,799e-5 mm323,27 mm3
MAXIMALE TIEFE/HÖHE0,0276 mm0,6195 mm
MITTLERE TIEFE/HÖHE 0,004024 mm 0,2298 mm

SCHLUSSFOLGERUNG

In dieser Anwendung haben wir gezeigt, wie der berührungslose 3D-Profiler NANOVEA kritische Eigenschaften einer Schweißnaht und der sie umgebenden Oberfläche präzise charakterisieren kann. Anhand der Rauheit, der Abmessungen und des Volumens kann eine quantitative Methode für Qualität und Wiederholbarkeit bestimmt und weiter untersucht werden. Musterschweißnähte, wie das Beispiel in dieser App Note, können mit einem Standard-Tischgerät oder einem tragbaren NANOVEA Profiler für Inhouse- oder Feldtests leicht analysiert werden.

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Bewertung von Kratzern und Abnutzungserscheinungen bei industriellen Beschichtungen

INDUSTRIELLE BESCHICHTUNG

BEWERTUNG VON KRATZERN UND VERSCHLEISS MIT EINEM TRIBOMETER

Vorbereitet von

DUANJIE LI, PhD & ANDREA HERRMANN

EINFÜHRUNG

Urethan-Acrylfarbe ist eine schnell trocknende Schutzbeschichtung, die in einer Vielzahl industrieller Anwendungen wie Fußboden- und Autolackierung und anderen eingesetzt wird. Als Bodenfarbe kann sie in Bereichen eingesetzt werden, die stark begangen und befahren werden, z. B. Gehwege, Bordsteine und Parkplätze.

BEDEUTUNG VON KRATZ- UND VERSCHLEISSTESTS FÜR DIE QUALITÄTSKONTROLLE

Traditionell wurden Taber-Abriebtests durchgeführt, um die Verschleißfestigkeit von Acryl-Urethan-Bodenbelägen gemäß der Norm ASTM D4060 zu bewerten. In der Norm heißt es jedoch: "Bei einigen Materialien können Abriebtests mit dem Taber Abraser aufgrund von Änderungen der Abriebeigenschaften des Rades während des Tests Schwankungen unterliegen. "1 Dies kann zu einer schlechten Reproduzierbarkeit der Testergebnisse führen und den Vergleich der von verschiedenen Labors gemeldeten Werte erschweren. Darüber hinaus wird bei den Taber-Abriebtests die Abriebfestigkeit als Gewichtsverlust bei einer bestimmten Anzahl von Abriebzyklen berechnet. Acryl-Urethan-Bodenfarben haben jedoch eine empfohlene Trockenschichtdicke von 37,5-50 μm2.

Der aggressive Abrieb durch den Taber Abraser kann die Acryl-Urethan-Beschichtung schnell abnutzen und zu einem Massenverlust des Substrats führen, was zu erheblichen Fehlern bei der Berechnung des Gewichtsverlusts der Farbe führt. Die Implantation von Schleifpartikeln in den Lack während des Abriebtests trägt ebenfalls zu Fehlern bei. Daher ist eine gut kontrollierte, quantifizierbare und zuverlässige Messung von entscheidender Bedeutung, um eine reproduzierbare Bewertung der Abnutzung des Lacks zu gewährleisten. Darüber hinaus ermöglicht der Kratztest den Anwendern, vorzeitige Klebstoff-/Kohäsionsfehler in realen Anwendungen zu erkennen.

MESSZIEL

In dieser Studie zeigen wir, dass NANOVEA Tribometer und mechanische Prüfgeräte ideal für die Bewertung und Qualitätskontrolle von industriellen Beschichtungen sind.

Mit dem NANOVEA Tribometer wird der Abnutzungsprozess von Acryl-Urethan-Fußbodenlacken mit verschiedenen Decklacken kontrolliert und überwacht simuliert. Mit Hilfe von Mikrokratztests wird die Belastung gemessen, die erforderlich ist, um ein kohäsives oder adhäsives Versagen des Lacks zu verursachen.

Kompaktes pneumatisches Tribometer T100
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NANOVEA PB1000

Das mechanische Prüfgerät mit großer Plattform

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TESTVORGANG

In dieser Studie werden vier handelsübliche Acrylbodenbeschichtungen auf Wasserbasis bewertet, die dieselbe Grundierung (Basecoat) und verschiedene Deckbeschichtungen mit derselben Rezeptur aufweisen, wobei die Additivmischungen zur Verbesserung der Haltbarkeit geringfügig geändert wurden. Diese vier Beschichtungen werden als Muster A, B, C und D bezeichnet.

