Categoría: Perfilometría | Textura y grano

Stent Coating Adhesion and Delamination Analysis Using Nano Scratch Testing

Application Note | Stent Coating Adhesion Testing

Stent Coating Adhesion and Delamination Analysis Using Nano Scratch Testing

Quantifying Coating Failure and Adhesion Performance on Drug-Eluting Stents

Research & Experimental Testing

Doctor Duanjie Li

Visual Design & Editorial

Andrew Shore

Introducción

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

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

Why coating adhesion matters in drug-eluting stents

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

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

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

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

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

ℹ️ Más información nanoindentation and scratch testing lab services for coating adhesion and failure analysis.

Measurement Method

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

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

NANOVEA PB1000 Advanced

Comprobador mecánico

Condiciones de prueba

1. Regular Stent Samples

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

Parameter	Value
Load type	Progresiva
Initial load	0.05 mN
Final load	300 and 100 mN
Sliding speed	0.5 mm/min
Sliding distance	0.5 mm
Indenter geometry	Cónica
Indenter material (tip)	Diamante
Indenter tip radius	20 µm
Temperatura	24°C (room)

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

2. Grooved Stent Samples

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

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

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

Parameter	Value
Load type	Progresiva
Initial load	0.1 mN
Final load	300 mN
Loading rate	300 mN/min
Scratch length	0.25 mm
Scratch speed	0.25 mm/min
Indenter geometry	40° cone
Indenter material (tip)	Diamante
Indenter tip radius	5 µm

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

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

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

Resultados y debate

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

1. Regular Stent Samples

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

Two critical loads are identified:

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

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

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

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

(a) Full Scratch Track

(b) Lc1 ≈ 14.5 mN

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

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

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

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

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

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

(a) Sample 1 – Early Coating Failure

(b) Sample 2 – Improved Coating Integrity

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

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

2. Grooved Stent Samples

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Conclusión

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

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

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

Referencias

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

Frequently Asked Questions About Stent Coating Adhesion Testing

What is stent coating adhesion testing?

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

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

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

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

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

Why is coating adhesion important in drug-eluting stents?

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

How do you measure coating adhesion inside stent grooves?

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

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

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

How can nano scratch testing compare different coating formulations?

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

Need Reliable Stent Coating Adhesion Testing?

Dental Surface Roughness Measurement & 3D Tooth Topography

Application Note | Dental Surface Characterization

Dental Surface Roughness Measurement and Full 3D Tooth Topography

Surface Roughness Analysis Using Non-Contact Optical Profilometry

Preparado por

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

Introducción

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

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

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

Non-Contact Optical Profilometry for Dental Surface Analysis

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

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

ℹ️ Más información non-contact optical profilometry and surface roughness measurement services.

Measurement Method

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

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

NANOVEA JR25 Portable
Perfilómetro óptico

Surface Measurement Using NANOVEA Optical Profilometer

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

PS2 – MG140

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

PS5 – MG35

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

Parámetros de medición

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

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

Optical Profilometry Results

Surface Roughness Analysis (Area)

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

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

ISO 25178 – Roughness (S-L)
S-filter (λs): Gaussian, 2.5 µm
F: [Workflow] Form removed (LS-poly 8)
L-filter (λc): Gaussian, 0.8 mm
Height Parameters
Sq	2.433	µm	Altura media cuadrática
Ssk	-0.102		Skewness
Código	3.715		Kurtosis
Sp	18.861	µm	Altura máxima del pico
Sv	16.553	µm	Maximum pit depth
Sz	35.414	µm	Altura máxima
Sa	1.888	µm	Altura media aritmética

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

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

Roughness Analysis (Profiles)

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

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

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

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

F: Ninguno

S-filter (λs): Gaussian, 2.5 µm

L-filter (λc): Gaussian, 0.8 mm

Evaluation length: All λc (3)

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

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

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

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

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

F: Ninguno

S-filter (λs): Gaussian, 2.5 µm

L-filter (λc): Gaussian, 0.8 mm

Evaluation length: All λc (3)

Full 3D Tooth Surface Topography Reconstruction

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

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

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

Conclusión

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

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

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

Referencias

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

Frequently Asked Questions About Dental Surface Roughness Measurement

What is dental surface roughness measurement?

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

Why use optical profilometry to measure tooth roughness?

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

What roughness parameters are used for dental surface analysis?

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

Why is surface roughness important in dentistry?

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

Need Reliable Surface Roughness Measurement for Dental Materials?

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 Estándar
Perfilómetro 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 suministrar la muestra que aparece en esta nota. Industrial Metal Finishing Inc. | indmetfin.com

¿Tiene una aplicación similar?

