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Archivos mensuales: agosto 2023

Análisis de superficies granalladas

ANÁLISIS DE SUPERFICIES GRANALLADAS

UTILIZANDO UN PERFILÓMETRO 3D SIN CONTACTO

Preparado por

CRAIG LEISING

INTRODUCCIÓN

El shot peening es un proceso en el que un sustrato se bombardea con perlas esféricas de metal, vidrio o cerámica -comúnmente denominadas "granalla"- a una fuerza destinada a inducir plasticidad en la superficie. El análisis de las características antes y después del granallado proporciona información crucial para mejorar la comprensión y el control del proceso. La rugosidad de la superficie y el área de cobertura de los hoyuelos dejados por la granalla son aspectos de especial interés.

Importancia del perfilómetro 3D sin contacto para el análisis de superficies de granallado

A diferencia de los perfilómetros de contacto tradicionales, que se han utilizado tradicionalmente para el análisis de superficies granalladas, la medición 3D sin contacto proporciona una imagen 3D completa para ofrecer una comprensión más exhaustiva del área de cobertura y la topografía de la superficie. Sin capacidades 3D, una inspección se basará únicamente en información 2D, que es insuficiente para caracterizar una superficie. Comprender la topografía, el área de cobertura y la rugosidad en 3D es el mejor enfoque para controlar o mejorar el proceso de peening. NANOVEA Perfilómetros 3D sin contacto utilizan la tecnología de luz cromática con una capacidad única para medir ángulos pronunciados que se encuentran en superficies mecanizadas y granalladas. Además, cuando otras técnicas no proporcionan datos fiables debido al contacto de la sonda, la variación de la superficie, el ángulo o la reflectividad, los perfilómetros NANOVEA lo consiguen.

OBJETIVO DE MEDICIÓN

En esta aplicación, el perfilómetro sin contacto NANOVEA ST400 se utiliza para medir el material en bruto y dos superficies granalladas de forma diferente para una revisión comparativa. Hay una lista interminable de parámetros de superficie que se pueden calcular automáticamente después de la exploración de la superficie 3D. Aquí, revisaremos la superficie 3D y seleccionaremos las áreas de interés para su posterior análisis, incluyendo la cuantificación e investigación de la rugosidad, los hoyuelos y el área superficial.

NANOVEA

ST400

SABER MÁS
perfilómetro sin contacto óptico 3d

LA MUESTRA

RESULTADOS

SUPERFICIE DE ACERO

ISO 25178 PARÁMETROS DE ROUGNESS 3D

SA 0,399 μm Rugosidad media
Sq 0,516 μm Rugosidad RMS
Sz 5,686 μm Máximo de pico a valle
Sp 2,976 μm Altura máxima del pico
Sv 2,711 μm Profundidad máxima de la fosa
Código 3.9344 Kurtosis
Ssk -0.0113 Skewness
Sal 0,0028 mm Longitud de autocorrelación
Str 0.0613 Relación de aspecto de la textura
Sdar 26,539 mm² Superficie
Svk 0,589 μm Reducción de la profundidad del valle
 

RESULTADOS

SUPERFICIE GRANALLADA 1

COBERTURA SUPERFICIAL
98.105%

ISO 25178 PARÁMETROS DE ROUGNESS 3D

Sa 4,102 μm Rugosidad media
Sq 5,153 μm Rugosidad RMS
Sz 44,975 μm Máximo de pico a valle
Sp 24,332 μm Altura máxima del pico
Sv 20,644 μm Profundidad máxima de la fosa
Código 3.0187 Kurtosis
Ssk 0.0625 Skewness
Sal 0,0976 mm Longitud de autocorrelación
Str 0.9278 Relación de aspecto de la textura
Sdar 29,451 mm² Superficie
Svk 5,008 μm Reducción de la profundidad del valle

RESULTADOS

SUPERFICIE GRANALLADA 2

COBERTURA SUPERFICIAL 97.366%

ISO 25178 PARÁMETROS DE ROUGNESS 3D

Sa 4,330 μm Rugosidad media
Sq 5,455 μm Rugosidad RMS
Sz 54,013 μm Máximo de pico a valle
Sp 25,908 μm Altura máxima del pico
Sv 28,105 μm Profundidad máxima de la fosa
Código 3.0642 Kurtosis
Ssk 0.1108 Skewness
Sal 0,1034 mm Longitud de autocorrelación
Str 0.9733 Relación de aspecto de la textura
Sdar 29,623 mm² Superficie
Svk 5,167 μm Reducción de la profundidad del valle

CONCLUSIÓN

En esta aplicación de análisis de superficies granalladas, hemos demostrado cómo el perfilómetro 3D sin contacto NANOVEA ST400 caracteriza con precisión tanto la topografía como los detalles nanométricos de una superficie granallada. Es evidente que tanto la superficie 1 como la superficie 2 tienen un impacto significativo en todos los parámetros reportados aquí en comparación con el material en bruto. Un simple examen visual de las imágenes revela las diferencias entre las superficies. Esto se confirma observando el área de cobertura y los parámetros enumerados. En comparación con la superficie 2, la superficie 1 presenta una rugosidad media inferior (Sa), abolladuras menos profundas (Sv) y un área de superficie reducida (Sdar), pero un área de cobertura ligeramente superior.