ABNUTZUNGSTEST

Das NANOVEA Tribometer wurde zur Bewertung des tribologischen Verhaltens, z. B. des Reibungskoeffizienten (COF) und der Verschleißfestigkeit, eingesetzt. Eine SS440-Kugelspitze (Ø 6 mm, Sorte 100) wurde auf die getesteten Lacke aufgesetzt. Der COF wurde in situ aufgezeichnet. Die Verschleißrate K wurde nach der Formel K=V/(F×s)=A/(F×n) ermittelt, wobei V das verschlissene Volumen, F die Normallast, s die Gleitstrecke, A die Querschnittsfläche der Verschleißspur und n die Anzahl der Umdrehungen ist. Die Oberflächenrauheit und die Profile der Verschleißspuren wurden mit dem optischen Profilometer NANOVEA bewertet, und die Morphologie der Verschleißspuren wurde mit dem Lichtmikroskop untersucht.

PARAMETER DER VERSCHLEISSPRÜFUNG

NORMALE KRAFT

20 N

SPEED

15 m/min

TESTDAUER

100, 150, 300 und 800 Zyklen

SCRATCH TEST

Mit dem NANOVEA-Mechanikprüfgerät, das mit einer Rockwell-C-Diamantnadel (Radius 200 μm) ausgestattet ist, wurden die Lackproben im Micro Scratch Tester-Modus unter progressiver Belastung geritzt. Es wurden zwei Endbelastungen verwendet: 5 N Endlast zur Untersuchung der Ablösung der Farbe vom Primer und 35 N zur Untersuchung der Ablösung des Primers von den Metallsubstraten. Um die Reproduzierbarkeit der Ergebnisse zu gewährleisten, wurden an jeder Probe drei Tests unter denselben Bedingungen durchgeführt.

Panoramabilder der gesamten Kratzspuren wurden automatisch erstellt, und die kritischen Bruchstellen wurden von der Systemsoftware mit den aufgebrachten Lasten korreliert. Diese Softwarefunktion erleichtert es den Anwendern, die Kratzspuren jederzeit zu analysieren, anstatt die kritische Last unmittelbar nach den Kratztests unter dem Mikroskop bestimmen zu müssen.

SCRATCH-TEST-PARAMETER

LADUNGSTYPProgressiv
ANFANGSLADUNG0,01 mN
ENDLADUNG5 N / 35 N
LADUNGSVERFAHREN10 / 70 N/min
SCRATCH LENGTH3 mm
KREUZGESCHWINDIGKEIT, dx/dt6,0 mm/min
EINDRINGKÖRPERGEOMETRIE120º Kegel
INDENTER MATERIAL (Spitze)Diamant
RADIUS DER EINDRINGKÖRPERSPITZE200 μm

ERGEBNISSE DER VERSCHLEISSPRÜFUNG

An jeder Probe wurden vier Stift-auf-Scheibe-Verschleißtests mit unterschiedlichen Umdrehungszahlen (100, 150, 300 und 800 Zyklen) durchgeführt, um die Entwicklung des Verschleißes zu beobachten. Die Oberflächenmorphologie der Proben wurde mit einem berührungslosen NANOVEA 3D-Profiler gemessen, um die Oberflächenrauheit vor der Durchführung der Verschleißtests zu quantifizieren. Alle Proben wiesen eine vergleichbare Oberflächenrauhigkeit von etwa 1 μm auf, wie in ABBILDUNG 1 dargestellt. Die COF wurde während der Verschleißtests vor Ort aufgezeichnet, wie in ABBILDUNG 2 dargestellt. ABBILDUNG 4 zeigt die Entwicklung der Verschleißspuren nach 100, 150, 300 und 800 Zyklen, und ABBILDUNG 3 fasst die durchschnittliche Verschleißrate der verschiedenen Proben in den verschiedenen Phasen des Verschleißprozesses zusammen.

 

Im Vergleich zu einem COF-Wert von ~0,07 für die anderen drei Proben weist Probe A zu Beginn einen viel höheren COF-Wert von ~0,15 auf, der allmählich ansteigt und nach 300 Verschleißzyklen bei ~0,3 stabil wird. Ein solch hoher COF beschleunigt den Abnutzungsprozess und erzeugt eine beträchtliche Menge an Lackresten, wie in ABBILDUNG 4 zu sehen ist - die Deckschicht von Probe A wurde bereits bei den ersten 100 Umdrehungen entfernt. Wie in ABBILDUNG 3 dargestellt, weist Probe A die höchste Verschleißrate von ~5 μm2/N in den ersten 300 Zyklen auf, die aufgrund der besseren Verschleißfestigkeit des Metallsubstrats leicht auf ~3,5 μm2/N abnimmt. Die Deckschicht von Probe C beginnt nach 150 Verschleißzyklen zu versagen, wie in ABBILDUNG 4 dargestellt, was auch durch den Anstieg der COF in ABBILDUNG 2 angezeigt wird.

