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CONTACTO

Inspección de superficies soldadas con un perfilómetro 3D portátil

Inspección de superficies soldadas

utilizando un perfilómetro 3D portátil

Preparado por

CRAIG LEISING

INTRODUCCIÓN

Puede ser fundamental que una soldadura concreta, normalmente inspeccionada visualmente, se examine con un nivel extremo de precisión. 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 realizar una evaluación crítica.

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

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

OBJETIVO DE MEDICIÓN

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

NANOVEA

JR25

SABER MÁS

RESULTADOS DE LAS PRUEBAS

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

la muestra

Una vez eliminado el perfil transversal 2D anterior del 3D, se calcula la información dimensional de la soldadura a continuación. Área superficial y volumen del material calculados solo para la soldadura a continuación.

 AGUJEROMÁXIMO
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 perfilómetro 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 y/o investigar más a fondo un método cuantitativo para la calidad y la repetibilidad. Las soldaduras de muestra, como el ejemplo de esta nota de aplicación, se pueden analizar fácilmente con un perfilómetro NANOVEA de mesa estándar o portátil para pruebas internas o de campo.

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Evaluación de arañazos y desgaste en revestimientos industriales

RECUBRIMIENTO INDUSTRIAL

EVALUACIÓN DEL RAYADO Y EL DESGASTE MEDIANTE UN TRIBÓMETRO

Preparado por

DUANJIE LI, Doctorado, y ANDREA HERRMANN

INTRODUCCIÓN

La pintura de uretano acrílico es un tipo de recubrimiento protector de secado rápido ampliamente utilizado en diversas aplicaciones industriales, como pintura para pisos, pintura para automóviles y otras. Cuando se utiliza como pintura para pisos, puede servir en áreas con mucho tránsito peatonal y de ruedas de goma, como pasillos, bordillos y estacionamientos.

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

Tradicionalmente, las pruebas de abrasión Taber se realizaban para evaluar la resistencia al desgaste de la pintura acrílica de uretano para pisos de acuerdo con la norma ASTM D4060. Sin embargo, como se menciona en la norma, “Para algunos materiales, las pruebas de abrasión que utilizan el abrasómetro Taber pueden estar sujetas a variaciones debido a cambios en las características abrasivas de la rueda durante la prueba”.1 Esto puede dar lugar a una mala reproducibilidad de los resultados de las pruebas y crear dificultades para comparar los valores comunicados por diferentes laboratorios. Además, en las pruebas de abrasión Taber, la resistencia a la abrasión se calcula como la pérdida de peso en un número específico de ciclos de abrasión. Sin embargo, las pinturas acrílicas de uretano para suelos tienen un espesor de película seca recomendado de 37,5-50 μm².

El agresivo proceso de abrasión del abrasómetro Taber puede desgastar rápidamente el recubrimiento de uretano acrílico y provocar una pérdida de masa en el sustrato, lo que da lugar a errores sustanciales en el cálculo de la pérdida de peso de la pintura. La implantación de partículas abrasivas en la pintura durante la prueba de abrasión también contribuye a los errores. Por lo tanto, es fundamental realizar una medición cuantificable y fiable bien controlada para garantizar una evaluación reproducible del desgaste de la pintura. Además, el prueba de resistencia al rayado permite a los usuarios detectar fallos prematuros en la adhesión/cohesión en aplicaciones reales.

OBJETIVO DE MEDICIÓN

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

El proceso de desgaste de las pinturas acrílicas de uretano para pisos con diferentes capas de acabado se simula de manera controlada y supervisada utilizando el tribómetro NANOVEA. Se utilizan pruebas de microarañazos 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

SABER MÁS

NANOVEA PB1000

El probador mecánico de plataforma grande

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PROCEDIMIENTO DE PRUEBA

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

PRUEBA DE DESGASTE

Se utilizó el tribómetro NANOVEA para evaluar el comportamiento tribológico, por ejemplo, el coeficiente de fricción (COF) y la resistencia al desgaste. Se aplicó una punta de bola SS440 (6 mm de diámetro, grado 100) contra las pinturas sometidas a prueba. 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 transversal de la huella de desgaste y n es el número de revoluciones. La rugosidad de la superficie y los perfiles de las huellas de desgaste se evaluaron con el NANOVEA. Perfilómetro óptico, y se examinó la morfología de la pista de desgaste con un microscopio óptico.

