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CONTACTO

Category: Profilometry Testing

 

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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Cartografía de desgaste progresivo de pavimentos mediante tribómetro

Mapa de desgaste progresivo del suelo

Uso del tribómetro con perfilómetro integrado

Preparado por

FRANK LIU

INTRODUCCIÓN

Los materiales de los suelos están diseñados para ser duraderos, pero a menudo sufren el desgaste de actividades cotidianas como el movimiento y el uso de muebles. Para garantizar su longevidad, la mayoría de los tipos de suelos tienen una capa protectora que resiste los daños. Sin embargo, el grosor y la durabilidad de la capa de desgaste varían en función del tipo de flooring y del nivel de traffic de los pies. Además, las distintas capas dentro de la estructura del revestimiento, como los recubrimientos UV, las capas decorativas y el esmalte, tienen distintos índices de desgaste. Ahí es donde entra en juego el mapeo progresivo del desgaste. Utilizando el tribómetro NANOVEA T2000 con un Profilómetro 3D sin contactoGracias a la investigación, es posible realizar un seguimiento preciso y un análisis del rendimiento y la longevidad de los materiales de los sistemas de agarre. Al proporcionar información detallada sobre el comportamiento ante el desgaste de los distintos materiales de los sistemas de agarre, los científicos y los profesionales técnicos pueden tomar decisiones más fundamentadas a la hora de seleccionar y diseñar nuevos sistemas de agarre.

IMPORTANCIA DE LA CARTOGRAFÍA DEL DESGASTE PROGRESIVO DE LOS PANELES DE SUELO

Los ensayos de suelos se han centrado tradicionalmente en la tasa de desgaste de una muestra para determinar su durabilidad frente al desgaste. Sin embargo, el mapeo progresivo del desgaste permite analizar la tasa de desgaste de la muestra a lo largo de la prueba, lo que proporciona información valiosa sobre su comportamiento frente al desgaste. Este análisis en profundidad permite establecer correlaciones entre los datos de fricción y la tasa de desgaste, lo que puede identificar las causas fundamentales del desgaste. Cabe señalar que las tasas de desgaste no son constantes a lo largo de las pruebas de desgaste. Por lo tanto, la observación de la progresión del desgaste proporciona una evaluación más precisa del desgaste de la muestra. Más allá de los métodos de ensayo tradicionales, la adopción de la cartografía de desgaste progresivo ha contribuido a importantes avances en el campo de los ensayos de suelos.

El tribómetro NANOVEA T2000 con perfilómetro 3D sin contacto integrado es una solución innovadora para pruebas de desgaste y mediciones de pérdida de volumen. Su capacidad para moverse con precisión entre el perno y el perfilómetro garantiza la fiabilidad de los resultados al eliminar cualquier desviación en el radio o la ubicación de la pista de desgaste. Pero eso no es todo: las funciones avanzadas del perfilómetro 3D sin contacto permiten realizar mediciones de superficies a alta velocidad, reduciendo el tiempo de exploración a unos segundos. Con capacidad para aplicar cargas de hasta 2.000 N y alcanzar velocidades de giro de hasta 5.000 rpm, el NANOVEA T2000 Tribómetro ofrece versatilidad y precisión en el proceso de evaluación. Está claro que este equipo desempeña un papel vital en la cartografía del desgaste progresivo.

 

FIGURA 1: Montaje de la muestra antes de la prueba de desgaste (izquierda) y perfilometría de la huella de desgaste tras la prueba de desgaste (derecha).

OBJETIVO DE MEDICIÓN

Se realizaron pruebas de mapeo de desgaste progresivo en dos tipos de materiales para suelos: piedra y madera. Cada muestra se sometió a un total de 7 ciclos de prueba, con duraciones de prueba crecientes de 2, 4, 8, 20, 40, 60 y 120 s, lo que permitió comparar el desgaste a lo largo del tiempo. Después de cada ciclo de prueba, se perfiló la pista de desgaste utilizando el perfilómetro sin contacto NANOVEA 3D. A partir de los datos recogidos por el perfilómetro, se puede analizar el volumen del agujero y la tasa de desgaste utilizando las funciones integradas en el software NANOVEA Tribometer o nuestro software de análisis de superficies, Mountains.

NANOVEA

T2000

SABER MÁS
tribómetro
muestras de ensayo de cartografía de desgaste madera y piedra

 LAS MUESTRAS 

PARÁMETROS DE LA PRUEBA DE CARTOGRAFÍA DE DESGASTE

CARGAR40 N
DURACIÓN DE LA PRUEBAvaría
VELOCIDAD200 rpm
RADIUS10 mm
DISTANCIAvaría
MATERIAL DE LA BOLACarburo de tungsteno
DIÁMETRO DE LA BOLA10 mm

La duración de la prueba utilizada en los 7 ciclos fue 2, 4, 8, 20, 40, 60 y 120 segundosrespectivamente. Las distancias recorridas fueron 0,40, 0,81, 1,66, 4,16, 8,36, 12,55 y 25,11 metros.

RESULTADOS DE LA CARTOGRAFÍA DEL DESGASTE

SUELOS DE MADERA

Ciclo de pruebasCOF máximoMín 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

 

ORIENTACIÓN RADIAL

Ciclo de pruebasPérdida de volumen total (µm3Distancia total
Recorrido (m)		Índice de desgaste
(mm/Nm) x10-5		Índice de desgaste instantáneo
(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
índice de desgaste progresivo de la madera frente a la distancia total

FIGURA 2: Índice de desgaste frente a la distancia total recorrida (izquierda)
e índice de desgaste instantáneo frente al ciclo de ensayo (derecha) para suelos de madera.

cartografía del desgaste progresivo del suelo de madera

FIGURA 3: Gráfico COF y vista 3D de la huella de desgaste de la prueba #7 en suelo de madera.

mapa de desgaste perfil extraído

FIGURA 4: Análisis transversal de la pista de desgaste de madera del ensayo #7

mapeo progresivo del desgaste análisis de volumen y área

FIGURA 5: Análisis de volumen y área de la huella de desgaste en la muestra de madera Ensayo #7.

Para conocer todos los resultados, haga clic aquí.