 

Im Vergleich dazu zeigen Probe B und Probe D verbesserte tribologische Eigenschaften. Probe B behält während des gesamten Tests einen niedrigen COF bei - der COF steigt leicht von ~0,05 auf ~0,1 an. Ein solcher Schmiereffekt erhöht die Verschleißfestigkeit erheblich - die Deckschicht bietet auch nach 800 Verschleißzyklen noch einen besseren Schutz als die darunter liegende Grundierung. Die niedrigste durchschnittliche Abnutzungsrate von nur ~0,77 μm2/N wird für Probe B bei 800 Zyklen gemessen. Die Deckschicht von Probe D beginnt sich nach 375 Zyklen abzulösen, wie der abrupte Anstieg der COF in ABBILDUNG 2 zeigt. Die durchschnittliche Verschleißrate von Probe D beträgt ~1,1 μm2/N bei 800 Zyklen.

 

Im Vergleich zu den herkömmlichen Taber-Abriebmessungen liefert das NANOVEA Tribometer gut kontrollierte, quantifizierbare und zuverlässige Verschleißbewertungen, die eine reproduzierbare Bewertung und Qualitätskontrolle von kommerziellen Boden-/Autolacken gewährleisten. Darüber hinaus ermöglicht die Fähigkeit der In-situ-COF-Messungen den Nutzern, die verschiedenen Stadien eines Verschleißprozesses mit der Entwicklung der COF zu korrelieren, was für die Verbesserung des grundlegenden Verständnisses des Verschleißmechanismus und der tribologischen Eigenschaften verschiedener Lackbeschichtungen entscheidend ist.

ABBILDUNG 1: 3D-Morphologie und Rauheit der Lackproben.

ABBILDUNG 2: COF während Pin-on-Disk-Tests.

ABBILDUNG 3: Entwicklung der Verschleißrate verschiedener Lacke.

ABBILDUNG 4: Entwicklung der Verschleißspuren während der Stift-Scheibe-Tests.

ERGEBNISSE DER VERSCHLEISSPRÜFUNG

ABBILDUNG 5 zeigt das Diagramm der Normalkraft, der Reibungskraft und der wahren Tiefe als Funktion der Kratzerlänge für Probe A als Beispiel. Ein optionales Schallemissionsmodul kann installiert werden, um weitere Informationen zu erhalten. Da die Normalkraft linear ansteigt, sinkt die Eindringspitze allmählich in die geprüfte Probe ein, was sich in der progressiven Zunahme der wahren Tiefe widerspiegelt. Die Veränderung der Steigung der Kurven für die Reibungskraft und die tatsächliche Tiefe kann als eine der Anzeichen für das Auftreten von Beschichtungsfehlern verwendet werden.

ABBILDUNG 5: Normalkraft, Reibungskraft und wahre Tiefe als Funktion der Kratzlänge für Kratztest von Probe A mit einer maximalen Belastung von 5 N.

ABBILDUNG 6 und ABBILDUNG 7 zeigen die vollständigen Kratzer aller vier getesteten Lackproben mit einer maximalen Belastung von 5 N bzw. 35 N. Probe D benötigte eine höhere Belastung von 50 N, um die Grundierung abzulösen. Die Kratztests bei 5 N Endlast (ABBILDUNG 6) bewerten das kohäsive/adhäsive Versagen des Decklacks, während die Kratztests bei 35 N (ABBILDUNG 7) die Delaminierung der Grundierung bewerten. Die Pfeile in den Schliffbildern zeigen den Punkt an, an dem die Deckschicht oder die Grundierung beginnt, sich vollständig von der Grundierung oder dem Substrat zu lösen. Die Belastung an diesem Punkt, die so genannte kritische Last (Critical Load, Lc), wird zum Vergleich der Kohäsions- oder Adhäsionseigenschaften der Farbe verwendet, wie in Tabelle 1 zusammengefasst.

