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Kategorie: Profilometrie | Rauheit und Oberfläche

 

Analyse kugelgestrahlter Oberflächen

ANALYSE DER KUGELGESTRAHLTEN OBERFLÄCHE

VERWENDUNG DES BERÜHRUNGSLOSEN 3D-PROFILOMETERS

Vorbereitet von

CRAIG LEISING

EINFÜHRUNG

Beim Kugelstrahlen handelt es sich um einen Prozess, bei dem ein Substrat mit kugelförmigen Metall-, Glas- oder Keramikperlen – allgemein als „Schuss“ bezeichnet – mit einer Kraft bombardiert wird, die darauf abzielt, der Oberfläche Plastizität zu verleihen. Die Analyse der Eigenschaften vor und nach dem Strahlen liefert entscheidende Erkenntnisse zur Verbesserung des Prozessverständnisses und der Prozesskontrolle. Besonders hervorzuheben sind die Oberflächenrauheit und die Abdeckungsfläche der durch den Schuss hinterlassenen Grübchen.

Bedeutung des berührungslosen 3D-Profilometers für die Analyse kugelgestrahlter Oberflächen

Im Gegensatz zu herkömmlichen Kontaktprofilometern, die traditionell für die Analyse von kugelgestrahlten Oberflächen verwendet werden, liefert die berührungslose 3D-Messung ein vollständiges 3D-Bild, um ein umfassenderes Verständnis des Erfassungsbereichs und der Oberflächentopographie zu ermöglichen. Ohne 3D-Funktionen stützt sich eine Inspektion ausschließlich auf 2D-Informationen, die zur Charakterisierung einer Oberfläche nicht ausreichen. Das Verständnis der Topographie, des Abdeckungsbereichs und der Rauheit in 3D ist der beste Ansatz zur Steuerung oder Verbesserung des Strahlprozesses. NANOVEAs Berührungslose 3D-Profilometer Nutzen Sie die Chromatic Light-Technologie mit der einzigartigen Fähigkeit, steile Winkel auf bearbeiteten und gestrahlten Oberflächen zu messen. Wenn andere Techniken aufgrund von Sondenkontakt, Oberflächenschwankungen, Winkel oder Reflexionsvermögen keine zuverlässigen Daten liefern, sind NANOVEA-Profilometer außerdem erfolgreich.

MESSZIEL

In dieser Anwendung wird das berührungslose Profilometer NANOVEA ST400 zur Messung von Rohmaterial und zwei unterschiedlich gestrahlten Oberflächen für eine vergleichende Überprüfung verwendet. Es gibt eine endlose Liste von Oberflächenparametern, die nach dem 3D-Oberflächenscan automatisch berechnet werden können. Hier überprüfen wir die 3D-Oberfläche und wählen Bereiche von Interesse für die weitere Analyse aus, einschließlich der Quantifizierung und Untersuchung der Rauheit, Grübchen und Oberfläche.

NANOVEA

ST400

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profilometer berührungslos optisch 3d

DIE PROBE

ERGEBNISSE

STAHLOBERFLÄCHE

ISO 25178 3D-RAUHEITSPARAMETER

SA 0,399 μm Durchschnittliche Rauheit
Sq 0,516 μm RMS-Rauheit
Sz 5,686 μm Maximaler Abstand vom Gipfel zum Tal
Sp 2,976 μm Maximale Spitzenhöhe
Sv 2,711 μm Maximale Grubentiefe
Sku 3.9344 Kurtosis
Ssk -0.0113 Schrägheit
Sal 0,0028 mm Autokorrelationslänge
Str 0.0613 Textur-Seitenverhältnis
Sdar 26,539 mm² Oberfläche
Svk 0,589 μm Reduzierte Taltiefe
 

ERGEBNISSE

GESTRAHLTE OBERFLÄCHE 1

OBERFLÄCHENABDECKUNG
98.105%

ISO 25178 3D-RAUHEITSPARAMETER

Sa 4,102 μm Durchschnittliche Rauheit
Sq 5,153 μm RMS-Rauheit
Sz 44,975 μm Maximaler Abstand vom Gipfel zum Tal
Sp 24,332 μm Maximale Spitzenhöhe
Sv 20,644 μm Maximale Grubentiefe
Sku 3.0187 Kurtosis
Ssk 0.0625 Schrägheit
Sal 0,0976 mm Autokorrelationslänge
Str 0.9278 Textur-Seitenverhältnis
Sdar 29,451 mm² Oberfläche
Svk 5,008 μm Reduzierte Taltiefe

ERGEBNISSE

GESTRAHLTE OBERFLÄCHE 2

OBERFLÄCHENABDECKUNG 97.366%

ISO 25178 3D-RAUHEITSPARAMETER

Sa 4.330 μm Durchschnittliche Rauheit
Sq 5,455 μm RMS-Rauheit
Sz 54,013 μm Maximaler Abstand vom Gipfel zum Tal
Sp 25,908 μm Maximale Spitzenhöhe
Sv 28,105 μm Maximale Grubentiefe
Sku 3.0642 Kurtosis
Ssk 0.1108 Schrägheit
Sal 0,1034 mm Autokorrelationslänge
Str 0.9733 Textur-Seitenverhältnis
Sdar 29,623 mm² Oberfläche
Svk 5,167 μm Reduzierte Taltiefe

SCHLUSSFOLGERUNG

In dieser Anwendung zur kugelgestrahlten Oberflächenanalyse haben wir gezeigt, wie der NANOVEA ST400 3D Non-Contact Profiler sowohl die Topographie als auch die Nanometerdetails einer gestrahlten Oberfläche präzise charakterisiert. Es ist offensichtlich, dass sowohl Oberfläche 1 als auch Oberfläche 2 im Vergleich zum Rohmaterial einen erheblichen Einfluss auf alle hier angegebenen Parameter haben. Eine einfache visuelle Betrachtung der Bilder offenbart die Unterschiede zwischen den Oberflächen. Dies wird durch die Beobachtung des Abdeckungsbereichs und der aufgeführten Parameter weiter bestätigt. Im Vergleich zu Oberfläche 2 weist Oberfläche 1 eine geringere durchschnittliche Rauheit (Sa), flachere Dellen (Sv) und eine geringere Oberfläche (Sdar) auf, aber eine etwas größere Abdeckungsfläche.