RESULTADOS DE LA CARTOGRAFÍA DEL DESGASTE

SUELO DE PIEDRA

Ciclo de pruebasCOF máximoMín 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

 

ORIENTACIÓN RADIAL

Ciclo de pruebasPérdida de volumen total (µm3Distancia total
Recorrido (m)		Índice de desgaste
(mm/Nm) x10-5		Índice de desgaste instantáneo
(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
índice de desgaste de los suelos de piedra en función de la distancia
tabla de desgaste instantáneo de los suelos de piedra

FIGURA 6: Índice de desgaste frente a la distancia total recorrida (izquierda)
e índice de desgaste instantáneo frente al ciclo de ensayo (derecha) para suelos de piedra.

suelo de piedra 3d perfil de la pista de desgaste

FIGURA 7: Gráfico COF y vista 3D de la huella de desgaste de la prueba #7 sobre pavimento de piedra.

suelo de piedra mapeo de desgaste progresivo perfil extraído
suelo de piedra perfil extraído profundidad y altura máximas área del agujero y pico

FIGURA 8: Análisis transversal de la huella de desgaste de piedra de la prueba #7.

análisis volumétrico de la cartografía de desgaste progresivo de los suelos de madera

FIGURA 9: Análisis de volumen y área de la huella de desgaste en la muestra de piedra de ensayo #7.


Para conocer todos los resultados, haga clic aquí.

DEBATE

El índice de desgaste instantáneo se calcula con la siguiente ecuación:
fórmula de desgaste progresivo del suelo

Donde V es el volumen de un agujero, N es la carga y X es la distancia total, esta ecuación describe la tasa de desgaste entre ciclos de prueba. La tasa de desgaste instantánea puede utilizarse para identificar mejor los cambios en la tasa de desgaste a lo largo de la prueba.

Ambas muestras tienen comportamientos de desgaste muy diferentes. Con el tiempo, el suelo de madera comienza con un índice de desgaste elevado, pero desciende rápidamente a un valor más pequeño y constante. En el caso del suelo de piedra, el índice de desgaste parece comenzar con un valor bajo y tiende a aumentar con el paso de los ciclos. El índice de desgaste instantáneo también muestra poca consistencia. La razón específica de esta diferencia no es segura, pero puede deberse a la estructura de las muestras. El suelo de piedra parece estar formado por partículas sueltas similares al grano, que se desgastarían de forma diferente en comparación con la estructura compacta de la madera. Sería necesario realizar más pruebas e investigaciones para determinar la causa de este comportamiento de desgaste.

Los datos del coeficiente de fricción (COF) parecen concordar con el comportamiento de desgaste observado. El gráfico del COF para el suelo de madera parece coherente a lo largo de los ciclos, complementando su tasa de desgaste constante. En el caso de los suelos de piedra, el COF medio aumenta a lo largo de los ciclos, de forma similar a como lo hace la tasa de desgaste. También hay cambios aparentes en la forma de los gráficos de fricción, lo que sugiere cambios en la forma en que la bola interactúa con la muestra de piedra. Esto es más evidente en los ciclos 2 y 4.

CONCLUSIÓN

El Tribómetro NANOVEA T2000 muestra su capacidad para realizar un mapeo de desgaste progresivo analizando la tasa de desgaste entre dos muestras de pavimento diferentes. Detener la prueba de desgaste continuo y escanear la superficie con el perfilómetro sin contacto NANOVEA 3D proporciona información valiosa sobre el comportamiento de desgaste del material con el tiempo.

El Tribómetro NANOVEA T2000 con el perfilómetro 3D sin contacto integrado proporciona una amplia variedad de datos, incluyendo datos COF (Coeficiente de Fricción), mediciones de superficie, lecturas de profundidad, visualización de superficie, pérdida de volumen, tasa de desgaste y más. Este amplio conjunto de información permite a los usuarios obtener una comprensión más profunda de las interacciones entre el sistema y la muestra. Con su carga controlada, alta precisión, facilidad de uso, alta carga, amplio rango de velocidad y módulos ambientales adicionales, el tribómetro NANOVEA T2000 lleva la tribología al siguiente nivel.

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Inspección de mapas de rugosidad mediante perfilometría 3D

INSPECCIÓN CARTOGRÁFICA DE LA RUGOSIDAD

UTILIZANDO LA PERFILOMETRÍA 3D

Preparado por

DUANJIE, Doctor

INTRODUCCIÓN

La rugosidad y la textura de la superficie son factores críticos que influyen en la calidad final y el rendimiento de un producto. Un conocimiento profundo de la rugosidad, textura y consistencia de las superficies es esencial para seleccionar las mejores medidas de procesamiento y control. La inspección en línea rápida, cuantificable y fiable de las superficies de los productos es necesaria para identificar a tiempo los productos defectuosos y optimizar las condiciones de la línea de producción.

IMPORTANCIA DEL PERFILOMETRO 3D SIN CONTACTO PARA LA INSPECCION EN LINEA DE SUPERFICIES

Los defectos superficiales de los productos son el resultado del procesamiento de los materiales y la fabricación de los productos. La inspección en línea de la calidad de las superficies garantiza el más estricto control de calidad de los productos finales. NANOVEA Perfiladores ópticos 3D sin contacto utilizan la tecnología de luz cromática con una capacidad única para determinar la rugosidad de una muestra sin contacto. El sensor lineal permite escanear el perfil 3D de una gran superficie a gran velocidad. El umbral de rugosidad, calculado en tiempo real por el software de análisis, sirve como herramienta rápida y fiable de pasa/no pasa.

OBJETIVO DE MEDICIÓN

En este estudio, el NANOVEA ST400 equipado con un sensor de alta velocidad se utiliza para inspeccionar la superficie de una muestra de Teflon con defecto para mostrar la capacidad de NANOVEA

Profilómetros sin contacto en proporcionar una inspección de superficies rápida y fiable en una línea de producción.

NANOVEA

ST400

SABER MÁS

RESULTADOS Y DEBATE

Análisis tridimensional de la superficie del Rugosidad Muestra estándar

La superficie de un patrón de rugosidad se escaneó utilizando un NANOVEA ST400 equipado con un sensor de alta velocidad que genera una línea brillante de 192 puntos, como se muestra en la FIGURA 1. Estos 192 puntos escanean la superficie de la muestra al mismo tiempo, lo que conlleva un aumento significativo de la velocidad de escaneado.

La FIGURA 2 muestra vistas en falso color del Mapa de Altura de Superficie y del Mapa de Distribución de Rugosidad de la Muestra Estándar de Rugosidad. En la FIGURA 2a, el Estándar de Rugosidad exhibe una superficie ligeramente inclinada como se representa por el gradiente de color variado en cada uno de los bloques de rugosidad estándar. En la FIGURA 2b, se muestra una distribución homogénea de la rugosidad en differentes bloques de rugosidad, cuyo color representa la rugosidad en los bloques.

La FIGURA 3 muestra ejemplos de los mapas de aprobado/no aprobado generados por el software de análisis en función de diferentes umbrales de rugosidad. Los bloques de rugosidad se resaltan en rojo cuando su rugosidad superficial está por encima de un determinado valor umbral establecido. Esto proporciona una herramienta para que el usuario establezca un umbral de rugosidad para determinar la calidad del acabado superficial de una muestra.