 

Es ist offensichtlich, dass die Lackprobe D die beste Grenzflächenhaftung aufweist - mit den höchsten Lc-Werten von 4,04 N bei der Ablösung des Lacks und 36,61 N bei der Ablösung des Primers. Probe B weist die zweitbeste Kratzfestigkeit auf. Aus der Kratzanalyse geht hervor, dass die Optimierung der Lackrezeptur entscheidend für das mechanische Verhalten, genauer gesagt für die Kratzfestigkeit und die Haftungseigenschaften von Acrylbodenlacken ist.

Tabelle 1: Zusammenfassung der kritischen Belastungen.

ABBILDUNG 6: Mikroskopische Aufnahmen eines vollständigen Kratzers mit einer maximalen Belastung von 5 N.

ABBILDUNG 7: Mikroskopische Aufnahmen eines vollständigen Kratzers mit einer maximalen Belastung von 35 N.

SCHLUSSFOLGERUNG

Im Vergleich zu den herkömmlichen Taber-Abriebmessungen sind der NANOVEA Mechanical Tester und das Tribometer hervorragende Werkzeuge für die Bewertung und Qualitätskontrolle von kommerziellen Boden- und Automobilbeschichtungen. Der NANOVEA Mechanical Tester kann im Scratch-Modus Adhäsions-/Kohäsionsprobleme in einem Beschichtungssystem erkennen. Das NANOVEA Tribometer bietet eine gut kontrollierte, quantifizierbare und wiederholbare tribologische Analyse der Verschleißfestigkeit und des Reibungskoeffizienten der Beschichtungen.

 

Auf der Grundlage der umfassenden tribologischen und mechanischen Analysen der in dieser Studie getesteten wasserbasierten Acrylbodenbeschichtungen zeigen wir, dass Probe B die niedrigste COF- und Verschleißrate und die zweitbeste Kratzfestigkeit aufweist, während Probe D die beste Kratzfestigkeit und die zweitbeste Verschleißfestigkeit zeigt. Diese Bewertung ermöglicht es uns, den besten Kandidaten für die Anforderungen in verschiedenen Anwendungsumgebungen zu bewerten und auszuwählen.

 

Die Nano- und Mikromodule des NANOVEA-Mechanik-Testers beinhalten alle ISO- und ASTM-konforme Eindring-, Kratz- und Verschleißprüfungsmodi und bieten damit das breiteste Prüfspektrum für die Lackbewertung in einem einzigen Modul. Das NANOVEA Tribometer bietet präzise und wiederholbare Verschleiß- und Reibungstests mit ISO- und ASTM-konformen Rotations- und Linearmodi, wobei optionale Module für Hochtemperaturverschleiß, Schmierung und Tribokorrosion in einem vorintegrierten System erhältlich sind. Die unübertroffene Produktpalette von NANOVEA ist die ideale Lösung für die Bestimmung der gesamten Bandbreite mechanischer/tribologischer Eigenschaften von dünnen oder dicken, weichen oder harten Beschichtungen, Filmen und Substraten, einschließlich Härte, E-Modul, Bruchzähigkeit, Haftung, Verschleißfestigkeit und vielen anderen. Optional sind berührungslose optische NANOVEA-Profiler für die hochauflösende 3D-Darstellung von Kratzern und Verschleißspuren sowie für andere Oberflächenmessungen wie z. B. die Rauheit erhältlich.

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Messung der Kratzhärte mit einem mechanischen Prüfgerät

MESSUNG DER RITZHÄRTE

MIT EINEM MECHANISCHEN PRÜFGERÄT

Vorbereitet von

DUANJIE LI, PhD

EINFÜHRUNG

Im Allgemeinen wird mit Härteprüfungen die Widerstandsfähigkeit von Werkstoffen gegen dauerhafte oder plastische Verformung gemessen. Es gibt drei Arten von Härtemessungen: Ritzhärte, Eindrückhärte und Rückprallhärte. Die Ritzhärteprüfung misst die Widerstandsfähigkeit eines Materials gegen Kratzer und Abrieb durch Reibung mit einem scharfen Gegenstand1. Sie wurde ursprünglich von dem deutschen Mineralogen Friedrich Mohs im Jahr 1820 entwickelt und wird immer noch häufig zur Bewertung der physikalischen Eigenschaften von Mineralien verwendet2. Diese Prüfmethode ist auch auf Metalle, Keramiken, Polymere und beschichtete Oberflächen anwendbar.

Bei einer Ritzhärtemessung kratzt ein Diamantstift mit vorgegebener Geometrie unter einer konstanten Normalkraft und mit konstanter Geschwindigkeit entlang einer linearen Bahn in die Oberfläche eines Materials. Die durchschnittliche Breite des Kratzers wird gemessen und zur Berechnung der Ritzhärtezahl (HSP) verwendet. Diese Technik bietet eine einfache Lösung für die Skalierung der Härte verschiedener Materialien.