PARÁMETROS DE LA PRUEBA DE DESGASTE

FUERZA NORMAL

20 N

VELOCIDAD

15 m/min

DURACIÓN DE LA PRUEBA

100, 150, 300 y 800 ciclos

PRUEBA DE RAYADO

Se utilizó el probador mecánico NANOVEA equipado con una aguja de diamante Rockwell C (radio de 200 μm) para realizar pruebas de rayado con carga progresiva en las muestras de pintura utilizando el modo Micro Scratch Tester. Se utilizaron dos cargas finales: una carga final de 5 N para investigar la delaminación de la pintura de la imprimación y una de 35 N para investigar la delaminación 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.

El software del sistema generó automáticamente imágenes panorámicas de toda la longitud de los rayones y correlacionó sus puntos críticos de falla con las cargas aplicadas. Esta función del software permite a los usuarios realizar análisis de las marcas de los rayones en cualquier momento, en lugar de tener que determinar la carga crítica bajo el microscopio inmediatamente después de las pruebas de rayado.

PARÁMETROS DE LA PRUEBA DE RAYADO

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

RESULTADOS DE LA PRUEBA DE DESGASTE

Se realizaron cuatro pruebas de desgaste con pasador sobre disco a diferentes números de revoluciones (100, 150, 300 y 800 ciclos) en cada muestra con el fin de supervisar la evolución del desgaste. La morfología de la superficie de las muestras se midió con un perfilómetro 3D sin contacto NANOVEA 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. La FIGURA 4 presenta la evolución de las huellas de desgaste después de 100, 150, 300 y 800 ciclos, y la FIGURA 3 resume la tasa de desgaste media de diferentes 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 genera una cantidad considerable de residuos de pintura, como se indica en la FIGURA 4: la capa superior de la muestra A ha comenzado a desprenderse en las primeras 100 revoluciones. Como se muestra en la FIGURA 3, la muestra A presenta la tasa de desgaste más alta, de ~5 μm2/N, en los primeros 300 ciclos, que disminuye ligeramente hasta ~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, las muestras B y D muestran propiedades tribológicas mejoradas. La muestra B mantiene un bajo coeficiente de fricción (COF) 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 subyacente después de 800 ciclos de desgaste. La tasa de desgaste promedio más baja, de solo ~0,77 μm2/N, se mide para la muestra B a los 800 ciclos. La capa superior de la muestra D comienza a deslaminarse después de 375 ciclos, como se refleja en el aumento abrupto del COF en la FIGURA 2. La tasa de desgaste promedio de la muestra D es de ~1,1 μm2/N a los 800 ciclos.

 

En comparación con las mediciones de abrasión Taber convencionales, el tribómetro NANOVEA proporciona evaluaciones de desgaste cuantificables y fiables bien controladas que garantizan evaluaciones reproducibles y el control de calidad de las pinturas comerciales para suelos y automóviles. Además, la capacidad de realizar 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 fundamental para mejorar la comprensión básica del mecanismo de desgaste y las características tribológicas de diversos recubrimientos de pintura.

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

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

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

FIGURA 4: Evolución de las marcas de desgaste durante las pruebas de pasador sobre disco.

RESULTADOS DE LA PRUEBA DE RAYADO

La FIGURA 5 muestra el gráfico de la fuerza normal, la fuerza de fricción y la profundidad real en función de la longitud del rayón para la muestra A, a modo de ejemplo. Se puede instalar un módulo opcional de emisión acústica para proporcionar más información. A medida que la carga normal aumenta linealmente, la punta de la indentación se hunde gradualmente en la muestra sometida a prueba, lo que se refleja en el aumento progresivo de la profundidad real. La variación en las pendientes de las curvas de fuerza de fricción y profundidad real puede utilizarse como uno de los indicios de que comienzan a producirse fallos en el recubrimiento.