FIGURA 1: Barrido del sensor óptico de líneas en la muestra del patrón de rugosidad

a. Mapa de altura de la superficie:

b. Mapa de rugosidad:

FIGURA 2: Vistas en falso color del Mapa de Altura de Superficie y del Mapa de Distribución de Rugosidad de la Muestra Estándar de Rugosidad.

FIGURA 3: Mapa Pasa/Falla basado en el Umbral de Rugosidad.

Inspección superficial de una muestra de Teflon con defectos

En la FIGURA 4 se muestran el mapa de altura de la superficie, el mapa de distribución de la rugosidad y el mapa de umbral de rugosidad Pasa/Falla de la superficie de la muestra de Teflon. La muestra de Teflon presenta una cresta en el centro derecho de la muestra, como se muestra en el mapa de altura de la superficie.

a. Mapa de altura de la superficie:

Los differentes colores de la paleta de la FIGURA 4b representan el valor de rugosidad en la superficie local. El mapa de rugosidad muestra una rugosidad homogénea en la zona intacta de la muestra de Teflon. Sin embargo, los defectos, en las formas de un anillo indentado y una cicatriz de desgaste se destacan en color brillante. El usuario puede configurar fácilmente un umbral de rugosidad Pasa/Falla para localizar los defectos superficiales, como se muestra en la FIGURA 4c. Esta herramienta permite a los usuarios supervisar in situ la calidad de la superficie del producto en la línea de producción y descubrir a tiempo los productos defectuosos. El valor de rugosidad en tiempo real se calcula y registra a medida que los productos pasan por el sensor óptico en línea, lo que puede servir como una herramienta rápida pero fiable para el control de calidad.

b. Mapa de rugosidad:

c. Mapa de umbrales de rugosidad Pasa/Falla:

FIGURA 4: Mapa de altura de la superficie, mapa de distribución de la rugosidad y Mapa de umbral de rugosidad Pasa/Falla de la superficie de la muestra de Teflon.

CONCLUSIÓN

En esta aplicación, hemos demostrado cómo el perfilador óptico sin contacto 3D NANOVEA ST400 equipado con un sensor óptico de línea funciona como una herramienta de control de calidad fiable de manera eficaz y eficiente.

El sensor óptico de línea genera una línea brillante de 192 puntos que escanean la superficie de la muestra al mismo tiempo, lo que aumenta significativamente la velocidad de escaneado. Puede instalarse en la línea de producción para controlar in situ la rugosidad de la superficie de los productos. El umbral de rugosidad funciona como un criterio fiable para determinar la calidad de la superficie de los productos, lo que permite a los usuarios detectar a tiempo los productos defectuosos.

Los datos mostrados aquí representan sólo una parte de los cálculos disponibles en el software de análisis. Los perfilómetros NANOVEA miden prácticamente cualquier superficie en campos como los semiconductores, la microelectrónica, la energía solar, la fibra óptica, la automoción, la industria aeroespacial, la metalurgia, el mecanizado, los revestimientos, la industria farmacéutica, la biomedicina, el medio ambiente y muchos otros.

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Inspección de superficies soldadas con un perfilómetro 3D portátil

Inspección de superficies WELd

uso de un perfilómetro 3d portátil

Preparado por

CRAIG LEISING

INTRODUCCIÓN

Puede llegar a ser crítico que una soldadura concreta, realizada normalmente mediante inspección visual, se investigue con un nivel de precisión extremo. Entre las áreas específicas de interés para un análisis preciso se incluyen las grietas superficiales, la porosidad y los cráteres sin rellenar, independientemente de los procedimientos de inspección posteriores. Las características de la soldadura, como la dimensión/forma, el volumen, la rugosidad, el tamaño, etc., pueden medirse para una evaluación crítica.

IMPORTANCIA DEL PERFILÓMETRO 3D SIN CONTACTO PARA LA INSPECCIÓN DE SUPERFICIES SOLDADAS

A diferencia de otras técnicas como los palpadores o la interferometría, el NANOVEA Perfilómetro 3D sin contactoMediante el cromatismo axial, puede medirse prácticamente cualquier superficie, el tamaño de las muestras puede variar ampliamente gracias a la puesta en escena abierta y no es necesaria la preparación de la muestra. Durante la medición del perfil de superficie se obtiene un rango de nano a macro con influencia cero de la reflectividad o absorción de la muestra, tiene capacidad avanzada para medir ángulos de superficie elevados y no hay manipulación de los resultados por software. Mide fácilmente cualquier material: transparente, opaco, especular, difusivo, pulido, rugoso, etc. Las capacidades 2D y 2D de los Perfilómetros Portátiles NANOVEA los convierten en instrumentos ideales para la inspección completa de superficies de soldadura tanto en laboratorio como en campo.

OBJETIVO DE MEDICIÓN

En esta aplicación, el perfilómetro portátil NANOVEA JR25 se utiliza para medir la rugosidad de la superficie, la forma y el volumen de una soldadura, así como el área circundante. Esta información puede proporcionar información crítica para investigar adecuadamente la calidad de la soldadura y el proceso de soldadura.

NANOVEA

JR25

SABER MÁS

RESULTADOS DE LAS PRUEBAS

La imagen inferior muestra la vista completa en 3D de la soldadura y la zona circundante junto con los parámetros superficiales de la soldadura únicamente. A continuación se muestra el perfil de la sección transversal 2D.

la muestra

Con el perfil de sección transversal 2D anterior eliminado del 3D, la información dimensional de la soldadura se calcula a continuación. Superficie y volumen de material calculados sólo para la soldadura a continuación.

 AGUJEROPICO
SUPERFICIE1,01 mm214,0 mm2
VOLUMEN8,799e-5 mm323,27 mm3
PROFUNDIDAD/ALTURA MÁXIMAS0,0276 mm0,6195 mm
PROFUNDIDAD/ALTURA MEDIA 0,004024 mm 0,2298 mm

CONCLUSIÓN

En esta aplicación, hemos demostrado cómo el perfilador 3D sin contacto NANOVEA puede caracterizar con precisión las características críticas de una soldadura y la superficie circundante. A partir de la rugosidad, las dimensiones y el volumen, se puede determinar un método cuantitativo para la calidad y la repetibilidad y/o investigar más a fondo. Las soldaduras de muestra, como el ejemplo en esta nota de aplicación, se pueden analizar fácilmente, con un NANOVEA Profiler estándar de sobremesa o portátil para pruebas internas o de campo.

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Evaluación de arañazos y desgaste en revestimientos industriales

REVESTIMIENTO INDUSTRIAL

EVALUACIÓN DEL RAYADO Y EL DESGASTE MEDIANTE UN TRIBÓMETRO

Preparado por

DUANJIE LI, PhD & ANDREA HERRMANN

INTRODUCCIÓN

La pintura de uretano acrílico es un tipo de revestimiento protector de secado rápido muy utilizado en diversas aplicaciones industriales, como pintura para suelos, pintura para automóviles y otras. Cuando se utiliza como pintura para suelos, puede servir para zonas con mucho tráfico peatonal y de ruedas de goma, como pasarelas, bordillos y aparcamientos.