A partir de estas mediciones de superficie en 3D, las áreas de interés pueden identificarse fácilmente y someterse a una amplia gama de mediciones, como Rugosidad, Acabado, Textura, Forma, Topografía, Planitud, Alabeo, Planaridad, Volumen, Paso-Altura y otras. Se puede elegir rápidamente una sección transversal 2D para realizar un análisis detallado. Esta información permite una investigación exhaustiva de las superficies granalladas, utilizando una gama completa de recursos de medición de superficies. Las áreas específicas de interés pueden examinarse más a fondo con un módulo AFM integrado. Los perfilómetros NANOVEA 3D ofrecen velocidades de hasta 200 mm/s. Se pueden personalizar en términos de tamaño, velocidades, capacidades de escaneado e incluso pueden cumplir las normas de Sala Limpia de Clase 1. También están disponibles opciones como el transportador de indexación y la integración para uso en línea o en línea.

Un agradecimiento especial al Sr. Hayden de IMF por facilitarnos la muestra que aparece en esta nota. Industrial Metal Finishing Inc. | indmetfin.com

Morfología de la superficie de la pintura

MORFOLOGÍA DE LA SUPERFICIE DE LA PINTURA

SEGUIMIENTO AUTOMATIZADO DE LA EVOLUCIÓN EN TIEMPO REAL
USO DEL PERFILÓMETRO NANOVEA 3D

Preparado por

DUANJIE LI, Doctor

INTRODUCCIÓN

Las propiedades protectoras y decorativas de la pintura desempeñan un papel importante en diversos sectores, como el de la automoción, el naval, el militar y el de la construcción. Para conseguir las propiedades deseadas, como resistencia a la corrosión, protección UV y resistencia a la abrasión, las fórmulas y arquitecturas de la pintura se analizan, modifican y optimizan cuidadosamente.

IMPORTANCIA DEL PERFILÓMETRO 3D SIN CONTACTO PARA EL ANÁLISIS DE LA MORFOLOGÍA SUPERFICIAL DE LA PINTURA DE SECADO

La pintura suele aplicarse en forma líquida y se somete a un proceso de secado, que implica la evaporación de disolventes y la transformación de la pintura líquida en una película sólida. Durante el proceso de secado, la superficie de la pintura cambia progresivamente de forma y textura. Se pueden conseguir diferentes acabados y texturas superficiales utilizando aditivos para modificar la tensión superficial y las propiedades de fluidez de la pintura. Sin embargo, en los casos de una receta de pintura mal formulada o un tratamiento inadecuado de la superficie, pueden producirse fallos no deseados en la superficie de la pintura.

La monitorización precisa in situ de la morfología de la superficie de la pintura durante el periodo de secado puede proporcionar información directa sobre el mecanismo de secado. Además, la evolución en tiempo real de las morfologías superficiales es una información muy útil en diversas aplicaciones, como la impresión 3D. El sistema NANOVEA Perfilómetros 3D sin contacto medir la morfología de la superficie pictórica de los materiales sin tocar la muestra, evitando cualquier alteración de la forma que puedan provocar las tecnologías de contacto, como un palpador deslizante.

OBJETIVO DE MEDICIÓN

En esta aplicación, el perfilómetro sin contacto NANOVEA ST500, equipado con un sensor óptico de línea de alta velocidad, se utiliza para monitorizar la morfología de la superficie de la pintura durante su periodo de secado de 1 hora. Mostramos la capacidad del perfilómetro sin contacto NANOVEA para proporcionar mediciones automatizadas de perfiles 3D en tiempo real de materiales con cambio continuo de forma.

NANOVEA

ST500

SABER MÁS

RESULTADOS Y DEBATE

La pintura se aplicó sobre la superficie de una chapa metálica, seguida inmediatamente de mediciones automatizadas de la evolución de la morfología de la pintura en secado in situ utilizando el perfilómetro sin contacto NANOVEA ST500 equipado con un sensor de línea de alta velocidad. Se había programado una macro para medir y registrar automáticamente la morfología 3D de la superficie a intervalos de tiempo específicos: 0, 5, 10, 20, 30, 40, 50 y 60 min. Este procedimiento de escaneado automatizado permite a los usuarios realizar tareas de escaneado automáticamente ejecutando procedimientos establecidos en secuencia, lo que reduce significativamente el esfuerzo, el tiempo y los posibles errores del usuario en comparación con las pruebas manuales o los escaneados repetidos. Esta automatización resulta extremadamente útil para mediciones a largo plazo que implican múltiples exploraciones a diferentes intervalos de tiempo.

