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CONTÁCTENOS

Categoría: Pruebas de perfilometría

 

Análisis de superficies granalladas

ANÁLISIS DE SUPERFICIES GRANALLADAS

USO DEL PERFILÓMETRO 3D SIN CONTACTO

Preparado por

CRAIG LEISING

INTRODUCCIÓN

El granallado es un proceso en el que se bombardea un sustrato con perlas esféricas de metal, vidrio o cerámica, comúnmente denominadas "granallado", con 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. Son aspectos de especial interés la rugosidad superficial y el área de cobertura de los hoyuelos dejados por el disparo.

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

A diferencia de los perfilómetros de contacto tradicionales, que tradicionalmente se han utilizado para el análisis de superficies granalladas, la medición 3D sin contacto proporciona una imagen 3D completa para ofrecer una comprensión más completa 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 granallado. NANOVEA Perfilómetros 3D sin contacto Utilice la tecnología Chromatic Light con una capacidad única para medir ángulos pronunciados que se encuentran en superficies mecanizadas y granalladas. Además, cuando otras técnicas no logran proporcionar datos confiables debido al contacto de la sonda, la variación de la superficie, el ángulo o la reflectividad, los perfilómetros NANOVEA tienen éxito.

OBJETIVO DE MEDICIÓN

En esta aplicación, el perfilómetro sin contacto NANOVEA ST400 se utiliza para medir la materia prima y dos superficies granalladas de manera diferente para una revisión comparativa. Hay una lista interminable de parámetros de superficie que se pueden calcular automáticamente después del escaneo de superficie 3D. Aquí, revisaremos la superficie 3D y seleccionaremos áreas de interés para un análisis más detallado, incluida la cuantificación e investigación de la rugosidad, los hoyuelos y el área de la superficie.

NANOVEA

ST400

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perfilómetro sin contacto óptico 3d

LA MUESTRA

RESULTADOS

SUPERFICIE DE ACERO

ISO 25178 PARÁMETROS DE RUGOSIDAD 3D

SA 0,399 micras Rugosidad promedio
Sq 0,516 micras Rugosidad RMS
Sz 5,686 micras Pico a valle máximo
Sp 2,976 micras Altura máxima del pico
Sv 2.711 micras Profundidad máxima del pozo
Código 3.9344 Kurtosis
Ssk -0.0113 Skewness
Sal 0,0028mm Longitud de correlación automática
Calle 0.0613 Relación de aspecto de la textura
Sdar 26.539 mm² Área de superficie
Svk 0,589 micras Profundidad de valle reducida
 

RESULTADOS

SUPERFICIE GRANALLADA 1

COBERTURA DE SUPERFICIE
98.105%

ISO 25178 PARÁMETROS DE RUGOSIDAD 3D

Sa 4,102 micras Rugosidad promedio
Sq 5,153 micras Rugosidad RMS
Sz 44,975 micras Pico a valle máximo
Sp 24.332 micras Altura máxima del pico
Sv 20,644 micras Profundidad máxima del pozo
Código 3.0187 Kurtosis
Ssk 0.0625 Skewness
Sal 0,0976mm Longitud de correlación automática
Calle 0.9278 Relación de aspecto de la textura
Sdar 29.451 mm² Área de superficie
Svk 5,008 micras Profundidad de valle reducida

RESULTADOS

SUPERFICIE GRANALLADA 2

COBERTURA DE SUPERFICIE 97.366%

ISO 25178 PARÁMETROS DE RUGOSIDAD 3D

Sa 4.330 micras Rugosidad promedio
Sq 5.455 micras Rugosidad RMS
Sz 54.013 micras Pico a valle máximo
Sp 25,908 micras Altura máxima del pico
Sv 28,105 micras Profundidad máxima del pozo
Código 3.0642 Kurtosis
Ssk 0.1108 Skewness
Sal 0,1034mm Longitud de correlación automática
Calle 0.9733 Relación de aspecto de la textura
Sdar 29.623 mm² Área de superficie
Svk 5,167 micras Profundidad de valle reducida

CONCLUSIÓN

En esta aplicación de análisis de superficies granalladas, hemos demostrado cómo el perfilador 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 informados aquí en comparación con la materia prima. Un simple examen visual de las imágenes revela las diferencias entre las superficies. Esto se confirma aún más al observar el área de cobertura y los parámetros enumerados. En comparación con la Superficie 2, la Superficie 1 exhibe una rugosidad promedio más baja (Sa), abolladuras menos profundas (Sv) y un área de superficie reducida (Sdar), pero un área de cobertura ligeramente mayor.