Anhand dieser 3D-Oberflächenmessungen können interessierende Bereiche leicht identifiziert und einer umfassenden Reihe von Messungen unterzogen werden, darunter Rauheit, Oberflächenbeschaffenheit, Textur, Form, Topographie, Ebenheit, Verzug, Ebenheit, Volumen, Stufenhöhe und andere. Für eine detaillierte Analyse kann schnell ein 2D-Querschnitt ausgewählt werden. Diese Informationen ermöglichen eine umfassende Untersuchung gestrahlter Oberflächen unter Nutzung einer vollständigen Palette von Oberflächenmessressourcen. Spezifische Interessengebiete könnten mit einem integrierten AFM-Modul weiter untersucht werden. NANOVEA 3D-Profilometer bieten Geschwindigkeiten von bis zu 200 mm/s. Sie können in Bezug auf Größe, Geschwindigkeit und Scanfunktionen individuell angepasst werden und erfüllen sogar die Reinraumstandards der Klasse 1. Optionen wie Indexierförderer und Integration für Inline- oder Online-Nutzung sind ebenfalls verfügbar.

Ein besonderer Dank geht an Herrn Hayden vom IMF für die Bereitstellung der in dieser Notiz gezeigten Probe. Industrial Metal Finishing Inc. | indmetfin.com

Morphologie der Lackoberfläche

MORPHOLOGIE DER LACKOBERFLÄCHE

AUTOMATISCHE ÜBERWACHUNG DER ENTWICKLUNG IN ECHTZEIT
MIT NANOVEA 3D PROFILOMETER

Vorbereitet von

DUANJIE LI, PhD

EINFÜHRUNG

Die schützenden und dekorativen Eigenschaften von Lacken spielen in einer Vielzahl von Branchen eine wichtige Rolle, z. B. in der Automobil-, Marine-, Militär- und Bauindustrie. Um die gewünschten Eigenschaften wie Korrosionsbeständigkeit, UV-Schutz und Abriebfestigkeit zu erreichen, werden Lackrezepturen und -strukturen sorgfältig analysiert, modifiziert und optimiert.

BEDEUTUNG DES BERÜHRUNGSLOSEN 3D-PROFILOMETERS FÜR DIE ANALYSE DER OBERFLÄCHENMORPHOLOGIE TROCKNENDER FARBEN

Farbe wird in der Regel in flüssiger Form aufgetragen und durchläuft einen Trocknungsprozess, bei dem die Lösungsmittel verdampfen und sich die flüssige Farbe in einen festen Film verwandelt. Während des Trocknungsprozesses verändert die Lackoberfläche allmählich ihre Form und Textur. Durch die Verwendung von Additiven, die die Oberflächenspannung und die Fließeigenschaften des Lacks verändern, können verschiedene Oberflächenbeschaffenheiten und Texturen entwickelt werden. Im Falle einer schlecht formulierten Lackrezeptur oder einer unsachgemäßen Oberflächenbehandlung kann es jedoch zu unerwünschten Lackoberflächenfehlern kommen.

Eine genaue In-situ-Überwachung der Farboberflächenmorphologie während der Trocknungsperiode kann direkte Einblicke in den Trocknungsmechanismus liefern. Darüber hinaus ist die Echtzeitentwicklung von Oberflächenmorphologien eine sehr nützliche Information für verschiedene Anwendungen, beispielsweise beim 3D-Druck. Die NANOVEA Berührungslose 3D-Profilometer Messen Sie die Farboberflächenmorphologie von Materialien, ohne die Probe zu berühren, und vermeiden Sie Formveränderungen, die durch Kontakttechnologien wie einen gleitenden Stift verursacht werden können.

MESSZIEL

In dieser Anwendung wird das berührungslose Profilometer NANOVEA ST500, das mit einem optischen Hochgeschwindigkeits-Zeilensensor ausgestattet ist, zur Überwachung der Morphologie der Lackoberfläche während der einstündigen Trocknungszeit eingesetzt. Wir zeigen die Fähigkeit des berührungslosen Profilometers NANOVEA zur automatisierten Echtzeit-3D-Profilmessung von Materialien mit kontinuierlicher Formveränderung.

NANOVEA

ST500

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ERGEBNISSE & DISKUSSION

Die Farbe wurde auf die Oberfläche eines Metallblechs aufgetragen, woraufhin sofort automatische Messungen der Morphologieentwicklung der trocknenden Farbe in situ mit dem berührungslosen Profilometer NANOVEA ST500 durchgeführt wurden, das mit einem Hochgeschwindigkeits-Zeilensensor ausgestattet ist. Ein Makro wurde programmiert, um die 3D-Oberflächenmorphologie in bestimmten Zeitintervallen automatisch zu messen und aufzuzeichnen: 0, 5, 10, 20, 30, 40, 50 und 60 Minuten. Dieses automatisierte Scanverfahren ermöglicht es den Benutzern, Scanaufgaben automatisch auszuführen, indem sie festgelegte Verfahren nacheinander ablaufen lassen, was den Aufwand, die Zeit und mögliche Benutzerfehler im Vergleich zu manuellen Tests oder wiederholten Scans erheblich reduziert. Diese Automatisierung erweist sich als äußerst nützlich für Langzeitmessungen, bei denen mehrere Scans in unterschiedlichen Zeitabständen durchgeführt werden.