El sensor óptico de línea genera una línea brillante formada por 192 puntos, como se muestra en la FIGURA 1. Estos 192 puntos luminosos escanean simultáneamente la superficie de la muestra, lo que aumenta significativamente la velocidad de escaneado. Esto garantiza que cada escaneado 3D se complete rápidamente para evitar cambios sustanciales en la superficie durante cada escaneado individual.

FIGURA 1: Sensor óptico de líneas que escanea la superficie de la pintura en secado.

La vista en falso color, la vista en 3D y el perfil en 2D de la topografía de la pintura secándose en momentos representativos se muestran en la FIGURA 2, FIGURA 3 y FIGURA 4, respectivamente. El falso color en las imágenes facilita la detección de características que no son fácilmente discernibles. Los diferentes colores representan variaciones de altura en diferentes áreas de la superficie de la muestra. La vista 3D proporciona una herramienta ideal para que los usuarios observen la superficie de la pintura desde diferentes ángulos. Durante los primeros 30 minutos de la prueba, los falsos colores de la superficie de la pintura cambian gradualmente de tonos más cálidos a tonos más fríos, lo que indica una disminución progresiva de la altura con el paso del tiempo en este periodo. Este proceso se ralentiza, como demuestra el leve cambio de color al comparar la pintura a los 30 y 60 minutos.

Los valores de la altura media de la muestra y de la rugosidad Sa en función del tiempo de secado de la pintura se representan en la FIGURA 5. El análisis completo de la rugosidad de la pintura después de 0, 30 y 60 min de tiempo de secado se enumeran en la TABLA 1. Puede observarse que la altura media de la superficie de la pintura disminuye rápidamente de 471 a 329 µm en los primeros 30 min de tiempo de secado. La textura de la superficie se desarrolla al mismo tiempo que se vaporiza el disolvente, lo que provoca un aumento del valor Sa de la rugosidad de 7,19 a 22,6 µm. El proceso de secado de la pintura se ralentiza a partir de entonces, lo que provoca una disminución gradual de la altura de la muestra y del valor Sa hasta 317 µm y 19,6 µm, respectivamente, a los 60 min.

Este estudio pone de relieve las capacidades del perfilómetro 3D sin contacto NANOVEA para monitorizar en tiempo real los cambios de la superficie 3D de la pintura en proceso de secado, proporcionando información valiosa sobre el proceso de secado de la pintura. Al medir la morfología de la superficie sin tocar la muestra, el perfilómetro evita introducir alteraciones de forma en la pintura sin secar, lo que puede ocurrir con tecnologías de contacto como el palpador deslizante. Este enfoque sin contacto garantiza un análisis preciso y fiable de la morfología de la superficie de la pintura en proceso de secado.

FIGURA 2: Evolución de la morfología de la superficie de la pintura en secado a diferentes tiempos.

FIGURA 3: Vista en 3D de la evolución de la superficie de la pintura a diferentes tiempos de secado.

FIGURA 4: Perfil 2D de la muestra de pintura tras diferentes tiempos de secado.

FIGURA 5: Evolución de la altura media de la muestra y del valor de rugosidad Sa en función del tiempo de secado de la pintura.

ISO 25178

Tiempo de secado (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
Código 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 - Altura media cuadrática | Sku - Kurtosis | Sp - Altura máxima del pico | Sv - Altura máxima del foso | Sz - Altura máxima | Sv - Altura media aritmética

TABLA 1: Rugosidad de la pintura a diferentes tiempos de secado.

CONCLUSIÓN

En esta aplicación, hemos mostrado las capacidades del perfilómetro 3D sin contacto NANOVEA ST500 para supervisar la evolución de la morfología de la superficie de la pintura durante el proceso de secado. El sensor óptico de línea de alta velocidad, que genera una línea con 192 puntos de luz que escanean la superficie de la muestra simultáneamente, ha hecho que el estudio sea eficiente en cuanto al tiempo, al tiempo que garantiza una precisión inigualable.

La función macro del software de adquisición permite programar mediciones automatizadas de la morfología de la superficie 3D in situ, por lo que resulta especialmente útil para mediciones a largo plazo que impliquen múltiples exploraciones a intervalos de tiempo específicos. Reduce significativamente el tiempo, el esfuerzo y los posibles errores del usuario. Los cambios progresivos en la morfología de la superficie se supervisan continuamente y se registran en tiempo real a medida que se seca la pintura, lo que proporciona información valiosa sobre el mecanismo de secado de la pintura.

Los datos mostrados aquí representan sólo una fracción de los cálculos disponibles en el software de análisis. Los perfilómetros NANOVEA son capaces de medir prácticamente cualquier superficie, ya sea transparente, oscura, reflectante u opaca.

 

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