A partir de estas mediciones de superficie 3D, las áreas de interés pueden identificarse fácilmente y someterse a una amplia gama de mediciones, que incluyen rugosidad, acabado, textura, forma, topografía, planeidad, alabeo, planaridad, volumen, altura de paso y otras. Se puede elegir rápidamente una sección transversal 2D para un análisis detallado. Esta información permite una investigación integral de las superficies granalladas, utilizando una gama completa de recursos de medición de superficies. Las áreas específicas de interés podrían 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 escaneo e incluso pueden cumplir con los estándares de sala limpia Clase 1. También están disponibles opciones como Indexing Conveyor e integración para uso en línea o en línea.

Un agradecimiento especial al Sr. Hayden del IMF por proporcionar la muestra que se muestra en esta nota. Acabado Industrial de Metales 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, PhD

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 distintos 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.

El seguimiento preciso in situ de la morfología de la superficie de la pintura durante el período de secado puede proporcionar información directa sobre el mecanismo de secado. Además, la evolución en tiempo real de las morfologías de las superficies es una información muy útil en diversas aplicaciones, como la impresión 3D. La Nanovea Perfilómetros 3D sin contacto Mida la morfología de la superficie de la pintura de los materiales sin tocar la muestra, evitando cualquier alteración de forma que pueda ser causada por tecnologías de contacto como un lápiz 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

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RESULTADOS Y DISCUSIÓN

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 gráficamente 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 controlar 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 el tiempo a la vez 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 para pisos están diseñados para ser duraderos, pero a menudo sufren desgaste debido a las actividades cotidianas como el movimiento y el uso de muebles. Para garantizar su longevidad, la mayoría de los tipos de pisos tienen una capa protectora contra el desgaste que resiste los daños. Sin embargo, el espesor y la durabilidad de la capa de uso varían según el tipo de piso y el nivel de tránsito peatonal. Además, las diferentes capas dentro de la estructura del piso, como los recubrimientos UV, las capas decorativas y el vidriado, tienen diferentes índices de desgaste. Ahí es donde entra en juego el mapeo de desgaste progresivo. Usando el tribómetro NANOVEA T2000 con un Perfilómetro 3D sin contacto, se puede realizar un seguimiento y análisis precisos del rendimiento y la longevidad de los materiales para pisos. Al proporcionar información detallada sobre el comportamiento de desgaste de diversos materiales para pisos, los científicos y profesionales técnicos pueden tomar decisiones más informadas al seleccionar y diseñar nuevos sistemas de pisos.

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 un 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 pasador y el perfilómetro garantiza la confiabilidad de los resultados al eliminar cualquier desviación en el radio o la ubicación de la pista de desgaste. Pero eso no es todo: las capacidades avanzadas del perfilómetro 3D sin contacto permiten mediciones de superficie a alta velocidad, lo que reduce el tiempo de escaneo a apenas unos segundos. Con capacidad de aplicar cargas de hasta 2.000 N y alcanzar velocidades de hilado de hasta 5.000 rpm, la NANOVEA T2000 Tribómetro ofrece versatilidad y precisión en el proceso de evaluación. Está claro que este equipo desempeña un papel vital en el mapeo 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

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tribómetro
muestras de ensayo de cartografía de desgaste madera y piedra

 LAS MUESTRAS 

PARÁMETROS DE LA PRUEBA DE CARTOGRAFÍA DE DESGASTE

CARGA40 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)		Rango 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 prueba (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)		Rango 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.