IMPORTANCIA DE LAS PRUEBAS DE RAYADO Y DESGASTE PARA EL CONTROL DE CALIDAD

Tradicionalmente, los ensayos de abrasión Taber se llevaban a cabo para evaluar la resistencia al desgaste de la pintura acrílica de uretano para suelos según la norma ASTM D4060. Sin embargo, como se menciona en la norma, "Para algunos materiales, los ensayos de abrasión que utilizan el abrasivo Taber pueden estar sujetos a variaciones debido a cambios en las características abrasivas de la rueda durante el ensayo".1 Esto puede dar lugar a una mala reproducibilidad de los resultados del ensayo y crear dificultades a la hora de comparar los valores comunicados por diferentes laboratorios. Además, en los ensayos de abrasión Taber, la resistencia a la abrasión se calcula como la pérdida de peso en un número determinado de ciclos de abrasión. Sin embargo, las pinturas acrílicas de uretano para suelos tienen un espesor de película seca recomendado de 37,5-50 μm2.

El agresivo proceso de abrasión de Taber Abraser puede desgastar rápidamente el revestimiento de uretano acrílico y crear pérdidas de masa en el sustrato, lo que provoca errores sustanciales en el cálculo de la pérdida de peso de la pintura. La implantación de partículas abrasivas en la pintura durante el ensayo de abrasión también contribuye a los errores. Por lo tanto, una medición cuantificable y fiable bien controlada es crucial para garantizar una evaluación reproducible del desgaste de la pintura. Además, la prueba de resistencia al rayado permite a los usuarios detectar fallos prematuros de adhesivo/adhesivo en aplicaciones reales.

OBJETIVO DE MEDICIÓN

En este estudio, demostramos que NANOVEA Tribómetros y Comprobadores mecánicos son ideales para la evaluación y el control de calidad de los revestimientos industriales.

El proceso de desgaste de las pinturas acrílicas de uretano para suelos con diferentes capas de acabado se simula de forma controlada y monitorizada utilizando el tribómetro NANOVEA. El ensayo de microarañazos se utiliza para medir la carga necesaria para provocar el fallo cohesivo o adhesivo de la pintura.

Tribómetro neumático compacto T100
NANOVEA T100

El tribómetro neumático compacto

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NANOVEA PB1000

Comprobador mecánico de gran plataforma

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PROCEDIMIENTO DE PRUEBA

Este estudio evalúa cuatro revestimientos acrílicos al agua para suelos disponibles en el mercado que tienen la misma imprimación (capa base) y diferentes capas de acabado de la misma fórmula con una pequeña alternancia en las mezclas de aditivos con el fin de mejorar la durabilidad. Estos cuatro revestimientos se identifican como Muestras A, B, C y D.

PRUEBA DE DESGASTE

Se aplicó el tribómetro NANOVEA para evaluar el comportamiento tribológico, por ejemplo, el coeficiente de fricción, COF, y la resistencia al desgaste. Se aplicó una punta de bola SS440 (6 mm de diámetro, Grado 100) contra las pinturas ensayadas. El COF se registró in situ. La tasa de desgaste, K, se evaluó mediante la fórmula K=V/(F×s)=A/(F×n), donde V es el volumen desgastado, F es la carga normal, s es la distancia de deslizamiento, A es el área transversal de la pista de desgaste y n es el número de revoluciones. La rugosidad de la superficie y los perfiles de la pista de desgaste se evaluaron mediante el programa NANOVEA Perfilómetro ópticoy la morfología de la huella de desgaste se examinó con un microscopio óptico.

PARÁMETROS DE LA PRUEBA DE DESGASTE

FUERZA NORMAL

20 N

VELOCIDAD

15 m/min

DURACIÓN DE LA PRUEBA

100, 150, 300 y 800 ciclos

PRUEBA DE RAYADO

Se utilizó el NANOVEA Mechanical Tester equipado con un palpador de diamante Rockwell C (200 μm de radio) para realizar ensayos de rayado con carga progresiva en las muestras de pintura utilizando el modo Micro Scratch Tester. Se utilizaron dos cargas finales: 5 N de carga final para investigar la deslaminación de la pintura de la imprimación, y 35 N para investigar la deslaminación de la imprimación de los sustratos metálicos. Se repitieron tres pruebas en las mismas condiciones en cada muestra para garantizar la reproducibilidad de los resultados.

Se generaron automáticamente imágenes panorámicas de toda la longitud de los arañazos y el software del sistema correlacionó sus ubicaciones críticas de fallo con las cargas aplicadas. Esta función del software facilita a los usuarios la realización de análisis de las pistas de rayado en cualquier momento, en lugar de tener que determinar la carga crítica bajo el microscopio inmediatamente después de los ensayos de rayado.

PARÁMETROS DE LA PRUEBA DE RAYADO

TIPO DE CARGAProgresiva
CARGA INICIAL0,01 mN
CARGA FINAL5 N / 35 N
TASA DE CARGA10 / 70 N/min
LONGITUD DEL RASPADO3 mm
velocidad de rayado, dx/dt6,0 mm/min
GEOMETRÍA DEL PENETRADORCono de 120
MATERIAL INDENTADOR (punta)Diamante
RADIO DE LA PUNTA DEL PENETRADOR200 μm

RESULTADOS DE LAS PRUEBAS DE DESGASTE

Se realizaron cuatro ensayos de desgaste pin-on-disk a diferentes números de revoluciones (100, 150, 300 y 800 ciclos) en cada muestra para monitorizar la evolución del desgaste. La morfología superficial de las muestras se midió con un perfilador sin contacto NANOVEA 3D para cuantificar la rugosidad superficial antes de realizar las pruebas de desgaste. Todas las muestras tenían una rugosidad superficial comparable de aproximadamente 1 μm como se muestra en la FIGURA 1. El COF se registró in situ durante las pruebas de desgaste como se muestra en la FIGURA 2. En la FIGURA 4 se presenta la evolución de las huellas de desgaste después de 100, 150, 300 y 800 ciclos, y en la FIGURA 3 se resumió la tasa media de desgaste de las distintas muestras en diferentes etapas del proceso de desgaste.