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

Las FIGURAS 6 y 7 muestran los rayones completos de las cuatro muestras de pintura probadas 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. Las pruebas de rayado con una carga final de 5 N (FIGURA 6) evalúan el fallo cohesivo/adhesivo de la pintura superior, mientras que las realizadas con 35 N (FIGURA 7) evalúan la deslaminación de la imprimación. Las flechas de las micrografías indican el punto en el que la capa superior o la imprimación comienzan a desprenderse completamente de la imprimación o del sustrato. La carga en este punto, denominada carga crítica, Lc, se utiliza para comparar las propiedades cohesivas o adhesivas de la pintura, tal y como se resume en la Tabla 1.

 

Es evidente que la muestra de pintura D tiene la mejor adhesión interfacial, ya que presenta los valores Lc más altos, 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 rayado, demostramos que la optimización de la fórmula de la pintura es fundamental para el comportamiento mecánico o, más concretamente, para la resistencia al rayado y la propiedad de adhesión de las pinturas acrílicas para suelos.

Cuadro 1: Resumen de cargas críticas.

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

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

CONCLUSIÓN

En comparación con las mediciones de abrasión Taber convencionales, el probador mecánico y el tribómetro NANOVEA son herramientas superiores para la evaluación y el control de calidad de los recubrimientos comerciales para pisos y automóviles. El probador mecánico NANOVEA en modo Rasguño puede detectar problemas de adhesión/cohesión en un sistema de recubrimiento. 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 análisis tribológicos y mecánicos exhaustivos realizados a los recubrimientos acrílicos para suelos a base de agua probados en este estudio, demostramos que la muestra B posee el menor coeficiente de fricción y la menor tasa de desgaste, así como 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 evaluación nos permite valorar y seleccionar el mejor candidato en función de las necesidades de los diferentes entornos de aplicación.

 

Los módulos Nano y Micro del probador mecánico NANOVEA incluyen modos de prueba de indentación, rayado y desgaste que cumplen con las normas ISO y ASTM, lo que proporciona la gama más amplia de pruebas disponibles para la evaluación de pinturas 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 tribocorrosión disponibles en un sistema preintegrado. La inigualable gama de NANOVEA es una solución ideal para determinar todas las propiedades mecánicas y tribológicas de recubrimientos, películas y sustratos finos o gruesos, blandos o duros, incluyendo la dureza, el módulo de Young, la resistencia a la fractura, la adhesión, la resistencia al desgaste y muchas otras. Los perfilómetros ópticos sin contacto opcionales de NANOVEA están disponibles para la obtención de imágenes 3D de alta resolución de arañazos y marcas de desgaste, además de otras mediciones de superficie, como la rugosidad.

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Medición de la dureza de los arañazos mediante un comprobador mecánico

MEDICIÓN DE LA DUREZA AL RAYADO

UTILIZANDO UN COMPROBADOR MECÁNICO

Preparado por

DUANJIE LI, Doctor

INTRODUCCIÓN

En general, los ensayos de dureza miden la resistencia de los materiales a la deformación permanente o plástica. Existen tres tipos de mediciones de la dureza: dureza al rayado, dureza por indentación y dureza por rebote. El ensayo de dureza al rayado mide la resistencia de un material al rayado y la abrasión debidos a la fricción de un objeto afilado1. Fue desarrollado originalmente por el mineralogista alemán Friedrich Mohs en 1820 y todavía se utiliza ampliamente para clasificar las propiedades físicas de los minerales2. Este método de ensayo también es aplicable a metales, cerámicas, polímeros y superficies recubiertas.

Durante una medición de la dureza al rayado, un palpador de diamante de geometría especificada raya la superficie de un material a lo largo de una trayectoria lineal bajo una fuerza normal constante con una velocidad constante. Se mide la anchura media del rayado y se utiliza para calcular el número de dureza al rayado (HSP). Esta técnica proporciona una solución sencilla para escalar la dureza de diferentes materiales.