MESSZIEL

In dieser Studie wird das mechanische Prüfgerät NANOVEA PB1000 zur Messung der Ritzhärte verschiedener Metalle in Übereinstimmung mit ASTM G171-03 verwendet.

Gleichzeitig zeigt diese Studie die Fähigkeit des NANOVEA Mechanical Testers, Ritzhärtemessungen mit hoher Präzision und Reproduzierbarkeit durchzuführen.

NANOVEA

PB1000

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Nanoindenter und Kratzprüfgerät Nanovea PB1000

TESTBEDINGUNGEN

Mit dem mechanischen Prüfgerät NANOVEA PB1000 wurden Ritzhärtetests an drei polierten Metallen (Cu110, Al6061 und SS304) durchgeführt. Es wurde eine konische Diamantnadel mit einem Spitzenwinkel von 120° und einem Spitzenradius von 200 µm verwendet. Jede Probe wurde dreimal mit denselben Prüfparametern geritzt, um die Reproduzierbarkeit der Ergebnisse zu gewährleisten. Die Prüfparameter sind im Folgenden zusammengefasst. Vor und nach dem Ritztest wurde ein Profilscan bei einer geringen Normallast von 10 mN durchgeführt, um die Veränderung des Oberflächenprofils des Ritzens zu messen.

PRÜFPARAMETER

NORMALE KRAFT

10 N

TEMPERATUR

24°C (RT)

GLEITGESCHWINDIGKEIT

20 mm/min

GLEITSTRECKE

10 mm

ATMOSPHÄRE

Luft

ERGEBNISSE & DISKUSSION

Die Bilder der Kratzspuren von drei Metallen (Cu110, Al6061 und SS304) nach den Tests sind in ABBILDUNG 1 dargestellt, um die Kratzhärte der verschiedenen Materialien zu vergleichen. Die Mapping-Funktion der NANOVEA Mechanical Software wurde verwendet, um drei parallele Kratzspuren zu erzeugen, die unter den gleichen Bedingungen in einem automatisierten Protokoll getestet wurden. Die gemessene Ritzspurbreite und die berechnete Ritzhärtezahl (HSP) sind in TABELLE 1 zusammengefasst und verglichen. Die Metalle zeigen unterschiedliche Verschleißspurbreiten von 174, 220 und 89 µm für Al6061, Cu110 bzw. SS304, was zu einer berechneten HSP von 0,84, 0,52 und 3,2 GPa führt.

Zusätzlich zu der aus der Ritzspurbreite berechneten Ritzhärte wurden die Entwicklung des Reibungskoeffizienten (COF), der wahren Tiefe und der Schallemission während des Ritzhärtetests in situ aufgezeichnet. Die wahre Tiefe ist die Differenz zwischen der Eindringtiefe des Stiftes während des Kratztests und dem im Pre-Scan gemessenen Oberflächenprofil. Die COF, die wahre Tiefe und die Schallemission von Cu110 sind in ABBILDUNG 2 als Beispiel dargestellt. Diese Informationen geben Aufschluss über mechanische Fehler, die während des Kratzens auftreten, und ermöglichen es dem Benutzer, mechanische Defekte zu erkennen und das Kratzverhalten des geprüften Materials weiter zu untersuchen.

Die Ritzhärteprüfungen können innerhalb weniger Minuten mit hoher Präzision und Wiederholbarkeit durchgeführt werden. Im Vergleich zu herkömmlichen Eindringverfahren bietet die Ritzhärteprüfung in dieser Studie eine alternative Lösung für Härtemessungen, die für die Qualitätskontrolle und die Entwicklung neuer Werkstoffe nützlich ist.

Al6061

Cu110

SS304

ABBILDUNG 1: Mikroskopische Aufnahme der Kratzspuren nach dem Test (100-fache Vergrößerung).

 Breite der Kratzspur (μm)HSp (GPa)
Al6061174±110.84
Cu110220±10.52
SS30489±53.20

TABELLE 1: Zusammenfassung der Kratzspurbreite und der Kratzhärtezahl.

ABBILDUNG 2: Die Entwicklung des Reibungskoeffizienten, der wahren Tiefe und der akustischen Emissionen während des Ritzhärtetests an Cu110.