 

En comparación con un valor de COF de ~0,07 para las otras tres muestras, la Muestra A exhibe un COF mucho más alto de ~0,15 al principio, que aumenta gradualmente y se estabiliza en ~0,3 después de 300 ciclos de desgaste. Un COF tan alto acelera el proceso de desgaste y crea una cantidad sustancial de restos de pintura como se indica en la FIGURA 4 - la capa superior de la Muestra A ha comenzado a ser eliminada en las primeras 100 revoluciones. Como se muestra en la FIGURA 3, la Muestra A presenta la mayor tasa de desgaste de ~5 μm2/N en los primeros 300 ciclos, que disminuye ligeramente a ~3,5 μm2/N debido a la mejor resistencia al desgaste del sustrato metálico. La capa superior de la Muestra C comienza a fallar después de 150 ciclos de desgaste, como se muestra en la FIGURA 4, lo que también se indica por el aumento de COF en la FIGURA 2.

 

En comparación, las muestras B y D muestran mejores propiedades tribológicas. La muestra B mantiene un COF bajo durante toda la prueba: el COF aumenta ligeramente de ~0,05 a ~0,1. Este efecto lubricante mejora sustancialmente su resistencia al desgaste. Este efecto lubricante mejora sustancialmente su resistencia al desgaste: la capa superior sigue proporcionando una protección superior a la imprimación subyacente después de 800 ciclos de desgaste. La tasa media de desgaste más baja de sólo ~0,77 μm2/N se mide para la Muestra B a 800 ciclos. La capa superior de la muestra D empieza a desprenderse después de 375 ciclos, como refleja el brusco aumento del COF en la FIGURA 2. La tasa media de desgaste de la muestra D sigue siendo superior a la de la imprimación después de 800 ciclos de desgaste. La tasa media de desgaste de la muestra D es de ~1,1 μm2/N a 800 ciclos.

 

En comparación con las mediciones de abrasión Taber convencionales, el tribómetro NANOVEA proporciona evaluaciones de desgaste cuantificables y fiables bien controladas que garantizan evaluaciones reproducibles y el control de calidad de las pinturas comerciales para suelos y automóviles. Además, la capacidad de las mediciones de COF in situ permite a los usuarios correlacionar las diferentes etapas de un proceso de desgaste con la evolución del COF, lo que resulta crítico para mejorar la comprensión fundamental del mecanismo de desgaste y las características tribológicas de diversos recubrimientos de pintura.

FIGURA 1: Morfología 3D y rugosidad de las muestras de pintura.

FIGURA 2: COF durante las pruebas pin-on-disk.

FIGURA 3: Evolución de la tasa de desgaste de diferentes pinturas.

FIGURA 4: Evolución de las huellas de desgaste durante las pruebas pin-on-disk.

RESULTADOS DE LA PRUEBA DE RAYADO

La FIGURA 5 muestra, a modo de ejemplo, el gráfico de la fuerza normal, la fuerza de fricción y la profundidad real en función de la longitud del arañazo para la Muestra A. Puede instalarse un módulo opcional de emisión acústica para obtener más información. A medida que la carga normal aumenta linealmente, la punta de indentación se hunde gradualmente en la muestra ensayada, tal como refleja el aumento progresivo de la profundidad verdadera. La variación en las pendientes de las curvas de fuerza de fricción y profundidad real puede utilizarse como una de las implicaciones de que empiezan a producirse fallos en el revestimiento.

FIGURA 5: Fuerza normal, fuerza de fricción y profundidad real en función de la longitud de rayado para ensayo de rayado de la muestra A con una carga máxima de 5 N.

Las FIGURAS 6 y 7 muestran los rayados completos de las cuatro muestras de pintura ensayadas con una carga máxima de 5 N y 35 N, respectivamente. La muestra D requirió una carga superior de 50 N para deslaminar la imprimación. Los ensayos de rayado con una carga final de 5 N (FIGURA 6) evalúan el fallo cohesivo/adhesivo de la pintura superior, mientras que los de 35 N (FIGURA 7) evalúan la deslaminación de la imprimación. Las flechas en las micrografías indican el punto en el que la pintura superior o la imprimación empiezan a desprenderse completamente de la imprimación o del sustrato. La carga en este punto, llamada Carga Crítica, Lc, se utiliza para comparar las propiedades cohesivas o adhesivas de la pintura como se resume en la Tabla 1.

 

Es evidente que la pintura de la Muestra D tiene la mejor adhesión interfacial - exhibiendo los valores más altos de Lc de 4,04 N en la delaminación de la pintura y 36,61 N en la delaminación de la imprimación. La muestra B muestra la segunda mejor resistencia al rayado. A partir del análisis del rayado, mostramos que la optimización de la fórmula de la pintura es crítica para los comportamientos mecánicos, o más específicamente, la resistencia al rayado y la propiedad de adhesión de las pinturas acrílicas para suelos.

Cuadro 1: Resumen de las cargas críticas.

FIGURA 6: Micrografías del rayado completo con una carga máxima de 5 N.

FIGURA 7: Micrografías del rayado completo con una carga máxima de 35 N.

CONCLUSIÓN

En comparación con las mediciones de abrasión Taber convencionales, el NANOVEA Mechanical Tester y el Tribometer son herramientas superiores para la evaluación y el control de calidad de revestimientos de suelos comerciales y de automoción. El NANOVEA Mechanical Tester en modo Scratch puede detectar problemas de adhesión/cohesión en un sistema de revestimiento. El Tribómetro NANOVEA proporciona un análisis tribológico cuantificable y repetible bien controlado sobre la resistencia al desgaste y el coeficiente de fricción de las pinturas.

 

Basándonos en los exhaustivos análisis tribológicos y mecánicos de los revestimientos acrílicos de base acuosa para suelos ensayados en este estudio, demostramos que la Muestra B posee el COF y el índice de desgaste más bajos y la segunda mejor resistencia al rayado, mientras que la Muestra D exhibe la mejor resistencia al rayado y la segunda mejor resistencia al desgaste. Esta evaluación nos permite valorar y seleccionar el mejor candidato en función de las necesidades en diferentes entornos de aplicación.

 

Los módulos Nano y Micro del Comprobador Mecánico NANOVEA incluyen modos de indentación, rayado y desgaste conformes a las normas ISO y ASTM, proporcionando la más amplia gama de pruebas disponibles para la evaluación de pinturas en un solo módulo. El Tribómetro NANOVEA ofrece ensayos de desgaste y fricción precisos y repetibles utilizando modos rotativos y lineales conformes a ISO y ASTM, con módulos opcionales de desgaste a alta temperatura, lubricación y tribo-corrosión disponibles en un sistema preintegrado. La gama inigualable de NANOVEA es una solución ideal para determinar toda la gama de propiedades mecánicas/tribológicas de revestimientos, películas y sustratos finos o gruesos, blandos o duros, incluida la dureza, el módulo de Young, la tenacidad a la fractura, la adherencia, la resistencia al desgaste y muchas otras. Los perfiladores ópticos sin contacto NANOVEA opcionales están disponibles para obtener imágenes 3D de alta resolución de arañazos y huellas de desgaste, además de otras mediciones de superficies como la rugosidad.