OBJETIVO DE MEDICIÓN

En este estudio, el Probador Mecánico NANOVEA PB1000 se utiliza para medir la dureza al rayado de diferentes metales de acuerdo con ASTM G171-03.

Simultáneamente, este estudio muestra la capacidad del NANOVEA Comprobador mecánico en la medición de la dureza al rayado con gran precisión y reproducibilidad.

NANOVEA

PB1000

SABER MÁS
nanoindentador y rayador Nanovea PB1000

CONDICIONES DE ENSAYO

El comprobador mecánico NANOVEA PB1000 realizó ensayos de dureza al rayado en tres metales pulidos (Cu110, Al6061 y SS304). Se utilizó un palpador cónico de diamante con un ángulo de vértice de 120° y un radio de punta de 200 µm. Cada muestra se rayó tres veces con los mismos parámetros de ensayo para garantizar la reproducibilidad de los resultados. Los parámetros de prueba se resumen a continuación. Se realizó un barrido de perfil a una carga normal baja de 10 mN antes y después del prueba de resistencia al rayado para medir el cambio en el perfil de la superficie del arañazo.

PARÁMETROS DE PRUEBA

FUERZA NORMAL

10 N

TEMPERATURA

24°C (RT)

VELOCIDAD DE DESLIZAMIENTO

20 mm/min

DISTANCIA DE DESLIZAMIENTO

10 mm

ATMÓSFERA

Aire

RESULTADOS Y DEBATE

Las imágenes de las huellas de rayado de tres metales (Cu110, Al6061 y SS304) después de las pruebas se muestran en la FIGURA 1 con el fin de comparar la dureza de rayado de diferentes materiales. La función de mapeo del software NANOVEA Mechanical se utilizó para crear tres rayados paralelos ensayados bajo la misma condición en un protocolo automatizado. El ancho de la pista de rayado medido y el número de dureza de rayado calculado (HSP) se resumen y comparan en la TABLA 1. Los metales muestran diferentes anchos de pista de desgaste de 174, 220 y 89 µm para Al6061, Cu110 y SS304, respectivamente, dando como resultado un HSP calculado de 0,84, 0,52 y 3,2 GPa.

Además de la dureza al rayado calculada a partir de la anchura de la pista de rayado, se registraron in situ la evolución del coeficiente de fricción (COF), la profundidad real y la emisión acústica durante el ensayo de dureza al rayado. La profundidad real es la diferencia de profundidad entre la profundidad de penetración del palpador durante la prueba de rayado y el perfil de superficie medido en la exploración previa. En la FIGURA 2 se muestran, a modo de ejemplo, el COF, la profundidad real y la emisión acústica del Cu110. Esta información permite conocer los fallos mecánicos que tienen lugar durante el rayado, lo que permite a los usuarios detectar defectos mecánicos e investigar más a fondo el comportamiento al rayado del material ensayado.

Los ensayos de dureza al rayado pueden finalizarse en un par de minutos con gran precisión y repetibilidad. En comparación con los procedimientos de indentación convencionales, el ensayo de dureza al rayado de este estudio proporciona una solución alternativa para las mediciones de dureza, que resulta útil para el control de calidad y el desarrollo de nuevos materiales.

Al6061

Cu110

SS304

FIGURA 1: Imagen microscópica de las huellas de arañazos tras la prueba (aumento 100x).

 Anchura de la huella del arañazo (μm)HSp (GPa)
Al6061174±110.84
Cu110220±10.52
SS30489±53.20

TABLA 1: Resumen de la anchura de la pista de rayado y del número de dureza del rayado.

FIGURA 2: Evolución del coeficiente de fricción, de la profundidad real y de las emisiones acústicas durante el ensayo de dureza al rayado en Cu110.