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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 consistente 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 el ensayo de desgaste continuo y escanear la superficie con el perfilómetro sin contacto NANOVEA 3D proporciona información valiosa sobre el comportamiento de desgaste del material a lo largo del 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, PhD

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, la textura y la consistencia de la superficie 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 en los productos resultan del procesamiento de materiales y la fabricación del producto. La inspección de calidad de la superficie en línea garantiza el control de calidad más estricto de los productos finales. NANOVEA Perfiladores ópticos 3D sin contacto Utilice la tecnología Chromatic Light con una capacidad única para determinar la rugosidad de una muestra sin contacto. El sensor de línea permite escanear el perfil 3D de una gran superficie a alta velocidad. El umbral de rugosidad, calculado en tiempo real por el software de análisis, sirve como una herramienta de aprobación/rechazo rápida y confiable.

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

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RESULTADOS Y DISCUSIÓN

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 la Superficie y del Mapa de Distribución de la 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 en 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 controlar 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 la superficie de la soldadura con un perfilómetro 3D portátil

Inspección de superficie WELd

utilizando un perfilómetro 3d portátil

Preparado por

CRAIG LEISING

INTRODUCCIÓN

Puede llegar a ser crítico que una soldadura en particular, que normalmente se realiza mediante inspección visual, se investigue con un nivel de precisión extremo. Las áreas específicas de interés para un análisis preciso 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 LA SUPERFICIE DE LA SOLDADURA

A diferencia de otras técnicas como las sondas táctiles o la interferometría, la NANOVEA Perfilómetro 3D sin contacto, utilizando cromatismo axial, puede medir casi cualquier superficie, los tamaños de las muestras pueden variar ampliamente debido a la estadificación abierta y no es necesaria ninguna preparación de la muestra. El rango nano a macro se obtiene durante la medición del perfil de la superficie sin influencia de la reflectividad o absorción de la muestra, tiene una capacidad avanzada para medir ángulos de superficie altos y no hay manipulación de los resultados por software. Mida fácilmente cualquier material: transparente, opaco, especular, difuso, pulido, rugoso, etc. Las capacidades 2D y 2D de los perfilómetros portátiles NANOVEA los convierten en instrumentos ideales para una inspección completa de la superficie de soldadura tanto en el laboratorio como en el campo.

OBJETIVO DE MEDICIÓN

En esta aplicación, el perfilador 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

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RESULTADOS DE LAS PRUEBAS

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

la muestra

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

 AGUJEROPEAK
SUPERFICIE1,01 mm214,0 mm2
VOLUMEN8,799e-5 mm323,27 mm3
PROFUNDIDAD/ALTURA MÁXIMA0,0276 mm0,6195 mm
PROFUNDIDAD/ALTURA MEDIA 0,004024 mm 0,2298 mm

CONCLUSIÓN

En esta aplicación, hemos mostrado cómo el perfilador sin contacto NANOVEA 3D 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 de esta nota de aplicación, pueden analizarse 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 de los revestimientos industriales

REVESTIMIENTO INDUSTRIAL

EVALUACIÓN DE ARAÑAZOS Y 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 la pintura para suelos, la pintura para automóviles y otras. Cuando se utiliza como pintura para suelos, puede servir para zonas con mucho tráfico de personas y 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 de uretano acrílico 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 abrasador Taber pueden estar sujetos a variaciones debido a los 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 de uretano acrílico 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 raspado permite a los usuarios detectar fallos prematuros de adhesivo/adhesivo en aplicaciones reales.

OBJETIVO DE MEDICIÓN

En este estudio, mostramos que NANOVEA Los Tribómetros y Probadores Mecánicos Son ideales para la evaluación y control de calidad de recubrimientos industriales.