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 superficial inadecuado, 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 Gran superficie
Perfilómetro óptico 3D

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 - Parámetros de textura superficial

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

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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Análisis fractográfico 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, históricamente, se ha investigado mediante microscopio o SEM. Dependiendo del tamaño de la característica, se selecciona un microscopio (características macro) o un SEM (características nano y micro) para el análisis de la superficie. Ambos permiten, en última instancia, identificar el tipo de mecanismo de fractura. Aunque eficaz, el microscopio tiene claras limitaciones y, en la mayoría de los casos, salvo para el análisis a nivel atómico, el SEM no es práctico para la medición de superficies fracturadas y carece de una capacidad de uso más amplia. Con los avances en la tecnología de medición óptica, el NANOVEA Perfilómetro 3D sin contacto Ahora se considera el instrumento preferido, gracias a su capacidad para proporcionar mediciones de superficies en 2D y 3D a escala nano y macro.

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, al tiempo que ofrece dimensiones verticales/horizontales superiores a las de un SEM. Con un perfilómetro, las características del rango nano a macro se capturan en una sola medición sin influencia alguna de la reflectividad de la muestra. Mida fácilmente cualquier material: transparente, opaco, especular, difusivo, pulido, rugoso, etc. El perfilómetro 3D sin contacto ofrece una amplia capacidad y es fácil de usar para maximizar los estudios de fractura de superficies a una fracción del costo de un SEM.

OBJETIVO DE MEDICIÓN

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

NANOVEA

ST400

RESULTADOS

SUPERFICIE SUPERIOR

Dirección de la textura de la superficie 3D

Isotropía	51.26%
Primera dirección	123,2º
Segunda dirección	116,3º
Tercera dirección	0,1725º

El área superficial, el volumen, la rugosidad y muchos otros parámetros se pueden calcular automáticamente a partir de esta extracción.

Extracción de perfiles 2D

RESULTADOS

SUPERFICIE LATERAL

Dirección de la textura de la superficie 3D

Isotropía	15.55%
Primera dirección	0.1617º
Segunda dirección	110.5º
Tercera dirección	171.5º

El área superficial, el volumen, la rugosidad y muchos otros parámetros se pueden calcular 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 se puede identificar claramente y se pueden extraer y analizar rápidamente subáreas o perfiles/secciones transversales con una lista interminable de cálculos de superficie. Las características de la superficie subnanométricas se pueden analizar 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 fractura es inamovible. Con esta amplia lista de capacidades de medición de superficies, el análisis de superficies de fractura 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 reforzante en muchos productos poliméricos; el material compuesto resultante, conocido propiamente como polímero reforzado con fibra (FRP) o plástico reforzado con vidrio (GRP), se denomina “fibra de vidrio” en el uso popular.

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

Aunque hay muchos usos para el refuerzo de fibra de vidrio, en la mayoría de las aplicaciones es crucial que sean lo más resistentes posible. Los compuestos de fibra de vidrio tienen una de las relaciones resistencia-peso más altas que existen y, en algunos casos, son más resistentes que el acero. Además de su alta resistencia, también es importante que la superficie expuesta sea lo más pequeña posible. Las superficies grandes de fibra de vidrio pueden hacer que la estructura sea más vulnerable a los ataques químicos y, posiblemente, a la expansión del material. Por lo tanto, la inspección de la superficie es fundamental para el control de calidad de la producción.

OBJETIVO DE MEDICIÓN

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

NANOVEA

ST400

PARÁMETROS DE MEDICIÓN

SONDA	1 mm
TASA DE ADQUISICIÓN	300 Hz
PROMEDIO	1
SUPERFICIE MEDIDA	5 mm x 2 mm
TAMAÑO DEL PASO	5 µm x 5 µm
MODO DE ESCANEO	Velocidad constante

ESPECIFICACIONES DE LA SONDA

**MEDICIÓN ALCANCE**	1 mm
RESOLUCIÓN Z	25 nm
PRECISIÓN Z	200 nm
RESOLUCIÓN LATERAL	2 μm

RESULTADOS

VISTA EN FALSO COLOR

Planitud de la superficie 3D

Rugosidad superficial 3D

Sa	15,716 μm	Altura media aritmética
Sq	19,905 μm	Altura media cuadrática
Sp	116,74 μm	Altura máxima del pico
Sv	136,09 μm	Altura máxima del foso
Sz	252,83 μm	Altura máxima
Ssk	0.556	Skewness
Ssu	3.654	Kurtosis

CONCLUSIÓN

Como se muestra en los resultados, el NANOVEA ST400 Óptico Perfilador fue capaz de medir con precisión la rugosidad y la planitud de la superficie del compuesto de fibra de vidrio. Los datos se pueden medir en múltiples lotes de 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 paso del tiempo. Por lo tanto, 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. Como 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.