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Análisis de fractografía mediante perfilometría 3D

ANÁLISIS FRACTOGRÁFICO

UTILIZANDO LA PERFILOMETRÍA 3D

Preparado por

CRAIG LEISING

INTRODUCCIÓN

La fractografía es el estudio de las características de las superficies fracturadas y se ha investigado históricamente mediante microscopio o SEM. Dependiendo del tamaño del rasgo, se selecciona un microscopio (rasgos macro) o un SEM (rasgos nano y micro) para el análisis de la superficie. En última instancia, ambos permiten identificar el tipo de mecanismo de fractura. Aunque eficaz, el microscopio tiene claras limitaciones y el SEM, en la mayoría de los casos, aparte del análisis a nivel atómico, es poco práctico para la medición de la superficie de la fractura y carece de una capacidad de uso más amplia. Con los avances en la tecnología de medición óptica, el NANOVEA Perfilómetro 3D sin contacto se considera actualmente el instrumento de elección, gracias a su capacidad para realizar mediciones de superficies 2D y 3D desde la nanoescala hasta la macroescala.

IMPORTANCIA DEL PERFILÓMETRO 3D SIN CONTACTO PARA LA INSPECCIÓN DE FRACTURAS

A diferencia de un SEM, un perfilómetro 3D sin contacto puede medir casi cualquier superficie y tamaño de muestra, con una preparación mínima de la muestra, a la vez que ofrece unas dimensiones verticales/horizontales superiores a las de un SEM. Con un perfilómetro, las características de rango nano a macro se capturan en una sola medición con influencia cero de la reflectividad de la muestra. Mida fácilmente cualquier material: transparente, opaco, especular, difusivo, pulido, rugoso, etc. El perfilómetro 3D sin contacto proporciona una capacidad amplia y fácil de usar para maximizar los estudios de fractura de superficies a una fracción del coste de un SEM.

OBJETIVO DE MEDICIÓN

En esta aplicación, el NANOVEA ST400 se utiliza para medir la superficie fracturada de una muestra de acero. En este estudio, mostraremos un área 3D, extracción de perfil 2D y mapa direccional de superficie de la superficie.

NANOVEA

ST400

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RESULTADOS

SUPERFICIE SUPERIOR

Dirección de la textura de la superficie 3D

Isotropía51.26%
Primera dirección123.2º
Segunda dirección116.3º
Tercera dirección0.1725º

Superficie, Volumen, Rugosidad y muchos otros pueden calcularse automáticamente a partir de esta extracción.

Extracción de perfiles 2D

RESULTADOS

SUPERFICIE LATERAL

Dirección de la textura de la superficie 3D

Isotropía15.55%
Primera dirección0.1617º
Segunda dirección110.5º
Tercera dirección171.5º

Superficie, Volumen, Rugosidad y muchos otros pueden calcularse automáticamente a partir de esta extracción.

Extracción de perfiles 2D

CONCLUSIÓN

En esta aplicación, hemos mostrado cómo el perfilómetro 3D sin contacto NANOVEA ST400 puede caracterizar con precisión la topografía completa (características nano, micro y macro) de una superficie fracturada. A partir del área 3D, la superficie puede identificarse claramente y las subáreas o perfiles/secciones transversales pueden extraerse y analizarse rápidamente con una lista interminable de cálculos de superficie. Las características subnanométricas de la superficie pueden analizarse más a fondo con un módulo AFM integrado.

Además, NANOVEA ha incluido una versión portátil en su línea de perfilómetros, especialmente importante para estudios de campo en los que la superficie de la fractura es inamovible. Con esta amplia lista de capacidades de medición de superficies, el análisis de superficies de fracturas nunca ha sido tan fácil y cómodo con un solo instrumento.

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Topografía de superficies de fibra de vidrio mediante perfilometría 3D

TOPOGRAFÍA DE LA SUPERFICIE DE FIBRA DE VIDRIO

UTILIZANDO LA PERFILOMETRÍA 3D

Preparado por

CRAIG LEISING

INTRODUCCIÓN

La fibra de vidrio es un material fabricado a partir de fibras de vidrio extremadamente finas. Se utiliza como agente de refuerzo en muchos productos poliméricos; el material compuesto resultante, conocido como polímero reforzado con fibra (FRP) o plástico reforzado con fibra de vidrio (GRP), recibe el nombre popular de "fibra de vidrio".

IMPORTANCIA DE LA INSPECCIÓN METROLÓGICA DE SUPERFICIES PARA EL CONTROL DE CALIDAD

Aunque los refuerzos de fibra de vidrio tienen muchos usos, en la mayoría de las aplicaciones es crucial que sean lo más resistentes posible. Los compuestos de fibra de vidrio tienen una de las mayores relaciones resistencia/peso disponibles y, en algunos casos, libra por libra son más resistentes que el acero. Además de su gran resistencia, también es importante que la superficie expuesta sea lo más pequeña posible. Las grandes superficies de fibra de vidrio pueden hacer que la estructura sea más vulnerable a los ataques químicos y, posiblemente, a la dilatación del material. Por lo tanto, la inspección de la superficie es fundamental para controlar la calidad de la producción.

OBJETIVO DE MEDICIÓN

En esta aplicación, el NANOVEA ST400 se utiliza para medir la rugosidad y planitud de la superficie de un compuesto de fibra de vidrio. Mediante la cuantificación de estas características superficiales es posible crear u optimizar un material compuesto de fibra de vidrio más resistente y duradero.

NANOVEA

ST400

SABER MÁS

PARÁMETROS DE MEDICIÓN

SONDA 1 mm
TASA DE ADQUISICIÓN300 Hz
PROMEDIO1
SUPERFICIE MEDIDA5 mm x 2 mm
TAMAÑO DEL PASO5 µm x 5 µm
MODO DE EXPLORACIÓNVelocidad constante

ESPECIFICACIONES DE LA SONDA

MEDICIÓN GAMA1 mm
RESOLUCIÓN Z 25 nm
Z PRECISIÓN200 nm
RESOLUCIÓN LATERAL 2 μm

RESULTADOS

VISTA EN FALSO COLOR

Planitud de la superficie 3D

Rugosidad superficial 3D

Sa15,716 μmAltura media aritmética
Sq19,905 μmAltura media cuadrática
Sp116,74 μmAltura máxima del pico
Sv136,09 μmAltura máxima del foso
Sz252,83 μmAltura máxima
Ssk0.556Skewness
Ssu3.654Kurtosis

CONCLUSIÓN

Como muestran los resultados, el NANOVEA ST400 Optical Perfilador fue capaz de medir con precisión la rugosidad y la planitud de la superficie del compuesto de fibra de vidrio. Los datos pueden medirse en múltiples lotes de materiales compuestos de fibra y o en un periodo de tiempo determinado para proporcionar información crucial sobre los diferentes procesos de fabricación de fibra de vidrio y cómo reaccionan con el tiempo. Así pues, el ST400 es una opción viable para reforzar el proceso de control de calidad de los materiales compuestos de fibra de vidrio.