Der optische Zeilensensor erzeugt eine helle Linie, die aus 192 Punkten besteht, wie in ABBILDUNG 1 dargestellt. Diese 192 Lichtpunkte tasten die Probenoberfläche gleichzeitig ab, was die Scangeschwindigkeit erheblich erhöht. Dadurch wird sichergestellt, dass jeder 3D-Scan schnell abgeschlossen wird, um wesentliche Oberflächenveränderungen während jedes einzelnen Scans zu vermeiden.

ABBILDUNG 1: Optischer Zeilensensor, der die Oberfläche der trocknenden Farbe abtastet.

Die Falschfarbenansicht, die 3D-Ansicht und das 2D-Profil der Topografie der trocknenden Farbe zu repräsentativen Zeitpunkten sind in ABBILDUNG 2, ABBILDUNG 3 bzw. ABBILDUNG 4 dargestellt. Die Falschfarben in den Bildern erleichtern die Erkennung von Merkmalen, die nicht ohne weiteres zu erkennen sind. Unterschiedliche Farben stehen für Höhenunterschiede in verschiedenen Bereichen der Probenoberfläche. Die 3D-Ansicht ist ein ideales Hilfsmittel für den Benutzer, um die Lackoberfläche aus verschiedenen Blickwinkeln zu betrachten. Während der ersten 30 Minuten des Tests wechseln die Falschfarben auf der Lackoberfläche allmählich von wärmeren zu kühleren Tönen, was auf eine fortschreitende Abnahme der Höhe in diesem Zeitraum hindeutet. Dieser Prozess verlangsamt sich, wie die leichte Farbveränderung beim Vergleich des Lacks nach 30 und 60 Minuten zeigt.

Die durchschnittliche Probenhöhe und die Rauheit Sa in Abhängigkeit von der Trocknungszeit des Lacks sind in ABBILDUNG 5 dargestellt. Die vollständige Rauheitsanalyse des Lacks nach 0, 30 und 60 Minuten Trocknungszeit ist in TABELLE 1 aufgeführt. Es ist zu beobachten, dass die durchschnittliche Höhe der Lackoberfläche in den ersten 30 Minuten der Trocknungszeit rasch von 471 auf 329 µm abnimmt. Die Oberflächentextur entwickelt sich gleichzeitig mit dem Verdampfen des Lösungsmittels, was zu einem Anstieg des Rauhigkeitswertes Sa von 7,19 auf 22,6 µm führt. Danach verlangsamt sich der Lacktrocknungsprozess, was zu einer allmählichen Abnahme der Probenhöhe und des Sa-Wertes auf 317 µm bzw. 19,6 µm nach 60 Minuten führt.

Diese Studie unterstreicht die Fähigkeiten des berührungslosen NANOVEA 3D-Profilometers bei der Überwachung der 3D-Oberflächenveränderungen der trocknenden Farbe in Echtzeit, was wertvolle Einblicke in den Trocknungsprozess der Farbe ermöglicht. Durch die Messung der Oberflächenmorphologie ohne Berührung der Probe vermeidet das Profilometer Formveränderungen der ungetrockneten Farbe, wie sie bei Kontakttechnologien wie dem gleitenden Taststift auftreten können. Dieser berührungslose Ansatz gewährleistet eine genaue und zuverlässige Analyse der Oberflächenmorphologie der trocknenden Farbe.

ABBILDUNG 2: Entwicklung der Oberflächenmorphologie der trocknenden Farbe zu verschiedenen Zeitpunkten.

ABBILDUNG 3: 3D-Ansicht der Entwicklung der Lackoberfläche bei verschiedenen Trocknungszeiten.

ABBILDUNG 4: 2D-Profil über der Lackprobe nach verschiedenen Trocknungszeiten.

ABBILDUNG 5: Entwicklung der durchschnittlichen Probenhöhe und des Rauhigkeitswerts Sa in Abhängigkeit von der Trocknungszeit des Lacks.

ISO 25178

Trocknungszeit (min) 0 5 10 20 30 40 50 60
Sq (µm) 7.91 9.4 10.8 20.9 22.6 20.6 19.9 19.6
Sku 26.3 19.8 14.6 11.9 10.5 9.87 9.83 9.82
Sp (µm) 97.4 105 108 116 125 118 114 112
Sv (µm) 127 70.2 116 164 168 138 130 128
Sz (µm) 224 175 224 280 294 256 244 241
Sa (µm) 4.4 5.44 6.42 12.2 13.3 12.2 11.9 11.8

Sq - Wurzel-Mittel-Quadrat-Höhe | Sku - Kurtosis | Sp - Maximale Peakhöhe | Sv - Maximale Grubenhöhe | Sz - Maximale Höhe | Sv - Arithmetisches Mittel der Höhe

TABELLE 1: Rauheit der Farbe bei unterschiedlichen Trocknungszeiten.

SCHLUSSFOLGERUNG

In dieser Anwendung haben wir die Fähigkeiten des berührungslosen 3D-Profilometers NANOVEA ST500 bei der Überwachung der Entwicklung der Oberflächenmorphologie von Lacken während des Trocknungsprozesses demonstriert. Der optische Hochgeschwindigkeits-Zeilensensor, der eine Linie mit 192 Lichtpunkten erzeugt, die die Probenoberfläche gleichzeitig abtasten, hat die Untersuchung zeitsparend gemacht und gleichzeitig eine unübertroffene Genauigkeit gewährleistet.

Die Makrofunktion der Erfassungssoftware ermöglicht die Programmierung automatischer Messungen der 3D-Oberflächenmorphologie in situ, was besonders für Langzeitmessungen mit mehreren Scans in bestimmten Zeitintervallen nützlich ist. Dies reduziert den Zeit- und Arbeitsaufwand sowie das Potenzial für Benutzerfehler erheblich. Die fortschreitenden Veränderungen der Oberflächenmorphologie werden kontinuierlich überwacht und in Echtzeit aufgezeichnet, während die Farbe trocknet, was wertvolle Einblicke in den Trocknungsmechanismus der Farbe ermöglicht.