SCHLUSSFOLGERUNG

In dieser Studie haben wir die Leistungsfähigkeit des NANOVEA Mechanical Testers bei der Durchführung von Ritzhärtetests gemäß ASTM G171-03 unter Beweis gestellt. Neben der Beschichtungshaftung und der Kratzfestigkeit bietet der Kratztest bei konstanter Belastung eine alternative einfache Lösung für den Vergleich der Härte von Materialien. Im Gegensatz zu herkömmlichen Ritzhärteprüfgeräten bieten die NANOVEA Mechanical Tester optionale Module zur Überwachung der Entwicklung des Reibungskoeffizienten, der Schallemission und der wahren Tiefe in situ.

Die Nano- und Mikromodule eines NANOVEA-Mechanikprüfgeräts umfassen ISO- und ASTM-konforme Eindring-, Kratz- und Verschleißprüfungsmodi und bieten das breiteste und benutzerfreundlichste Prüfspektrum in einem einzigen System. Das unübertroffene Angebot von NANOVEA ist eine ideale Lösung für die Bestimmung der gesamten Bandbreite mechanischer Eigenschaften von dünnen oder dicken, weichen oder harten Beschichtungen, Filmen und Substraten, einschließlich Härte, E-Modul, Bruchzähigkeit, Haftung, Verschleißfestigkeit und vielen anderen.

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Titaniumnitrid-Beschichtung Kratztest

TITAN-NITRID-BESCHICHTUNG KRATZTEST

INSPEKTION DER QUALITÄTSKONTROLLE

Vorbereitet von

DUANJIE LI, PhD

EINFÜHRUNG

Die Kombination aus hoher Härte, hervorragender Verschleißfestigkeit, Korrosionsbeständigkeit und Inertheit macht Titannitrid (TiN) zu einer idealen Schutzschicht für Metallteile in verschiedenen Branchen. So kann beispielsweise die Kantenfestigkeit und Korrosionsbeständigkeit einer TiN-Beschichtung die Arbeitseffizienz erheblich steigern und die Lebensdauer von Werkzeugmaschinen wie Rasierklingen, Metallschneidern, Spritzgussformen und Sägen verlängern. Seine hohe Härte, Inertheit und Ungiftigkeit machen TiN zu einem hervorragenden Kandidaten für Anwendungen in medizinischen Geräten wie Implantaten und chirurgischen Instrumenten.

WICHTIGKEIT DER TiN-BESCHICHTUNG RATSCHPRÜFUNG

Eigenspannungen in PVD/CVD-Schutzbeschichtungen spielen eine entscheidende Rolle für die Leistungsfähigkeit und mechanische Integrität des beschichteten Bauteils. Die Eigenspannungen stammen aus mehreren Hauptquellen, darunter Wachstumsspannungen, thermische Gradienten, geometrische Beschränkungen und Betriebsbelastungen¹. Das Missverhältnis zwischen der thermischen Ausdehnung der Beschichtung und des Substrats, das während der Beschichtung bei hohen Temperaturen entsteht, führt zu hohen thermischen Restspannungen. Außerdem werden TiN-beschichtete Werkzeuge oft unter sehr hohen konzentrierten Belastungen eingesetzt, z. B. Bohrer und Lager. Die Entwicklung eines zuverlässigen Qualitätskontrollverfahrens zur quantitativen Prüfung der Kohäsions- und Adhäsionsfestigkeit von funktionalen Schutzschichten ist von entscheidender Bedeutung.

[1] V. Teixeira, Vakuum 64 (2002) 393-399.

MESSZIEL

In dieser Studie zeigen wir, dass die NANOVEA Mechanischen Prüfgeräte im Scratch-Modus ideal sind, um die Kohäsions-/Haftfestigkeit von TiN-Schutzschichten kontrolliert und quantitativ zu bewerten.

NANOVEA

PB1000

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Nanoindenter und Kratzprüfgerät Nanovea PB1000

TESTBEDINGUNGEN

Mit dem NANOVEA PB1000 Mechanikprüfgerät wurden Kratztests an drei TiN-Beschichtungen mit den gleichen Testparametern wie unten zusammengefasst durchgeführt:

LADEMODUS: Progressiv Linear

ANFANGSLADUNG

0.02 N

ENDLADUNG

10 N

LADUNGSVERFAHREN

20 N/min

SCRATCH LENGTH

5 mm

INDENTER-TYP

Sphäro-Kegel

Diamant, 20 μm Radius

ERGEBNISSE & DISKUSSION

ABBILDUNG 1 zeigt die aufgezeichnete Entwicklung der Eindringtiefe, des Reibungskoeffizienten (COF) und der Schallemission während des Tests. Die vollständigen Mikrokratzspuren auf den TiN-Proben sind in ABBILDUNG 2 dargestellt. Das Versagensverhalten bei verschiedenen kritischen Lasten ist in ABBILDUNG 3 dargestellt, wobei die kritische Last Lc1 als die Last definiert ist, bei der das erste Anzeichen eines kohäsiven Risses in der Kratzspur auftritt, Lc2 ist die Last, nach der wiederholte Abplatzungen auftreten, und Lc3 ist die Last, bei der die Beschichtung vollständig vom Substrat entfernt wird. Die kritischen Lastwerte (Lc) für die TiN-Beschichtungen sind in ABBILDUNG 4 zusammengefasst.