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

Tribómetro neumático compacto T100
NANOVEA T100

El Tribómetro Neumático Compacto

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NANOVEA PB1000

El comprobador mecánico de plataforma grande

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PROCEDIMIENTO DE PRUEBA

Este estudio evalúa cuatro revestimientos acrílicos de base acuosa 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, coeficiente de fricción, COF y resistencia al desgaste. Se aplicó una punta de bola SS440 (6 mm de diámetro, Grado 100) contra las pinturas probadas. El COF se registró in situ. La tasa de desgaste, K, se evaluó utilizando 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 de la sección transversal de la pista de desgaste, y n es el número de revoluciones. NANOVEA evaluó la rugosidad de la superficie y los perfiles de desgaste de la pista. Perfilómetro óptico, y la morfología de la pista de desgaste se examinó utilizando 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 RASPADO

El probador mecánico NANOVEA equipado con un palpador de diamante Rockwell C (200 μm de radio) se utilizó para realizar ensayos de rayado de carga progresiva en las muestras de pintura utilizando el modo de micro rayado. 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 de ensayo 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 realizar el 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 RASCADO

TIPO DE CARGAProgresiva
CARGA INICIAL0,01 mN
CARGA FINAL5 N / 35 N
TASA DE CARGA10 / 70 N/min
LONGITUD DEL RASPADO3 mm
VELOCIDAD DE RASGADO, dx/dt6,0 mm/min
GEOMETRÍA DEL PENETRADORCono de 120º
MATERIAL INDENTADO (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 controlar la evolución del desgaste. La morfología de la superficie de las muestras se midió con un perfilador sin contacto NANOVEA 3D para cuantificar la rugosidad de la superficie 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 resume 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 presenta 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 considerable de restos de pintura, como se indica en la FIGURA 4: la capa superior de la muestra A ha empezado a eliminarse 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 del COF en la FIGURA 2.

 

En comparación, la muestra B y la muestra 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: la capa superior sigue proporcionando una protección superior a la imprimación inferior después de 800 ciclos de desgaste. La tasa de desgaste media más baja, de sólo ~0,77 μm2/N, se mide para la muestra B a los 800 ciclos. La capa superior de la Muestra D comienza a deslaminar después de 375 ciclos, como se refleja en el aumento abrupto del COF en la FIGURA 2. La tasa de desgaste media 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 bien controladas, cuantificables y fiables, 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 cual es crítico para mejorar la comprensión fundamental del mecanismo de desgaste y las características tribológicas de varios 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 de pasador sobre disco.

RESULTADOS DE LAS PRUEBAS DE DESGASTE

La FIGURA 5 muestra 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 como ejemplo. Se puede instalar 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, como se refleja en el aumento progresivo de la profundidad real. La variación de 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.

La FIGURA 6 y la FIGURA 7 muestran los arañazos 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 mayor 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 - mostrando 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 de los arañazos, mostramos que la optimización de la fórmula de la pintura es fundamental para los comportamientos mecánicos, o más específicamente, la resistencia al rayado y la propiedad de adhesión de las pinturas acrílicas para suelos.

Tabla 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 los revestimientos comerciales para suelos y automóviles. El NANOVEA Mechanical Tester en modo de rascado 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 recubrimientos acrílicos de base acuosa para suelos probados en este estudio, demostramos que la muestra B posee el menor índice de COF y de desgaste y la segunda mejor resistencia al rayado, mientras que la muestra D presenta la mejor resistencia al rayado y la segunda mejor resistencia al desgaste. Esta valoración nos permite evaluar 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 todos los modos de indentación, rayado y desgaste que cumplen con las normas ISO y ASTM, proporcionando la más amplia gama de pruebas disponibles para la evaluación de la pintura en un solo módulo. El Tribómetro NANOVEA ofrece pruebas de desgaste y fricción precisas y repetibles utilizando modos rotativos y lineales que cumplen con las normas 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, incluyendo la dureza, el módulo de Young, la tenacidad a la fractura, la adhesión, la resistencia al desgaste y muchas otras. Hay disponibles perfiladores ópticos sin contacto NANOVEA opcionales para obtener imágenes en 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 la fractografía mediante perfilometría 3D