Die hier gezeigten Daten stellen nur einen Bruchteil der in der Analysesoftware verfügbaren Berechnungen dar. NANOVEA Profilometer sind in der Lage, praktisch jede Oberfläche zu messen, egal ob sie transparent, dunkel, reflektierend oder undurchsichtig ist.

 

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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

Oberflächenfehler an Produkten entstehen durch Materialverarbeitung und Produktherstellung. Die Inline-Oberflächenqualitätsprüfung gewährleistet eine strengste Qualitätskontrolle der Endprodukte. NANOVEA Berührungslose optische 3D-Profiler Nutzen Sie die Chromatic Light-Technologie 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. Der von der Analysesoftware in Echtzeit berechnete Rauheitsschwellenwert dient als schnelles und zuverlässiges Gut/Schlecht-Instrument.

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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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 Touch Probes oder Interferometrie bietet die NANOVEA Berührungsloses 3D-ProfilometerMithilfe des axialen Chromatismus kann nahezu jede Oberfläche gemessen werden, die Probengröße kann aufgrund der offenen Bereitstellung stark variieren und es ist keine Probenvorbereitung erforderlich. Der Nano- bis Makrobereich wird während der Oberflächenprofilmessung ohne Einfluss des Probenreflexionsvermögens oder der Probenabsorption erzielt, verfügt über eine erweiterte Fähigkeit zur Messung großer Oberflächenwinkel und es gibt keine Softwaremanipulation der Ergebnisse. Messen Sie ganz einfach jedes Material: transparent, undurchsichtig, spiegelnd, diffus, poliert, rau usw. Die 2D- und 2D-Funktionen der tragbaren NANOVEA-Profilometer machen sie zu idealen Instrumenten für die vollständige Inspektion von Schweißoberflächen sowohl im Labor als auch vor Ort.

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 ist die Kratzertest ermöglicht es den Benutzern, vorzeitige Klebstoff-/Kohäsionsfehler in realen Anwendungen zu erkennen.

MESSZIEL

In dieser Studie stellen wir NANOVEA vor Tribometer und Mechanische Prüfgeräte eignen sich ideal zur Bewertung und Qualitätskontrolle von Industriebeschichtungen.

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. Reibungskoeffizient, COF und Verschleißfestigkeit, eingesetzt. Auf die getesteten Lacke wurde eine SS440-Kugelspitze (Durchmesser 6 mm, Güteklasse 100) aufgetragen. Der COF wurde vor Ort aufgezeichnet. Die Verschleißrate K wurde mithilfe der Formel K=V/(F×s)=A/(F×n) bewertet, wobei V das verschlissene Volumen, F die normale Belastung, s die Gleitstrecke und A ist die Querschnittsfläche der Verschleißspur und n ist die Anzahl der Umdrehungen. Oberflächenrauheit und Verschleißspurprofile wurden von NANOVEA bewertet Optisches Profilometerund die Morphologie der Verschleißspuren wurde mit einem optischen Mikroskop 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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Fraktographie-Analyse mit 3D-Profilometrie

FRAKTOGRAPHIE-ANALYSE

3D-PROFILOMETRIE VERWENDEN

Vorbereitet von

CRAIG LEISING

EINFÜHRUNG

Unter Fraktographie versteht man die Untersuchung von Merkmalen auf gebrochenen Oberflächen und wurde in der Vergangenheit mittels Mikroskop oder REM untersucht. Abhängig von der Größe des Merkmals werden für die Oberflächenanalyse ein Mikroskop (Makromerkmale) oder ein REM (Nano- und Mikromerkmale) ausgewählt. Beides ermöglicht letztlich die Identifizierung des Frakturmechanismustyps. Obwohl das Mikroskop effektiv ist, weist es klare Einschränkungen auf, und das REM ist in den meisten Fällen, abgesehen von der Analyse auf atomarer Ebene, für die Messung von Bruchflächen unpraktisch und verfügt nicht über eine breitere Einsatzmöglichkeit. Mit Fortschritten in der optischen Messtechnik ist das NANOVEA Berührungsloses 3D-Profilometer gilt heute als das Instrument der Wahl, da es in der Lage ist, 2D- und 3D-Oberflächenmessungen im Nano- bis Makromaßstab durchzuführen

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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Polymerriemenverschleiß und Reibung mit einem Tribometer

POLYMER-GURTE

Abnutzung und Reibung mit einem TRIBOMETER

Vorbereitet von

DUANJIE LI, PhD

EINFÜHRUNG

Riemenantriebe übertragen Leistung und verfolgen die Relativbewegung zwischen zwei oder mehr rotierenden Wellen. Als einfache und kostengünstige Lösung mit minimalem Wartungsaufwand sind Riemenantriebe in einer Vielzahl von Anwendungen weit verbreitet, z. B. bei Bügelsägen, Sägewerken, Dreschmaschinen, Silogebläsen und Förderanlagen. Riemenantriebe können die Maschinen vor Überlast schützen sowie Schwingungen dämpfen und isolieren.

BEDEUTUNG DER VERSCHLEISSBEWERTUNG FÜR RIEMENANTRIEBE

Reibung und Verschleiß sind für die Riemen in einer riemengetriebenen Maschine unvermeidlich. Eine ausreichende Reibung sorgt für eine effektive Kraftübertragung ohne Schlupf, aber eine übermäßige Reibung kann den Riemen schnell verschleißen. Während des Betriebs des Riemenantriebs treten verschiedene Arten von Verschleiß auf, wie Ermüdung, Abrieb und Reibung. Um die Lebensdauer des Riemens zu verlängern und die Kosten und den Zeitaufwand für die Reparatur und den Austausch des Riemens zu senken, ist eine zuverlässige Bewertung des Verschleißverhaltens der Riemen wünschenswert, um die Lebensdauer des Riemens, die Produktionseffizienz und die Anwendungsleistung zu verbessern. Die genaue Messung des Reibungskoeffizienten und der Verschleißrate des Riemens erleichtert die Forschung und Entwicklung sowie die Qualitätskontrolle der Riemenproduktion.