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Desgaste y fricción de la correa de polímero con un tribómetro

CINTURONES DE POLÍMERO

DESGASTE Y FRICCIÓN CON UN TRIBÓMETRO

Preparado por

DUANJIE LI, Doctor

INTRODUCCIÓN

La transmisión por correa transmite potencia y sigue el movimiento relativo entre dos o más ejes giratorios. Al ser una solución sencilla y económica con un mantenimiento mínimo, las transmisiones por correa se utilizan ampliamente en diversas aplicaciones, como sierras de disco, aserraderos, trilladoras, sopladores de silo y cintas transportadoras. Las transmisiones por correa pueden proteger la maquinaria de sobrecargas, así como amortiguar y aislar las vibraciones.

IMPORTANCIA DE LA EVALUACIÓN DEL DESGASTE DE LAS TRANSMISIONES POR CORREA

La fricción y el desgaste son inevitables en las correas de una máquina accionada por correa. Una fricción suficiente garantiza una transmisión eficaz de la potencia sin deslizamientos, pero una fricción excesiva puede desgastar rápidamente la correa. Durante el funcionamiento de la transmisión por correa se producen diferentes tipos de desgaste, como la fatiga, la abrasión y la fricción. Con el fin de prolongar la vida útil de la correa y reducir los costes y el tiempo de reparación y sustitución de la correa, es conveniente evaluar de forma fiable el desgaste de las correas para mejorar su vida útil, la eficacia de la producción y el rendimiento de la aplicación. La medición precisa del coeficiente de fricción y del índice de desgaste de la correa facilita la I+D y el control de calidad de la producción de correas.

Tribómetro neumático de alta carga

OBJETIVO DE MEDICIÓN

En este estudio, simulamos y comparamos los comportamientos de desgaste de correas con diferentes texturas superficiales para mostrar la capacidad de la NANOVEA Tribómetro T2000 en la simulación del proceso de desgaste de la correa de forma controlada y monitorizada.

NANOVEA

T2000

SABER MÁS

PROCEDIMIENTOS DE PRUEBA

El coeficiente de fricción, COF, y la resistencia al desgaste de dos correas con diferente rugosidad y textura superficial se evaluaron mediante el NANOVEA Alta carga Tribómetro utilizando un módulo de desgaste alternativo lineal. Como contramaterial se utilizó una bola de acero 440 (10 mm de diámetro). La rugosidad superficial y la huella de desgaste se examinaron utilizando un Perfilómetro 3D sin contacto. La tasa de desgaste, Kse evaluó mediante la fórmula K=Vl(Fxs)donde V es el volumen desgastado, F es la carga normal y s es la distancia de deslizamiento.

 

Tenga en cuenta que en este estudio se ha utilizado como ejemplo una bola lisa de acero 440, pero puede aplicarse cualquier material sólido con diferentes formas y acabados superficiales utilizando fijaciones personalizadas para simular la situación de aplicación real.

RESULTADOS Y DEBATE

La banda texturizada y la banda lisa tienen una rugosidad superficial Ra de 33,5 y 8,7 um, respectivamente, según los perfiles superficiales analizados tomados con un NANOVEA Perfilador óptico 3D sin contacto. El COF y la tasa de desgaste de las dos correas probadas se midieron a 10 N y 100 N, respectivamente, para comparar el comportamiento de desgaste de las correas a diferentes cargas.

FIGURA 1 muestra la evolución del COF de las correas durante las pruebas de desgaste. Las correas con diferentes texturas muestran comportamientos de desgaste sustancialmente diferentes. Resulta interesante que, tras el periodo de rodaje durante el cual el COF aumenta progresivamente, la correa texturizada alcanza un COF inferior de ~0,5 en las dos pruebas realizadas con cargas de 10 N y 100 N. En comparación, la correa lisa sometida a la carga de 10 N muestra un COF significativamente superior de~ 1,4 cuando el COF se estabiliza y se mantiene por encima de este valor durante el resto de la prueba. La correa lisa sometida a la carga de 100 N se desgastó rápidamente por la bola de acero 440 y formó una gran huella de desgaste. Por lo tanto, la prueba se detuvo a 220 revoluciones.

FIGURA 1: Evolución del COF de las correas a diferentes cargas.

En la FIGURA 2 se comparan las imágenes 3D de las huellas de desgaste después de las pruebas a 100 N. El perfilómetro 3D sin contacto NANOVEA ofrece una herramienta para analizar la morfología detallada de las huellas de desgaste, proporcionando más información sobre la comprensión fundamental del mecanismo de desgaste.

TABLA 1: Resultado del análisis de la pista de desgaste.

FIGURA 2:  Vista en 3D de las dos cintas
después de las pruebas a 100 N.

El perfil 3D de la huella de desgaste permite determinar de forma directa y precisa el volumen de la huella de desgaste calculado por el software de análisis avanzado, como se muestra en la TABLA 1. En una prueba de desgaste de 220 revoluciones, la correa lisa presenta una huella de desgaste mucho mayor y más profunda, con un volumen de 75,7 mm3, en comparación con un volumen de desgaste de 14,0 mm3 para la correa texturada tras una prueba de desgaste de 600 revoluciones. La fricción significativamente mayor de la correa lisa contra la bola de acero da lugar a un índice de desgaste 15 veces superior al de la correa texturada.

 

Una diferencia tan drástica de COF entre la banda texturizada y la banda lisa está posiblemente relacionada con el tamaño del área de contacto entre la banda y la bola de acero, lo que también conduce a su diferente rendimiento frente al desgaste. La FIGURA 3 muestra las huellas de desgaste de las dos correas bajo el microscopio óptico. El examen de las huellas de desgaste concuerda con la observación de la evolución del COF: La correa texturizada, que mantiene un COF bajo de ~0,5, no muestra ningún signo de desgaste después de la prueba de desgaste con una carga de 10 N. La correa lisa muestra una pequeña huella de desgaste a 10 N. Las pruebas de desgaste realizadas a 100 N crean huellas de desgaste sustancialmente mayores tanto en la correa texturizada como en la lisa, y la tasa de desgaste se calculará utilizando perfiles 3D, como se verá en el párrafo siguiente.

FIGURA 3:  Huellas de desgaste al microscopio óptico.