Die Entwicklung von Eindringtiefe, COF und Schallemission gibt Aufschluss über den Mechanismus des Versagens der Beschichtung in verschiedenen Stadien, die in dieser Studie durch die kritischen Belastungen dargestellt werden. Es ist zu beobachten, dass Probe A und Probe B während des Kratztests ein vergleichbares Verhalten zeigen. Der Stift dringt allmählich bis zu einer Tiefe von ~0,06 mm in die Probe ein, und der COF steigt allmählich auf ~0,3 an, während die Normallast zu Beginn des Kratztests linear ansteigt. Wenn die Lc1 von ~3,3 N erreicht wird, treten die ersten Anzeichen eines Abplatzens auf. Dies spiegelt sich auch in den ersten großen Ausschlägen im Diagramm von Eindringtiefe, COF und Schallemission wider. Wenn die Belastung weiter bis zu Lc2 von ~3,8 N ansteigt, kommt es zu weiteren Schwankungen bei Eindringtiefe, COF und Schallemission. Auf beiden Seiten der Kratzspur ist ein kontinuierlicher Abplatzungsschaden zu beobachten. Bei Lc3 löst sich die Beschichtung unter dem hohen Druck, den der Stift ausübt, vollständig vom Metallsubstrat ab, so dass das Substrat frei und ungeschützt ist.

Im Vergleich dazu weist Probe C in verschiedenen Phasen der Kratztests geringere kritische Belastungen auf, was sich auch in der Entwicklung der Eindringtiefe, des Reibungskoeffizienten (COF) und der Schallemission während des Kratztests widerspiegelt. Probe C besitzt eine Haftzwischenschicht mit geringerer Härte und höherer Spannung an der Grenzfläche zwischen der oberen TiN-Schicht und dem Metallsubstrat im Vergleich zu Probe A und Probe B.

Diese Studie zeigt, wie wichtig die richtige Substratunterstützung und Beschichtungsarchitektur für die Qualität des Beschichtungssystems ist. Eine stärkere Zwischenschicht kann Verformungen unter hoher externer Belastung und Konzentrationsstress besser widerstehen und somit die Kohäsions- und Haftfestigkeit des Beschichtungs-/Substratsystems verbessern.

ABBILDUNG 1: Entwicklung von Eindringtiefe, COF und Schallemission der TiN-Proben.

ABBILDUNG 2: Vollständige Kratzspur der TiN-Beschichtungen nach den Tests.

ABBILDUNG 3: Versagen der TiN-Beschichtung bei unterschiedlichen kritischen Belastungen, Lc.

ABBILDUNG 4: Zusammenfassung der kritischen Belastungswerte (Lc) für die TiN-Beschichtungen.

SCHLUSSFOLGERUNG

In dieser Studie haben wir gezeigt, dass der NANOVEA PB1000 Mechanik-Tester zuverlässige und genaue Kratztests an TiN-beschichteten Proben in einer kontrollierten und genau überwachten Weise durchführt. Kratzmessungen ermöglichen es den Anwendern, die kritische Belastung, bei der typische kohäsive und adhäsive Beschichtungen versagen, schnell zu identifizieren. Unsere Geräte sind hervorragende Qualitätskontrollinstrumente, mit denen die intrinsische Qualität einer Beschichtung und die Integrität der Grenzflächen eines Beschichtungs-/Substratsystems quantitativ geprüft und verglichen werden können. Eine Beschichtung mit einer geeigneten Zwischenschicht kann großen Verformungen unter hoher äußerer Belastung und Konzentrationsspannung widerstehen und die Kohäsions- und Haftfestigkeit eines Beschichtungs-/Substratsystems verbessern.

Die Nano- und Mikromodule eines NANOVEA-Mechanikprüfgeräts enthalten alle ISO- und ASTM-konforme Eindring-, Kratz- und Verschleißprüfungsmodi und bieten damit das breiteste und benutzerfreundlichste Prüfspektrum, das in einem einzigen System verfügbar ist. Das unübertroffene Angebot von NANOVEA ist eine ideale Lösung für die Bestimmung der gesamten Bandbreite mechanischer Eigenschaften von dünnen oder dicken, weichen oder harten Beschichtungen, Filmen und Substraten, einschließlich Härte, E-Modul, Bruchzähigkeit, Haftung, Verschleißfestigkeit und vielen anderen.