Pneumatisches Tribometer für hohe Belastungen

MESSZIEL

In dieser Studie haben wir das Verschleißverhalten von Riemen mit unterschiedlichen Oberflächenstrukturen simuliert und verglichen, um die Leistungsfähigkeit des Systems zu demonstrieren. NANOVEA T2000 Tribometer bei der kontrollierten und überwachten Simulation des Verschleißprozesses des Riemens.

NANOVEA

T2000

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PRÜFVERFAHREN

Der Reibungskoeffizient (COF) und die Verschleißfestigkeit von zwei Riemen mit unterschiedlicher Oberflächenrauheit und -struktur wurden mit dem NANOVEA Hohe Belastung Tribometer unter Verwendung des linear hin- und hergehenden Verschleißmoduls. Als Gegenmaterial wurde eine Kugel aus Stahl 440 (10 mm Durchmesser) verwendet. Die Oberflächenrauheit und die Verschleißspur wurden mit einem integrierten Prüfgerät untersucht Berührungsloses 3D-Profilometer. Die Verschleißrate, Kwurde anhand der folgenden Formel bewertet K=Vl(Fxs), wobei V ist das abgenutzte Volumen, F ist die Normalbelastung und s ist die Gleitstrecke.

 

Bitte beachten Sie, dass in dieser Studie eine glatte 440er Stahlkugel als Beispiel verwendet wurde. Jedes feste Material mit unterschiedlichen Formen und Oberflächenbeschaffenheiten kann mit Hilfe spezieller Vorrichtungen verwendet werden, um die tatsächliche Anwendungssituation zu simulieren.

ERGEBNISSE & DISKUSSION

Der strukturierte Gürtel und der glatte Gürtel haben eine Oberflächenrauhigkeit Ra von 33,5 bzw. 8,7 um, wie aus den analysierten Oberflächenprofilen hervorgeht, die mit einer NANOVEA Berührungsloser optischer 3D-Profiler. Der COF und die Verschleißrate der beiden getesteten Riemen wurden bei 10 N bzw. 100 N gemessen, um das Verschleißverhalten der Riemen bei unterschiedlichen Belastungen zu vergleichen.

ABBILDUNG 1 zeigt die Entwicklung des COF der Riemen während der Verschleißtests. Die Riemen mit unterschiedlichen Texturen weisen ein deutlich unterschiedliches Verschleißverhalten auf. Interessanterweise erreicht der strukturierte Riemen nach der Einlaufphase, in der der COF allmählich ansteigt, einen niedrigeren COF von ~0,5 in beiden Tests, die mit einer Last von 10 N und 100 N durchgeführt wurden. Im Vergleich dazu weist der glatte Riemen, der mit einer Last von 10 N getestet wurde, einen deutlich höheren COF von ~1,4 auf, wenn der COF stabil wird, und bleibt für den Rest des Tests über diesem Wert. Der mit einer Belastung von 100 N getestete Glattriemen wurde durch die Stahlkugel 440 schnell verschlissen und bildete eine große Verschleißspur. Der Test wurde daher bei 220 Umdrehungen abgebrochen.

ABBILDUNG 1: Entwicklung des COF der Riemen bei unterschiedlichen Belastungen.

ABBILDUNG 2 vergleicht die 3D-Verschleißspurenbilder nach den Tests mit 100 N. Das berührungslose 3D-Profilometer NANOVEA bietet ein Werkzeug zur Analyse der detaillierten Morphologie der Verschleißspuren, das weitere Einblicke in das grundlegende Verständnis des Verschleißmechanismus ermöglicht.

TABELLE 1: Ergebnis der Analyse der Verschleißspuren.

ABBILDUNG 2:  3D-Ansicht der beiden Bänder
nach den Tests bei 100 N.

Das 3D-Verschleißspurprofil ermöglicht eine direkte und genaue Bestimmung des von der fortschrittlichen Analysesoftware berechneten Verschleißspurvolumens, wie in TABELLE 1 dargestellt. Bei einem Verschleißtest mit 220 Umdrehungen weist der Glattriemen eine viel größere und tiefere Verschleißspur mit einem Volumen von 75,7 mm3 auf, während das Verschleißvolumen des Strukturriemens nach einem Verschleißtest mit 600 Umdrehungen 14,0 mm3 beträgt. Die deutlich höhere Reibung des Glattriemens an der Stahlkugel führt zu einer 15-fach höheren Verschleißrate im Vergleich zum strukturierten Riemen.

 

Ein solch drastischer Unterschied der COF zwischen dem strukturierten und dem glatten Gürtel hängt möglicherweise mit der Größe der Kontaktfläche zwischen dem Gürtel und der Stahlkugel zusammen, was auch zu ihrem unterschiedlichen Verschleißverhalten führt. ABBILDUNG 3 zeigt die Verschleißspuren der beiden Riemen unter dem Lichtmikroskop. Die Untersuchung der Verschleißspuren stimmt mit der Beobachtung der COF-Entwicklung überein: Der strukturierte Gurt, der einen niedrigen COF von ~0,5 aufweist, zeigt nach dem Verschleißtest bei einer Belastung von 10 N keine Anzeichen von Verschleiß. Der glatte Gurt zeigt eine kleine Verschleißspur bei 10 N. Die Verschleißtests bei 100 N erzeugen sowohl auf dem strukturierten als auch auf dem glatten Gurt wesentlich größere Verschleißspuren, und die Verschleißrate wird anhand von 3D-Profilen berechnet, wie im folgenden Abschnitt erläutert wird.