CONCLUSIÓN

En este estudio, mostramos la capacidad del NANOVEA Mechanical Tester para realizar ensayos de dureza al rayado conforme a la norma ASTM G171-03. Además de la adherencia del revestimiento y la resistencia al rayado, el ensayo de rayado con carga constante proporciona una solución alternativa sencilla para comparar la dureza de los materiales. A diferencia de los durómetros de rayado convencionales, los Comprobadores Mecánicos NANOVEA ofrecen módulos opcionales para controlar in situ la evolución del coeficiente de fricción, la emisión acústica y la profundidad real.

Los módulos Nano y Micro de un NANOVEA Mechanical Tester incluyen modos de indentación, rayado y desgaste conformes a ISO y ASTM, proporcionando la gama de ensayos más amplia y fácil de usar disponible en un solo sistema. La gama inigualable de NANOVEA es una solución ideal para determinar la gama completa de propiedades mecánicas de revestimientos, películas y sustratos finos o gruesos, blandos o duros, incluyendo dureza, módulo de Young, tenacidad a la fractura, adhesión, resistencia al desgaste y muchos otros.

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Prueba de rayado del revestimiento de nitruro de titanio

PRUEBA DE RAYADO DEL RECUBRIMIENTO DE NITRURO DE TITANIO

INSPECCIÓN DE CONTROL DE CALIDAD

Preparado por

DUANJIE LI, Doctor

INTRODUCCIÓN

La combinación de alta dureza, excelente resistencia al desgaste, resistencia a la corrosión e inercia hace que el nitruro de titanio (TiN) sea un recubrimiento protector ideal para componentes metálicos en diversas industrias. Por ejemplo, la retención de los bordes y la resistencia a la corrosión de un recubrimiento de TiN pueden aumentar sustancialmente la eficiencia del trabajo y prolongar la vida útil de las herramientas mecánicas, como las cuchillas de afeitar, los cortadores de metal, los moldes de inyección y las sierras. Su alta dureza, inercia y no toxicidad hacen del TiN un excelente candidato para aplicaciones en dispositivos médicos, incluidos implantes e instrumentos quirúrgicos.

IMPORTANCIA DE LAS PRUEBAS DE RAYADO DEL RECUBRIMIENTO DE TiN

La tensión residual en los recubrimientos protectores PVD/CVD desempeña un papel fundamental en el rendimiento y la integridad mecánica del componente recubierto. La tensión residual se deriva de varias fuentes principales, entre las que se incluyen la tensión de crecimiento, los gradientes térmicos, las restricciones geométricas y la tensión de servicio¹. La discrepancia en la expansión térmica entre el recubrimiento y el sustrato que se produce durante la deposición del recubrimiento a temperaturas elevadas da lugar a una alta tensión residual térmica. Además, las herramientas recubiertas de TiN se utilizan a menudo bajo tensiones muy concentradas, por ejemplo, brocas y rodamientos. Es fundamental desarrollar un proceso de control de calidad fiable para inspeccionar cuantitativamente la resistencia cohesiva y adhesiva de los recubrimientos funcionales protectores.

[1] V. Teixeira, Vacuum 64 (2002) 393-399.

OBJETIVO DE MEDICIÓN

En este estudio, mostramos que el NANOVEA Comprobadores mecánicos en modo Scratch son ideales para evaluar la resistencia cohesiva/adhesiva de los recubrimientos protectores de TiN de forma controlada y cuantitativa.

NANOVEA

PB1000

SABER MÁS
nanoindentador y rayador Nanovea PB1000

CONDICIONES DE ENSAYO

Se utilizó el comprobador mecánico NANOVEA PB1000 para realizar el recubrimiento. pruebas de rascado en tres recubrimientos de TiN utilizando los mismos parámetros de prueba que se resumen a continuación:

MODO DE CARGA: Lineal progresivo

CARGA INICIAL

0,02 N

CARGA FINAL

10 N

VELOCIDAD DE CARGA

20 N/min

LONGITUD DEL RASPADO

5 mm

TIPO DE INDENTADOR

Esférico-cónico

Diamante, radio de 20 μm

RESULTADOS Y DEBATE

La FIGURA 1 muestra la evolución registrada de la profundidad de penetración, el coeficiente de fricción (COF) y la emisión acústica durante la prueba. Las microrayaduras completas en las muestras de TiN se muestran en la FIGURA 2. Los comportamientos de fallo a diferentes cargas críticas se muestran en la FIGURA 3, donde la carga crítica Lc1 se define como la carga a la que se produce el primer signo de grieta cohesiva en la traza de rayado, Lc2 es la carga a partir de la cual se producen fallos repetidos por espalación, y Lc3 es la carga a la que el recubrimiento se desprende completamente del sustrato. Los valores de carga crítica (Lc) para los recubrimientos de TiN se resumen en la FIGURA 4.