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Fraktographie-Analyse mit 3D-Profilometrie

FRAKTOGRAPHIE-ANALYSE

3D-PROFILOMETRIE VERWENDEN

Vorbereitet von

CRAIG LEISING

EINFÜHRUNG

Bei der Fraktografie handelt es sich um die Untersuchung von Merkmalen auf gebrochenen Oberflächen, die in der Vergangenheit mit dem Mikroskop oder dem SEM untersucht wurden. Je nach Größe des Merkmals wird für die Oberflächenanalyse ein Mikroskop (Makromerkmale) oder ein SEM (Nano- und Mikromerkmale) gewählt. Beide ermöglichen letztlich die Identifizierung der Art des Bruchmechanismus. Obwohl das Mikroskop effektiv ist, hat es klare Grenzen, und das REM ist in den meisten Fällen, abgesehen von der Analyse auf atomarer Ebene, für die Messung von Bruchoberflächen unpraktisch und nicht für einen breiteren Einsatz geeignet. Dank der Fortschritte in der optischen Messtechnik gilt das berührungslose NANOVEA 3D-Profilometer heute als das Instrument der Wahl, da es 2D- und 3D-Oberflächenmessungen im Nano- bis Makromaßstab ermöglicht.

BEDEUTUNG DES BERÜHRUNGSLOSEN 3D-PROFILOMETERS FÜR DIE BRUCHPRÜFUNG

Im Gegensatz zu einem SEM kann ein berührungsloses 3D-Profilometer nahezu jede Oberfläche und Probengröße mit minimaler Probenvorbereitung messen und bietet dabei bessere vertikale/horizontale Abmessungen als ein SEM. Mit einem Profilometer werden Merkmale im Nano- bis Makrobereich in einer einzigen Messung erfasst, ohne dass die Reflektivität der Probe eine Rolle spielt. Sie können problemlos jedes Material messen: transparent, undurchsichtig, spiegelnd, diffus, poliert, rau usw. Das berührungslose 3D-Profilometer bietet umfassende und benutzerfreundliche Funktionen zur Maximierung von Oberflächenbruchstudien zu einem Bruchteil der Kosten eines REM.

MESSZIEL

In dieser Anwendung wird das NANOVEA ST400 zur Messung der gebrochenen Oberfläche einer Stahlprobe verwendet. In dieser Studie werden wir eine 3D-Fläche, eine 2D-Profilextraktion und eine Richtungskarte der Oberfläche zeigen.

NANOVEA

ST400

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ERGEBNISSE

OBERFLÄCHE

3D-Oberflächentextur Richtung

Isotropie51.26%
Erste Richtung123.2º
Zweite Richtung116.3º
Dritte Richtung0.1725º

Oberfläche, Volumen, Rauheit und viele andere können automatisch aus dieser Extraktion berechnet werden.

2D-Profil-Extraktion

ERGEBNISSE

SEITENOBERFLÄCHE

3D-Oberflächentextur Richtung

Isotropie15.55%
Erste Richtung0.1617º
Zweite Richtung110.5º
Dritte Richtung171.5º

Oberfläche, Volumen, Rauheit und viele andere können automatisch aus dieser Extraktion berechnet werden.

2D-Profil-Extraktion

SCHLUSSFOLGERUNG

In dieser Anwendung haben wir gezeigt, wie das berührungslose 3D-Profilometer NANOVEA ST400 die gesamte Topografie (Nano-, Mikro- und Makromerkmale) einer gebrochenen Oberfläche präzise charakterisieren kann. Aus dem 3D-Bereich kann die Oberfläche eindeutig identifiziert werden, und Teilbereiche oder Profile/Querschnitte können schnell extrahiert und mit einer endlosen Liste von Oberflächenberechnungen analysiert werden. Oberflächenmerkmale im Subnanometerbereich können mit einem integrierten AFM-Modul weiter analysiert werden.

Darüber hinaus hat NANOVEA eine tragbare Version seines Profilometers entwickelt, die sich besonders für Feldstudien eignet, bei denen die Bruchfläche nicht bewegt werden kann. Mit dieser umfangreichen Liste von Oberflächenmessfunktionen war die Analyse von Bruchflächen noch nie so einfach und bequem mit einem einzigen Gerät.

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