ANÁLISIS DE LA FRACTOGRAFÍA

UTILIZANDO LA PERFILOMETRÍA 3D

Preparado por

CRAIG LEISING

INTRODUCCIÓN

La fractografía es el estudio de las características de las superficies fracturadas e históricamente se ha investigado mediante microscopio o SEM. Dependiendo del tamaño de la característica, se selecciona un microscopio (macro características) o SEM (nano y micro características) para el análisis de la superficie. Ambos permiten en última instancia la identificación del tipo de mecanismo de fractura. Aunque eficaz, el microscopio tiene limitaciones claras y el SEM en la mayoría de los casos, aparte del análisis a nivel atómico, no es práctico para medir la superficie de fracturas y carece de una capacidad de uso más amplia. Con avances en la tecnología de medición óptica, NANOVEA Perfilómetro 3D sin contacto ahora se considera el instrumento preferido, con su capacidad de proporcionar mediciones de superficies en 2D y 3D desde nano hasta 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 cero influencia de la reflectividad de la muestra. Mide 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 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

La superficie, el volumen, la 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

La superficie, el volumen, la 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 ser claramente identificada y las subáreas o perfiles/secciones transversales pueden ser rápidamente extraídas y analizadas con una lista interminable de cálculos de superficie. Las características subnano de la superficie pueden analizarse aún más con un módulo AFM integrado.

Además, NANOVEA ha incluido una versión portátil a su línea de perfilómetros, especialmente crítica para los 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 la superficie de la fractura nunca ha sido más fácil y conveniente con un solo instrumento.

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Topografía de la superficie de la fibra de vidrio mediante perfilometría 3D

TOPOGRAFÍA DE LA SUPERFICIE DE LA FIBRA DE VIDRIO

UTILIZANDO LA PERFILOMETRÍA 3D

Preparado por

CRAIG LEISING

INTRODUCCIÓN

La fibra de vidrio es un material fabricado con fibras de vidrio extremadamente finas. Se utiliza como agente de refuerzo para 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 fuertes posible. Los compuestos de fibra de vidrio tienen una de las relaciones más altas entre resistencia y peso disponibles y, en algunos casos, libra por libra es más fuerte que el acero. Aparte de la alta resistencia, también es importante tener la menor superficie expuesta posible. Las grandes superficies 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 controlar la calidad de la producción.

OBJETIVO DE MEDICIÓN

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

NANOVEA

ST400

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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 ESCANEOVelocidad constante

ESPECIFICACIONES DE LA SONDA

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

RESULTADOS

VISTA DE COLOR FALSO

Planicidad 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 se muestra en los resultados, el NANOVEA ST400 Optical perfilador pudo medir con precisión la rugosidad y planitud de la superficie compuesta de fibra de vidrio. Los datos se pueden medir en múltiples lotes de compuestos de fibra o en un período de tiempo determinado para proporcionar información crucial sobre los diferentes procesos de fabricación de fibra de vidrio y cómo reaccionan con el tiempo. Por tanto, el ST400 es una opción viable para fortalecer el proceso de control de calidad de los materiales compuestos de fibra de vidrio.

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Desgaste y fricción de las correas de polímero con un tribómetro

CINTURONES DE POLÍMERO

DESGASTE Y FRICCIÓN CON UN TRIBÓMETRO

Preparado por

DUANJIE LI, PhD

INTRODUCCIÓN

Las transmisiones por correa transmiten la potencia y siguen 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 cinta, aserraderos, trilladoras, sopladores de silo y transportadores. Las transmisiones por correa pueden proteger la maquinaria de las sobrecargas, así como amortiguar y aislar las vibraciones.

IMPORTANCIA DE LA EVALUACIÓN DEL DESGASTE PARA 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 deslizamiento, 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. Para prolongar la vida útil de la correa y reducir el coste y el tiempo de reparación y sustitución de la misma, es conveniente realizar una evaluación fiable del 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 del NANOVEA Tribómetro T2000 en la simulación del proceso de desgaste de la correa de forma controlada y monitorizada.