CONCLUSIÓN

En este estudio, mostramos la capacidad del Tribómetro NANOVEA T2000 para evaluar el coeficiente de fricción y la tasa de desgaste de las correas de una manera bien controlada y cuantitativa. La textura de la superficie desempeña un papel crítico en la resistencia a la fricción y al desgaste de las correas durante su funcionamiento en servicio. La correa texturizada presenta un coeficiente de fricción estable de ~0,5 y posee una larga vida útil, lo que se traduce en una reducción del tiempo y los costes de reparación o sustitución de las herramientas. En comparación, la excesiva fricción de la correa lisa contra la bola de acero desgasta rápidamente la correa. Además, la carga sobre la correa es un factor vital de su vida útil. La sobrecarga crea una fricción muy elevada, lo que acelera el desgaste de la correa.

El tribómetro NANOVEA T2000 ofrece pruebas de desgaste y fricción precisas y repetibles utilizando modos rotativos y lineales conformes a ISO y ASTM, con módulos opcionales de desgaste a alta temperatura, lubricación y tribocorrosión disponibles en un sistema preintegrado. NANOVEA es una solución ideal para determinar toda la gama de propiedades tribológicas de revestimientos, películas y sustratos finos o gruesos, blandos o duros.

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Microestructura fósil mediante perfilometría 3D

MICROESTRUCTURA FÓSIL

UTILIZANDO LA PERFILOMETRÍA 3D

Preparado por

DUANJIE LI, Doctor

INTRODUCCIÓN

Los fósiles son los restos conservados de rastros de plantas, animales y otros organismos enterrados en sedimentos bajo antiguos mares, lagos y ríos. El tejido blando del cuerpo suele descomponerse tras la muerte, pero las conchas duras, los huesos y los dientes se fosilizan. A menudo se conservan rasgos superficiales de microestructura cuando se produce la sustitución mineral de las conchas y huesos originales, lo que permite conocer la evolución del tiempo y el mecanismo de formación de los fósiles.

IMPORTANCIA DE UN PERFILÓMETRO 3D SIN CONTACTO PARA EL EXAMEN DE FÓSILES

Los perfiles 3D del fósil nos permiten observar las características detalladas de la superficie de la muestra fósil desde un ángulo más cercano. La alta resolución y precisión del perfilómetro NANOVEA pueden no ser perceptibles a simple vista. El software de análisis del perfilómetro ofrece una amplia gama de estudios aplicables a estas superficies únicas. A diferencia de otras técnicas como los palpadores, el NANOVEA Perfilómetro 3D sin contacto mide las características de la superficie sin tocar la muestra. Esto permite preservar las verdaderas características de la superficie de ciertas muestras fósiles delicadas. Además, el perfilómetro portátil modelo Jr25 permite realizar mediciones en 3D en yacimientos fósiles, lo que facilita sustancialmente el análisis y la protección de los fósiles tras la excavación.

OBJETIVO DE MEDICIÓN

En este estudio se utiliza el perfilómetro NANOVEA Jr25 para medir la superficie de dos muestras fósiles representativas. Se escaneó y analizó toda la superficie de cada fósil para caracterizar sus rasgos superficiales, que incluyen la rugosidad, el contorno y la dirección de la textura.

NANOVEA

Jr25

SABER MÁS

FÓSIL DE BRAQUIÓPODO

La primera muestra fósil presentada en este informe es un fósil de braquiópodo, procedente de un animal marino que tiene "válvulas" (conchas) duras en sus superficies superior e inferior. Aparecieron por primera vez en el periodo Cámbrico, hace más de 550 millones de años.

La vista en 3D del escáner se muestra en la FIGURA 1 y la vista en falso color se muestra en la FIGURA 2. 

FIGURA 1: Vista en 3D de la muestra fósil de braquiópodo.

FIGURA 2: Vista en falso color de la muestra fósil de braquiópodo.

A continuación, se retiró la forma general de la superficie para investigar la morfología local de la superficie y el contorno del fósil de braquiópodo, como se muestra en la FIGURA 3. Ahora puede observarse una peculiar textura de surco divergente en la muestra de fósil de braquiópodo.

FIGURA 3: Vista de falso color y vista de líneas de contorno tras la eliminación del formulario.

Se extrae un perfil de línea de la zona texturada para mostrar una vista transversal de la superficie fósil en la FIGURA 4. El estudio de la altura del escalón mide las dimensiones precisas de las características de la superficie. Los surcos poseen una anchura media de ~0,38 mm y una profundidad de ~0,25 mm.

FIGURA 4: Estudios del perfil de línea y de la altura de paso de la superficie texturizada.

FÓSIL DE TALLO DE CRINOIDEO

La segunda muestra fósil es un fósil de tallo de Crinoideo. Los crinoideos aparecieron por primera vez en los mares del Cámbrico Medio, unos 300 millones de años antes de los dinosaurios. 

 

La vista 3D del escáner se muestra en la FIGURA 5 y la vista en falso color se muestra en la FIGURA 6. 

FIGURA 5: Vista en 3D de la muestra de fósiles de crinoideos.

En la FIGURA 7 se analizan la isotropía y la rugosidad de la textura superficial del fósil de tallo de Crinoideo. 

 Este fósil tiene una dirección de textura preferencial en el ángulo cercano a 90°, lo que conduce a la isotropía de textura de 69%.

FIGURA 6: Vista en falso color del Tallo de crinoideo muestra.

 

FIGURA 7: Isotropía y rugosidad de la textura superficial del tallo fósil de Crinoideo.

En la FIGURA 8 se muestra el perfil 2D a lo largo de la dirección axial del tallo fósil de Crinoideo. 

El tamaño de los picos de la textura superficial es bastante uniforme.

FIGURA 8: Análisis del perfil 2D del fósil de tallo de Crinoideo.

CONCLUSIÓN

En esta aplicación, estudiamos exhaustivamente las características de la superficie en 3D de un fósil de tallo de braquiópodo y crinoideo utilizando el perfilómetro portátil sin contacto NANOVEA Jr25. Demostramos que el instrumento puede caracterizar con precisión la morfología 3D de las muestras fósiles. Las interesantes características de la superficie y la textura de las muestras se analizan posteriormente. La muestra de braquiópodo posee una textura de surco divergente, mientras que el fósil de tallo de crinoideo muestra una isotropía de textura preferente. Los detallados y precisos escaneados 3D de la superficie resultan ser herramientas ideales para que paleontólogos y geólogos estudien la evolución de la vida y la formación de los fósiles.

Los datos mostrados aquí representan sólo una parte de los cálculos disponibles en el software de análisis. Los perfilómetros NANOVEA miden prácticamente cualquier superficie en campos como los semiconductores, la microelectrónica, la energía solar, la fibra óptica, la automoción, la industria aeroespacial, la metalurgia, el mecanizado, los revestimientos, la industria farmacéutica, la biomedicina, el medio ambiente y muchos otros.

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