La evolución de la profundidad de penetración, el COF y la emisión acústica proporcionan información sobre el mecanismo de fallo del recubrimiento en diferentes etapas, que se representan mediante las cargas críticas en este estudio. Se puede observar que la muestra A y la muestra B muestran un comportamiento similar durante la prueba de rayado. El lápiz penetra progresivamente en la muestra hasta una profundidad de ~0,06 mm y el COF aumenta gradualmente hasta ~0,3 a medida que la carga normal aumenta linealmente al comienzo de la prueba de rayado del recubrimiento. Cuando se alcanza el Lc1 de ~3,3 N, se produce el primer signo de fallo por astillamiento. Esto también se refleja en los primeros picos importantes en el gráfico de profundidad de penetración, COF y emisión acústica. A medida que la carga sigue aumentando hasta Lc2 de ~3,8 N, se produce una mayor fluctuación de la profundidad de penetración, el COF y la emisión acústica. Podemos observar un fallo por espalación continuo presente en ambos lados de la pista de rayado. En Lc3, el recubrimiento se deslamina completamente del sustrato metálico bajo la alta presión aplicada por el estilete, dejando el sustrato expuesto y sin protección.

En comparación, la muestra C presenta cargas críticas más bajas en diferentes etapas de las pruebas de rayado del recubrimiento, lo que también se refleja en la evolución de la profundidad de penetración, el coeficiente de fricción (COF) y la emisión acústica durante la prueba de rayado del recubrimiento. La muestra C posee una capa intermedia de adhesión con menor dureza y mayor tensión en la interfaz entre el recubrimiento superior de TiN y el sustrato metálico en comparación con la muestra A y la muestra B.

Este estudio demuestra la importancia de un soporte adecuado del sustrato y una arquitectura adecuada del recubrimiento para la calidad del sistema de recubrimiento. Una capa intermedia más resistente puede resistir mejor la deformación bajo una carga externa elevada y una tensión de concentración, lo que mejora la fuerza cohesiva y adhesiva del sistema de recubrimiento/sustrato.

FIGURA 1: Evolución de la profundidad de penetración, el COF y la emisión acústica de las muestras de TiN.

FIGURA 2: Rastro completo de rayaduras de los recubrimientos TiN después de las pruebas.

FIGURA 3: Fallos del recubrimiento TiN bajo diferentes cargas críticas, Lc.

FIGURA 4: Resumen de los valores de carga crítica (Lc) para los recubrimientos de TiN.

CONCLUSIÓN

En este estudio, demostramos que el probador mecánico NANOVEA PB1000 realiza pruebas de rayado fiables y precisas en muestras recubiertas de TiN de forma controlada y estrechamente supervisada. Las mediciones de rayado permiten a los usuarios identificar rápidamente la carga crítica a la que se producen los fallos típicos de cohesión y adhesión del recubrimiento. Nuestros instrumentos son herramientas de control de calidad superiores que pueden inspeccionar y comparar cuantitativamente la calidad intrínseca de un recubrimiento y la integridad interfacial de un sistema de recubrimiento/sustrato. Un recubrimiento con una capa intermedia adecuada puede resistir grandes deformaciones bajo una alta carga externa y una tensión de concentración, y mejorar la fuerza de cohesión y adhesión de un sistema de recubrimiento/sustrato.