ABBILDUNG 3:  Abnutzungsspuren unter dem Lichtmikroskop.

SCHLUSSFOLGERUNG

In dieser Studie haben wir die Fähigkeit des NANOVEA T2000 Tribometers aufgezeigt, den Reibungskoeffizienten und die Verschleißrate von Riemen kontrolliert und quantitativ zu bestimmen. Die Oberflächentextur spielt eine entscheidende Rolle für die Reibung und den Verschleißwiderstand der Riemen während ihres Einsatzes. Der strukturierte Riemen weist einen stabilen Reibungskoeffizienten von ~0,5 auf und besitzt eine lange Lebensdauer, was zu einem geringeren Zeit- und Kostenaufwand für die Reparatur oder den Austausch von Werkzeugen führt. Die übermäßige Reibung des glatten Riemens an der Stahlkugel führt dagegen zu einer schnellen Abnutzung des Riemens. Außerdem ist die Belastung des Riemens ein entscheidender Faktor für seine Lebensdauer. Eine Überlastung erzeugt eine sehr hohe Reibung, die zu einem beschleunigten Verschleiß des Riemens führt.

Das NANOVEA T2000 Tribometer bietet präzise und wiederholbare Verschleiß- und Reibungstests mit ISO- und ASTM-konformen Rotations- und Linearmodi, mit optionalen Modulen für Hochtemperaturverschleiß, Schmierung und Tribokorrosion in einem vorintegrierten System. NANOVEAs unmatched ist die ideale Lösung für die Bestimmung der gesamten Bandbreite tribologischer Eigenschaften von dünnen oder dicken, weichen oder harten Beschichtungen, Filmen und Substraten.

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Fossiles Mikrogefüge mit 3D-Profilometrie

FOSSILES GEFÜGE

3D-PROFILOMETRIE VERWENDEN

Vorbereitet von

DUANJIE LI, PhD

EINFÜHRUNG

Fossilien sind die konservierten Überreste von Pflanzen, Tieren und anderen Organismen, die im Sediment unter alten Meeren, Seen und Flüssen vergraben sind. Das weiche Körpergewebe zerfällt normalerweise nach dem Tod, aber die harten Schalen, Knochen und Zähne versteinern. Mikrostrukturelle Oberflächenmerkmale bleiben oft erhalten, wenn die ursprünglichen Schalen und Knochen durch Mineralien ersetzt werden, was Aufschluss über die Entwicklung der Witterung und den Entstehungsmechanismus der Fossilien gibt.

BEDEUTUNG EINES BERÜHRUNGSLOSEN 3D-PROFILOMETERS FÜR DIE UNTERSUCHUNG VON FOSSILIEN

3D-Profile des Fossils ermöglichen es uns, die detaillierten Oberflächenmerkmale der Fossilprobe aus einem näheren Blickwinkel zu betrachten. Die hohe Auflösung und Genauigkeit des NANOVEA-Profilometers sind mit bloßem Auge möglicherweise nicht erkennbar. Die Analysesoftware des Profilometers bietet eine breite Palette von Studien, die auf diese einzigartigen Oberflächen anwendbar sind. Im Gegensatz zu anderen Techniken wie Touch Probes bietet der NANOVEA Berührungsloses 3D-Profilometer Misst die Oberflächenmerkmale, ohne die Probe zu berühren. Dies ermöglicht die Erhaltung der wahren Oberflächenmerkmale bestimmter empfindlicher Fossilienproben. Darüber hinaus ermöglicht das tragbare Profilometer Modell Jr25 3D-Messungen an Fossilienstandorten, was die Fossilanalyse und den Schutz nach der Ausgrabung erheblich erleichtert.

MESSZIEL

In dieser Studie wird das NANOVEA Jr25 Profilometer verwendet, um die Oberfläche von zwei repräsentativen Fossilienproben zu messen. Die gesamte Oberfläche jedes Fossils wurde gescannt und analysiert, um die Oberflächenmerkmale zu charakterisieren, darunter Rauheit, Kontur und Texturrichtung.

NANOVEA

Jr25

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FOSSIL EINES BRACHIOPODEN

Die erste fossile Probe, die in diesem Bericht vorgestellt wird, ist ein Brachiopod-Fossil, das von einem Meerestier stammt, das an der Ober- und Unterseite harte "Klappen" (Schalen) hat. Sie traten erstmals im Kambrium auf, das heißt vor mehr als 550 Millionen Jahren.

Die 3D-Ansicht des Scans ist in ABBILDUNG 1 und die Falschfarbenansicht in ABBILDUNG 2 dargestellt. 

ABBILDUNG 1: 3D-Ansicht der fossilen Brachiopodenprobe.

ABBILDUNG 2: Falschfarbenansicht der fossilen Brachiopodenprobe.

Die Gesamtform wurde dann von der Oberfläche entfernt, um die lokale Oberflächenmorphologie und -kontur des Brachiopodenfossils zu untersuchen (siehe ABBILDUNG 3). Auf dem Brachiopoden-Fossil ist nun eine eigentümliche, divergierende Rillentextur zu beobachten.

ABBILDUNG 3: Falschfarbenansicht und Konturlinienansicht nach dem Entfernen der Form.

Aus dem strukturierten Bereich wird ein Linienprofil extrahiert, um eine Querschnittsansicht der fossilen Oberfläche zu zeigen (ABBILDUNG 4). Die Stufenhöhenstudie misst die genauen Abmessungen der Oberflächenmerkmale. Die Rillen weisen eine durchschnittliche Breite von ~0,38 mm und eine Tiefe von ~0,25 mm auf.