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

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. Se utilizó una bola de acero 440 (10 mm de diámetro) como contramaterial. 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 dispositivos personalizados 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 restos conservados de plantas, animales y otros organismos enterrados en sedimentos bajo antiguos mares, lagos y ríos. Los tejidos blandos del cuerpo suelen descomponerse tras la muerte, pero las conchas duras, los huesos y los dientes se fosilizan. Las características de la microestructura de la superficie suelen conservarse cuando se produce la sustitución mineral de las conchas y los huesos originales, lo que permite conocer la evolución del clima 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. Es posible que la alta resolución y precisión del perfilómetro NANOVEA no sean 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 las sondas táctiles, el NANOVEA Perfilómetro 3D sin contacto mide las características de la superficie sin tocar la muestra. Esto permite conservar las características reales de la superficie de ciertas muestras fósiles delicadas. Además, el perfilómetro portátil Jr25 permite realizar mediciones en 3D en yacimientos fósiles, lo que facilita considerablemente 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 con el fin de caracterizar sus características superficiales, entre las que se incluyen la rugosidad, el contorno y la dirección de la textura.

NANOVEA

Jr25

FÓSIL DE BRACHIÓPODO

La primera muestra fósil que se presenta en este informe es un fósil de braquiópodo, un animal marino que tiene “valvas” (conchas) duras en sus superficies superior e inferior. Aparecieron por primera vez en el período Cámbrico, hace más de 550 millones de años.

La vista 3D del escaneo 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 el molde de la superficie para investigar la morfología local y el contorno del fósil de braquiópodo, como se muestra en la FIGURA 3. Ahora se puede observar una peculiar textura de surcos divergentes en la muestra del fósil de braquiópodo.

FIGURA 3: Vista en falso color y vista de líneas de contorno tras retirar el molde.

Se extrae un perfil lineal del área texturizada para mostrar una vista transversal de la superficie del fósil en la FIGURA 4. El estudio de la altura de los escalones mide las dimensiones precisas de las características de la superficie. Las ranuras tienen una anchura media de ~0,38 mm y una profundidad de ~0,25 mm.

FIGURA 4: Estudios del perfil lineal y la altura de los escalones de la superficie texturizada.

FÓSIL DE TALLO DE CRINOIDE

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

La vista 3D del escaneo 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 fósil de crinoideo.

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

Este fósil tiene una dirección de textura preferencial en un ángulo cercano a los 90°, lo que da lugar a una isotropía de textura de 69%.

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

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

El perfil 2D a lo largo de la dirección axial del fósil del tallo del crinoide se muestra en la FIGURA 8.

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

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

CONCLUSIÓN

En esta aplicación, hemos estudiado exhaustivamente las características de la superficie 3D de un fósil 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. A continuación, se analizan con mayor detalle las interesantes características y texturas de la superficie de las muestras. La muestra de braquiópodo posee una textura de surcos divergentes, mientras que el fósil de tallo de crinoide muestra una textura isotrópica preferencial. Los escaneos tridimensionales detallados y precisos de la superficie resultan ser herramientas ideales para que los paleontólogos y geólogos estudien la evolución de la vida y la formación de los fósiles.

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

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Acabado superficial del cuero procesado mediante perfilometría 3D

CUERO PROCESADO

ACABADO DE SUPERFICIES MEDIANTE PERFILOMETRÍA 3D

Preparado por

CRAIG LEISING

INTRODUCCIÓN

Una vez completado el proceso de curtido de una piel, la superficie del cuero puede someterse a varios procesos de acabado para obtener diferentes aspectos y texturas. Estos procesos mecánicos pueden incluir estiramiento, pulido, lijado, estampado, recubrimiento, etc. Dependiendo del uso final del cuero, algunos pueden requerir un procesamiento más preciso, controlado y repetible.

IMPORTANCIA DE LA INSPECCIÓN PROFILOMÉTRICA PARA LA INVESTIGACIÓN Y DESARROLLO Y EL CONTROL DE CALIDAD

Debido a la gran variación y falta de fiabilidad de los métodos de inspección visual, las herramientas capaces de cuantificar con precisión las características a escala micro y nano pueden mejorar los procesos de acabado del cuero. Comprender el acabado superficial del cuero en un sentido cuantificable puede conducir a una mejor selección del procesamiento superficial basada en datos para lograr resultados de acabado óptimos. NANOVEA 3D sin contacto Perfilómetros Utilizan tecnología confocal cromática para medir superficies de cuero acabadas y ofrecen la mayor repetibilidad y precisión del mercado. Allí donde otras técnicas no logran proporcionar datos fiables, debido al contacto de la sonda, la variación de la superficie, el ángulo, la absorción o la reflectividad, los perfilómetros NANOVEA tienen éxito.