Los módulos Nano y Micro de un medidor mecánico NANOVEA incluyen modos de medición de indentación, rayado y desgaste que cumplen con las normas ISO y ASTM, lo que proporciona la gama de pruebas más amplia y fácil de usar disponible en un solo sistema. La inigualable gama de NANOVEA es la solución ideal para determinar todas las propiedades mecánicas de recubrimientos, películas y sustratos finos o gruesos, blandos o duros, incluyendo la dureza, el módulo de Young, la resistencia a la fractura, la adhesión, la resistencia al desgaste y muchas otras.

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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

SABER MÁS
Perfilómetro óptico 3D Nanovea ST400 para el análisis de la profundidad del dibujo y la rugosidad de la superficie de los neumáticos.

RESULTADOS

SUPERFICIE SUPERIOR

Dirección de la textura de la superficie 3D

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

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

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

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

SABER MÁS
Perfilómetro óptico 3D Nanovea ST400 para el análisis de la profundidad del dibujo y la rugosidad de la superficie de los neumáticos.

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 ALCANCE1 mm
RESOLUCIÓN Z 25 nm
PRECISIÓN Z200 nm
RESOLUCIÓN LATERAL 2 μm

RESULTADOS

VISTA EN FALSO COLOR

Planitud de la superficie 3D

Rugosidad superficial 3D

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

CONCLUSIÓN

Como 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.

Tribómetro neumático de alta carga

OBJETIVO DE MEDICIÓN

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

NANOVEA

T2000

SABER MÁS

PROCEDIMIENTOS DE PRUEBA

El coeficiente de fricción, COF, y la resistencia al desgaste de dos correas con diferente rugosidad y textura superficial se evaluaron mediante el NANOVEA Alta carga Tribómetro utilizando un módulo de desgaste alternativo lineal. 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

SABER MÁS

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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Rendimiento de abrasión con papel de lija utilizando un tribómetro

RENDIMIENTO DE ABRASIÓN DEL PAPEL DE LAMA

UTILIZANDO UN TRIBÓMETRO

prueba de abrasión con lija

Preparado por

DUANJIE LI, Doctor

INTRODUCCIÓN

El papel de lija está compuesto por partículas abrasivas adheridas a una de las caras de un papel o tela. Para las partículas se pueden utilizar diversos materiales abrasivos, como granate, carburo de silicio, óxido de aluminio y diamante. El papel de lija se utiliza ampliamente en diversos sectores industriales para crear acabados superficiales específicos en madera, metal y paneles de yeso. A menudo se trabaja con él aplicando una gran presión con la mano o con herramientas eléctricas.

IMPORTANCIA DE EVALUAR EL RENDIMIENTO DE LA ABRASIÓN DEL PAPEL DE LIMA

La eficacia del papel de lija suele determinarse por su rendimiento abrasivo en diferentes condiciones. El tamaño del grano, es decir, el tamaño de las partículas abrasivas incrustadas en el papel de lija, determina la tasa de desgaste y el tamaño de los rayones del material que se lija. Los papeles de lija con números de grano más altos tienen partículas más pequeñas, lo que da como resultado velocidades de lijado más bajas y acabados superficiales más finos. Los papeles de lija con el mismo número de grano pero fabricados con materiales diferentes pueden tener comportamientos distintos en condiciones secas o húmedas. Se necesitan evaluaciones tribológicas fiables para garantizar que el papel de lija fabricado posea el comportamiento abrasivo deseado. Estas evaluaciones permiten a los usuarios comparar cuantitativamente los comportamientos de desgaste de diferentes tipos de papeles de lija de forma controlada y supervisada, con el fin de seleccionar el mejor candidato para la aplicación deseada.

OBJETIVO DE MEDICIÓN

En este estudio, mostramos la capacidad del tribómetro neumático de alta carga NANOVEA T2000 para evaluar cuantitativamente el rendimiento de abrasión de varias muestras de papel de lija en condiciones secas y húmedas.