NANOVEA

T2000

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PROCEDIMIENTOS DE PRUEBA

El coeficiente de fricción, COF, y la resistencia al desgaste de dos correas con diferente rugosidad y textura superficial fueron evaluados por el NANOVEA Carga alta Tribómetro utilizando el módulo de desgaste alternativo lineal. Como contramaterial se utilizó una bola de acero 440 (10 mm de diámetro). La rugosidad de la superficie y la huella de desgaste se examinaron utilizando un sistema integrado. 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 se puede aplicar cualquier material sólido con diferentes formas y acabados de superficie utilizando accesorios personalizados para simular la situación de aplicación real.

RESULTADOS Y DISCUSIÓN

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. Es 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 ambas pruebas realizadas con cargas de 10 N y 100 N. En comparación, la correa lisa probada bajo la carga de 10 N exhibe 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 probada bajo 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.

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

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

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

El perfil de la huella de desgaste en 3D 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 texturizada 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 mayor en comparación con la correa texturizada.

 

Una diferencia tan drástica de COF entre la correa texturizada y la lisa está posiblemente relacionada con el tamaño del área de contacto entre la correa y la bola de acero, lo que también conduce a su diferente rendimiento de desgaste. La FIGURA 3 muestra las huellas de desgaste de las dos correas bajo el microscopio óptico. El examen de las huellas de desgaste coincide 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 bajo 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 comentará en el siguiente párrafo.

FIGURA 3:  Huellas de desgaste bajo el 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 fundamental en la resistencia a la fricción y al desgaste de las correas durante su funcionamiento. 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 de la correa es un factor vital para su vida útil. La sobrecarga crea una fricción muy elevada, lo que provoca un desgaste acelerado de la correa.

El tribómetro NANOVEA T2000 ofrece pruebas de desgaste y fricción precisas y repetibles utilizando modos rotativos y lineales que cumplen con las normas ISO y ASTM, con módulos opcionales de desgaste a alta temperatura, lubricación y tribocorrosión disponibles en un sistema preintegrado. NANOVEA's 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 de fósiles mediante perfilometria de 3D

MICROESTRUCTURA FÓSIL

UTILIZANDO LA PERFILOMETRÍA 3D

Preparado por

DUANJIE LI, PhD

INTRODUCCIÓN

Los fósiles son los restos conservados de rastros 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. Los rasgos superficiales de la microestructura suelen conservarse cuando se produce la sustitución mineral de las conchas y los 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. 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, NANOVEA Perfilómetro 3D sin contacto Mide las características de la superficie sin tocar la muestra. Esto permite la preservación de las verdaderas características de la superficie de ciertas delicadas muestras fósiles. Además, el perfilómetro portátil modelo Jr25 permite la medición 3D en yacimientos de fósiles, lo que facilita sustancialmente el análisis y la protección de los fósiles después de 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

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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 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 de fósiles de braquiópodos.

FIGURA 2: Vista en falso color de la muestra de fósiles de braquiópodos

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. En la muestra del fósil de braquiópodo se observa ahora una peculiar textura de surco divergente.

FIGURA 3: Vista de falso color y vista de líneas de contorno después de la eliminación de la forma.

Se extrae un perfil de líneas de la zona texturizada 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 de perfil de línea y de altura de paso de la superficie texturizada.

FÓSIL DE TALLO DE CRINOIDE

La segunda muestra fósil es un fósil de tallo de Crinoide. Los crinoideos aparecieron por primera vez en los mares del período 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 crinoides.

La isotropía de la textura de la superficie y la rugosidad del fósil de tallo de Crinoide se analizan en la FIGURA 7. 

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

FIGURA 6: Vista en falso color de la Tallo de crinoide muestra.

 

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

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

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

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

CONCLUSIÓN

En esta aplicación, estudiamos exhaustivamente las características de la superficie 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. A continuación, se analizan las interesantes características de la superficie y la textura de las muestras. La muestra de braquiópodo posee una textura de surco divergente, mientras que el fósil de tallo de crinoide muestra una isotropía de textura preferente. Los detallados y precisos escaneos de superficie en 3D resultan ser herramientas ideales para que paleontólogos y geólogos estudien la evolución de las vidas 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 el de 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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