OBJETIVO DE MEDICIÓN

En esta aplicación, se utiliza el NANOVEA ST400 para medir y comparar el acabado superficial de dos muestras de piel diferentes, pero procesadas de forma muy similar. A partir del perfil de la superficie se calculan automáticamente varios parámetros superficiales.

Aquí nos centraremos en la rugosidad de la superficie, la profundidad de los hoyuelos, el paso de los hoyuelos y el diámetro de los hoyuelos para realizar una evaluación comparativa.

NANOVEA

ST400

RESULTADOS: MUESTRA 1

ISO 25178

PARÁMETROS DE ALTURA

OTROS PARÁMETROS 3D

RESULTADOS: MUESTRA 2

ISO 25178

PARÁMETROS DE ALTURA

OTROS PARÁMETROS 3D

COMPARATIVA DE PROFUNDIDAD

Distribución de profundidad para cada muestra.
Se observó un gran número de hoyuelos profundos en MUESTRA 1.

COMPARATIVA DE LANZAMIENTOS

Distancia entre hoyuelos en MUESTRA 1 es ligeramente más pequeño
que MUESTRA 2, pero ambos tienen una distribución similar.

COMPARATIVA DEL DIÁMETRO MEDIO

Distribuciones similares del diámetro medio de los hoyuelos,
con MUESTRA 1 mostrando diámetros medios ligeramente más pequeños en promedio.

CONCLUSIÓN

En esta aplicación, hemos mostrado cómo el perfilómetro 3D NANOVEA ST400 puede caracterizar con precisión el acabado superficial del cuero procesado. En este estudio, la capacidad de medir la rugosidad superficial, la profundidad, el paso y el diámetro de las hendiduras nos permitió cuantificar las diferencias entre el acabado y la calidad de las dos muestras, que podrían no ser evidentes a simple vista.

En general, no se observaron diferencias visibles en el aspecto de los escaneos 3D entre la MUESTRA 1 y la MUESTRA 2. Sin embargo, en el análisis estadístico se aprecia una clara distinción entre ambas muestras. La MUESTRA 1 contiene una mayor cantidad de hoyuelos con diámetros más pequeños, mayor profundidad y menor distancia entre hoyuelos en comparación con la MUESTRA 2.

Tenga en cuenta que hay estudios adicionales disponibles. Se podrían haber analizado más a fondo áreas de interés especiales con un módulo AFM o microscopio integrado. El perfilómetro 3D NANOVEA alcanza velocidades de entre 20 mm/s y 1 m/s para laboratorio o investigación, con el fin de satisfacer las necesidades de inspección a alta velocidad; se puede fabricar con tamaños, velocidades y capacidades de escaneo personalizados, cumplimiento de la norma de sala limpia de clase 1, cinta transportadora de indexación o para integración en línea o en línea.

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Topografía de superficies orgánicas mediante perfilómetro 3D portátil

TOPOGRAFÍA DE SUPERFICIE ORGÁNICA

USO DEL PERFILÓMETRO 3D PORTÁTIL

Preparado por

CRAIG LEISING

INTRODUCCIÓN

La naturaleza se ha convertido en una fuente vital de inspiración para el desarrollo de estructuras superficiales mejoradas. La comprensión de las estructuras superficiales que se encuentran en la naturaleza ha dado lugar a estudios de adhesión basados en las patas del gecko, estudios de resistencia basados en el cambio de textura de los pepinos de mar y estudios de repelencia basados en las hojas, entre muchos otros. Estas superficies tienen numerosas aplicaciones potenciales, desde la biomedicina hasta la confección y la automoción. Para que cualquiera de estos avances en materia de superficies tenga éxito, es necesario desarrollar técnicas de fabricación que permitan imitar y reproducir las características de las superficies. Es este proceso el que requerirá identificación y control.

IMPORTANCIA DEL PERFILADOR ÓPTICO 3D PORTÁTIL SIN CONTACTO PARA SUPERFICIES ORGÁNICAS

Utilizando la tecnología Chromatic Light, el NANOVEA Jr25 Portable Perfilador óptico tiene una capacidad superior para medir casi cualquier material. Esto incluye los ángulos únicos y pronunciados, las superficies reflectantes y absorbentes que se encuentran en la amplia gama de características superficiales de la naturaleza. Las mediciones 3D sin contacto proporcionan una imagen 3D completa que permite comprender mejor las características de la superficie. Sin las capacidades 3D, la identificación de las superficies naturales se basaría únicamente en información 2D o en imágenes microscópicas, lo que no proporciona información suficiente para imitar adecuadamente la superficie estudiada. Comprender toda la gama de características de la superficie, incluyendo la textura, la forma y las dimensiones, entre muchas otras, será fundamental para el éxito de la fabricación.