ABBILDUNG 4: Studien zum Linienprofil und zur Stufenhöhe der strukturierten Oberfläche.

SEELILIENSTAMM-FOSSIL

Bei der zweiten fossilen Probe handelt es sich um ein Stammfossil einer Seelilie. Stachelhäuter tauchten erstmals in den Meeren des mittleren Kambriums auf, etwa 300 Millionen Jahre vor den Dinosauriern. 

 

Die 3D-Ansicht des Scans ist in ABBILDUNG 5 und die Falschfarbenansicht in ABBILDUNG 6 dargestellt. 

ABBILDUNG 5: 3D-Ansicht der fossilen Crinoidenprobe.

Die Isotropie der Oberflächentextur und die Rauheit des Crinoiden-Stammfossils werden in ABBILDUNG 7 analysiert. 

 Dieses Fossil weist eine bevorzugte Texturrichtung in einem Winkel nahe 90° auf, was zu einer Isotropie der Textur von 69% führt.

ABBILDUNG 6: Falschfarbenansicht des Stiel einer Seelilie Probe.

 

ABBILDUNG 7: Isotropie der Oberflächentextur und Rauheit des Stammfossils der Crinoide.

Das 2D-Profil entlang der axialen Richtung des Crinoiden-Stammfossils ist in ABBILDUNG 8 dargestellt. 

Die Größe der Spitzen der Oberflächentextur ist ziemlich einheitlich.

ABBILDUNG 8: 2D-Profilanalyse des Crinoiden-Stammfossils.

SCHLUSSFOLGERUNG

In dieser Anwendung haben wir die 3D-Oberflächenmerkmale eines fossilen Brachiopoden- und Crinoidenstamms mit dem tragbaren berührungslosen Profilometer NANOVEA Jr25 umfassend untersucht. Wir zeigen, dass das Gerät die 3D-Morphologie der fossilen Proben präzise charakterisieren kann. Die interessanten Oberflächenmerkmale und Texturen der Proben werden dann weiter analysiert. Die Brachiopodenprobe weist eine divergente Rillentextur auf, während das Crinoidenstammfossil eine bevorzugte Texturisotropie zeigt. Die detaillierten und präzisen 3D-Oberflächenscans erweisen sich als ideale Werkzeuge für Paläontologen und Geologen, um die Entwicklung des Lebens und die Entstehung von Fossilien zu untersuchen.

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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Bearbeitete Lederoberfläche mit 3D-Profilometrie

VERARBEITETES LEDER

OBERFLÄCHENGÜTE MIT 3D-PROFILOMETRIE

Vorbereitet von

CRAIG LEISING

EINFÜHRUNG

Sobald der Gerbungsprozess einer Lederhaut abgeschlossen ist, kann die Lederoberfläche verschiedenen Veredelungsprozessen unterzogen werden, um eine Vielfalt von Aussehen und Haptik zu erzielen. Zu diesen mechanischen Verfahren gehören Dehnen, Schwabbeln, Schleifen, Prägen, Beschichten usw. Je nach Verwendungszweck des Leders kann eine präzisere, kontrollierte und wiederholbare Bearbeitung erforderlich sein.

BEDEUTUNG DER PROFILOMETRISCHEN PRÜFUNG FÜR FORSCHUNG UND ENTWICKLUNG UND QUALITÄTSKONTROLLE

Aufgrund der großen Schwankungen und der Unzuverlässigkeit visueller Inspektionsmethoden können Werkzeuge, die in der Lage sind, mikro- und nanoskalige Merkmale genau zu quantifizieren, die Lederzurichtungsverfahren verbessern. Das Verständnis der Oberflächenbeschaffenheit von Leder in einem quantifizierbaren Sinne kann zu einer verbesserten datengesteuerten Auswahl der Oberflächenbearbeitung führen, um optimale Ergebnisse zu erzielen. NANOVEA 3D Berührungslos Profilometer nutzen die chromatisch konfokale Technologie zur Messung fertiger Lederoberflächen und bieten die höchste Wiederholbarkeit und Genauigkeit auf dem Markt. Wo andere Techniken aufgrund von Sondenkontakt, Oberflächenvariationen, Winkeln, Absorption oder Reflektivität keine zuverlässigen Daten liefern, sind die NANOVEA Profilometer erfolgreich.

MESSZIEL

In dieser Anwendung wird das NANOVEA ST400 zur Messung und zum Vergleich der Oberflächenbeschaffenheit von zwei unterschiedlichen, aber eng bearbeiteten Lederproben eingesetzt. Mehrere Oberflächenparameter werden automatisch aus dem Oberflächenprofil berechnet.

Hier konzentrieren wir uns auf die Oberflächenrauhigkeit, die Grübchentiefe, den Grübchenabstand und den Grübchendurchmesser für eine vergleichende Bewertung.

NANOVEA

ST400

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ERGEBNISSE: PROBE 1

ISO 25178

HÖHENPARAMETER

ANDERE 3D-PARAMETER

ERGEBNISSE: STICHPROBE 2

ISO 25178

HÖHENPARAMETER

ANDERE 3D-PARAMETER

TIEFENKOMPARATIV

Tiefenverteilung für jede Probe.
Eine große Anzahl tiefer Grübchen wurde beobachtet in BEISPIEL 1.

TONHÖHE VERGLEICHEND

Abstand zwischen den Vertiefungen auf BEISPIEL 1 ist etwas kleiner
als BEISPIEL 2aber beide haben eine ähnliche Verteilung

 MITTLERER DURCHMESSER VERGLEICHEND

Ähnliche Verteilungen des mittleren Durchmessers der Grübchen,
mit BEISPIEL 1 mit durchschnittlich etwas kleineren Durchmessern.