La capacidad de obtener fácilmente resultados con calidad de laboratorio sobre el terreno abre la puerta a nuevas oportunidades de investigación.

OBJETIVO DE MEDICIÓN

En esta aplicación, el NANOVEA Jr25 se utiliza para medir la superficie de una hoja. Existe una lista interminable de parámetros de superficie que se pueden calcular automáticamente tras el escaneo 3D de la superficie.

Aquí revisaremos la superficie 3D y seleccionaremos
áreas de interés para analizar más a fondo, incluyendo
cuantificar e investigar la rugosidad de la superficie, los canales y la topografía

NANOVEA

JR25

CONDICIONES DE ENSAYO

PROFUNDIDAD DEL SURCO

Densidad media de surcos: 16,471 cm/cm².
Profundidad media de los surcos: 97,428 μm
Profundidad máxima: 359,769 μm

CONCLUSIÓN

En esta aplicación, hemos mostrado cómo el NANOVEA El perfilómetro óptico portátil 3D sin contacto Jr25 puede caracterizar con precisión tanto la topografía como los detalles a escala nanométrica de la superficie de una hoja en el campo. A partir de estas mediciones de superficie en 3D, se pueden identificar rápidamente las áreas de interés y luego analizarlas con una lista de estudios infinitos (Dimensión, rugosidad, textura de acabado, forma, topografía, planitud, alabeo, planaridad, volumen, área, altura de escalón. y otros). Se puede seleccionar fácilmente una sección transversal en 2D para analizar más detalles. Con esta información, se pueden investigar ampliamente las superficies orgánicas con un conjunto completo de recursos de medición de superficies. Las áreas de especial interés se podrían haber analizado más a fondo con el módulo AFM integrado en los modelos de sobremesa.

NANOVEA También ofrece perfilómetros portátiles de alta velocidad para investigación de campo y una amplia gama de sistemas de laboratorio, además de prestar servicios de laboratorio.

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Productos

Perfilómetros

PS50 - Advanced Compact

JR25 - Portable Compact

JR100 - Portable High Speed

ST400 - Modular Standard

ST500 - Modular Large Area

AFM Pro - Extended Range

In-Line QC - Roughness, Texture & Finish

Nanoindenters & Scratch Testers

CB500 - Advanced Compact

PB1000 - Advanced Large Platform

Sistemas de vacío

Tribómetros

T50 - Free Weight Benchtop

T200 - Pneumatic Compact

T2000 - Pneumatic High Load

T2000 MAX - High Torque Friction Tester

CR-8R - Ball Cratering Coating Thickness

Sistemas de vacío

Servicios de laboratorio

Análisis de perfilometría sin contacto

Pruebas de indentación y rayado

Pruebas de fricción y desgaste

Topología de superficies y análisis químico

Soluciones de ensayo

Perfilometría

Rugosidad y acabado

Geometría y formas

Planicidad y alabeo

Volumen y superficie

Altura y grosor del peldaño

Textura y grano

Pruebas mecánicas

Indentación | Dureza y elasticidad

Indentación | Esfuerzo frente a deformación

Indentación | Fluencia y relajación

Indentación | Pérdida y almacenamiento

Indentación | Resistencia a la fractura

Indentación | Límite elástico y fatiga

Alta temperatura

Humedad

Vacío

Rasguño | Fallo adhesivo

Rasguño | Fallo de cohesión

Rayado | Dureza al rayado

Rasguño | Desgaste Multipase

Fricción | Coeficiente de fricción

Baja temperatura

Líquido

Pruebas de tribología

Lineal

Rotacional

Bloqueo en anillo

Anillo sobre anillo

Prueba del rasguño

Pruebas de fricción de frenos

Alta temperatura

Baja temperatura

Corrosión

Líquido

Humedad y gases inertes

Vacío

Aplicaciones

Por sector

Bio y Biotecnología

Materiales de construcción

Productos de consumo

Productos sanitarios

Fabricación y mecanizado de metales

Petróleo y minas

Óptica

Pintura y revestimiento

Farmacéutica

Semiconductores y electrónica

Textil, cuero y papel

Herramientas y maquinaria

Transporte terrestre

Espacio y aviación

Militar y defensa