SCHLUSSFOLGERUNG

In dieser Anwendung haben wir gezeigt, wie das NANOVEA ST400 3D-Profilometer die Oberflächenbeschaffenheit von verarbeitetem Leder präzise charakterisieren kann. In dieser Studie konnten wir dank der Möglichkeit, Oberflächenrauheit, Grübchentiefe, Grübchenabstand und Grübchendurchmesser zu messen, Unterschiede zwischen der Oberfläche und der Qualität der beiden Proben quantifizieren, die bei einer visuellen Inspektion möglicherweise nicht offensichtlich sind.

Insgesamt gab es keine sichtbaren Unterschiede im Aussehen der 3D-Scans zwischen PROBE 1 und PROBE 2. In der statistischen Analyse gibt es jedoch einen klaren Unterschied zwischen den beiden Proben. PROBE 1 enthält im Vergleich zu PROBE 2 eine größere Anzahl von Grübchen mit kleineren Durchmessern, größerer Tiefe und geringerem Abstand zwischen den Grübchen.

Bitte beachten Sie, dass zusätzliche Studien verfügbar sind. Spezielle Bereiche von Interesse können mit einem integrierten AFM- oder Mikroskop-Modul weiter analysiert werden. Die Geschwindigkeiten des NANOVEA 3D-Profilometers reichen von 20 mm/s bis 1 m/s für Labor- oder Forschungszwecke, um den Anforderungen der Hochgeschwindigkeitsprüfung gerecht zu werden.

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Organische Oberflächentopographie mit tragbarem 3D-Profilometer

ORGANISCHE OBERFLÄCHENTOPOGRAPHIE

MIT TRAGBAREM 3D-PROFILOMETER

Vorbereitet von

CRAIG LEISING

EINFÜHRUNG

Die Natur ist zu einer wichtigen Inspirationsquelle für die Entwicklung verbesserter Oberflächenstrukturen geworden. Das Verständnis der in der Natur vorkommenden Oberflächenstrukturen hat u. a. zu Studien über die Adhäsion von Geckofüßen, über die Widerstandsfähigkeit von Seegurken und über die Abstoßung von Blättern geführt. Diese Oberflächen haben eine Reihe potenzieller Anwendungen, von der Biomedizin bis hin zu Kleidung und Automobilen. Damit diese bahnbrechenden Oberflächen erfolgreich sein können, müssen Herstellungstechniken entwickelt werden, mit denen die Oberflächeneigenschaften nachgeahmt und reproduziert werden können. Dieser Prozess muss identifiziert und kontrolliert werden.

BEDEUTUNG EINES TRAGBAREN BERÜHRUNGSLOSEN OPTISCHEN 3D-PROFILERS FÜR ORGANISCHE OBERFLÄCHEN

Der NANOVEA Jr25 Portable nutzt die Chromatic Light-Technologie Optischer Profiler verfügt über eine hervorragende Fähigkeit, nahezu jedes Material zu messen. Dazu gehören die einzigartigen und steilen Winkel sowie die reflektierenden und absorbierenden Oberflächen, die in der breiten Palette an Oberflächeneigenschaften der Natur zu finden sind. Berührungslose 3D-Messungen liefern ein vollständiges 3D-Bild, um ein umfassenderes Verständnis der Oberflächenmerkmale zu ermöglichen. Ohne 3D-Fähigkeiten würde die Identifizierung natürlicher Oberflächen ausschließlich auf 2D-Informationen oder Mikroskopaufnahmen beruhen, die nicht genügend Informationen liefern, um die untersuchte Oberfläche richtig nachzubilden. Das Verständnis des gesamten Spektrums der Oberflächeneigenschaften, einschließlich Textur, Form, Abmessung und vielem mehr, ist für eine erfolgreiche Fertigung von entscheidender Bedeutung.

Die Möglichkeit, vor Ort auf einfache Weise Ergebnisse in Laborqualität zu erhalten, öffnet die Tür für neue Forschungsmöglichkeiten.

MESSZIEL

Bei dieser Anwendung ist die NANOVEA Jr25 wird verwendet, um die Oberfläche eines Blattes zu messen. Es gibt eine endlose Liste von Oberflächenparametern, die nach dem 3D-Oberflächenscan automatisch berechnet werden können.

Hier werden wir die 3D-Oberfläche überprüfen und wählen
Bereiche von Interesse, die weiter analysiert werden sollen, darunter
Quantifizierung und Untersuchung der Oberflächenrauhigkeit, der Kanäle und der Topografie

NANOVEA

JR25

TESTBEDINGUNGEN

PFEILTIEFE

Mittlere Dichte der Furchen: 16,471 cm/cm2
Mittlere Tiefe der Furchen: 97,428 μm
Maximale Tiefe: 359,769 μm

SCHLUSSFOLGERUNG

In dieser Anwendung haben wir gezeigt, wie die NANOVEA Der tragbare, berührungslose optische 3D-Profiler Jr25 kann sowohl die Topografie als auch die Details im Nanometerbereich einer Blattoberfläche im Feld präzise charakterisieren. Anhand dieser 3D-Oberflächenmessungen können Bereiche von Interesse schnell identifiziert und dann mit einer Liste von endlosen Studien analysiert werden (Abmessung, Rauheit, Textur, Form, Topographie, Ebenheit, Verzug, Ebenheit, Volumen, Stufenhöhe und andere). Ein 2D-Querschnitt kann leicht ausgewählt werden, um weitere Details zu analysieren. Mit diesen Informationen können organische Oberflächen mit einem kompletten Satz von Oberflächenmessmitteln umfassend untersucht werden. Spezielle Bereiche von Interesse können mit dem integrierten AFM-Modul auf Tischmodellen weiter analysiert werden.

NANOVEA bietet auch tragbare Hochgeschwindigkeitsprofilometer für die Feldforschung und eine breite Palette von Laborsystemen an und erbringt Labordienstleistungen.

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