NANOVEA T2000 Alta carga
Tribómetro neumático

DESCARGAR FOLLETO
SOLICITAR PRESUPUESTO
Tribómetro neumático de alta carga NANOVEA T2000

PROCEDIMIENTOS DE PRUEBA

El coeficiente de fricción (COF) y el rendimiento de abrasión de dos tipos de papeles de lija se evaluaron con el tribómetro NANOVEA T100. Se utilizó una bola de acero inoxidable 440 como material de contrapartida. Las marcas de desgaste de la bola se examinaron después de cada prueba de desgaste utilizando el NANOVEA. Perfilador óptico 3D sin contacto para garantizar mediciones precisas de la pérdida de volumen.

Tenga en cuenta que se eligió una bola de acero inoxidable 440 como material de contrapartida para realizar un estudio comparativo, pero se podría sustituir por cualquier material sólido para simular una condición de aplicación diferente.

Parámetros de prueba de abrasión con lija
pruebas tribológicas con lija

RESULTADOS DE LAS PRUEBAS Y DISCUSIÓN

La FIGURA 1 muestra una comparación del COF del papel de lija 1 y 2 en condiciones ambientales secas y húmedas. El papel de lija 1, en condiciones secas, muestra un COF de 0,4 al inicio de la prueba, que disminuye progresivamente y se estabiliza en 0,3. En condiciones húmedas, esta muestra presenta un COF medio más bajo, de 0,27. Por el contrario, los resultados del COF de la muestra 2 muestran un COF seco de 0,27 y un COF húmedo de ~ 0,37. 

Tenga en cuenta que la oscilación en los datos de todos los gráficos COF se debió a las vibraciones generadas por el movimiento deslizante de la bola contra las superficies rugosas del papel de lija.

Coeficiente de fricción por abrasión con lija

FIGURA 1: Evolución del COF durante las pruebas de desgaste.

La FIGURA 2 resume los resultados del análisis de las marcas de desgaste. Las marcas de desgaste se midieron utilizando un microscopio óptico y un perfilómetro óptico sin contacto NANOVEA 3D. Las FIGURAS 3 y 4 comparan las marcas de desgaste de las bolas SS440 desgastadas tras las pruebas de desgaste en el papel de lija 1 y 2 (en condiciones húmedas y secas). Como se muestra en la FIGURA 4, el perfilómetro óptico NANOVEA captura con precisión la topografía de la superficie de las cuatro bolas y sus respectivas marcas de desgaste, que luego se procesaron con el software de análisis avanzado NANOVEA Mountains para calcular la pérdida de volumen y la tasa de desgaste. En la imagen microscópica y del perfil de la bola se puede observar que la bola utilizada para la prueba con lija 1 (seca) presentaba una marca de desgaste aplanada más grande en comparación con las demás, con una pérdida de volumen de 0,313. mm3. Por el contrario, la pérdida de volumen del papel de lija 1 (húmedo) fue de 0,131. mm3. Para el papel de lija 2 (seco), la pérdida de volumen fue de 0,163. mm3 y para el papel de lija 2 (húmedo), la pérdida de volumen aumentó a 0,237. mm3.

Además, es interesante observar que el COF desempeñó un papel importante en el rendimiento de abrasión de las lijas. La lija 1 presentó un COF más alto en condiciones secas, lo que dio lugar a una mayor tasa de abrasión para la bola SS440 utilizada en la prueba. En comparación, el mayor COF del papel de lija 2 en condiciones húmedas dio lugar a una mayor tasa de abrasión. Las marcas de desgaste de los papeles de lija después de las mediciones se muestran en la FIGURA 5.

Tanto el papel de lija 1 como el 2 afirman funcionar tanto en entornos secos como húmedos. Sin embargo, mostraron un rendimiento de abrasión significativamente diferente en condiciones secas y húmedas. NANOVEA tribómetros proporcionan capacidades de evaluación del desgaste cuantificables, fiables y bien controladas que garantizan evaluaciones reproducibles del desgaste. Además, la capacidad de medición del COF in situ permite a los usuarios correlacionar las diferentes etapas de un proceso de desgaste con la evolución del COF, lo cual es fundamental para mejorar la comprensión básica del mecanismo de desgaste y las características tribológicas del papel de lija.

prueba de tribología por abrasión con lija

FIGURA 2: Desgaste del volumen de las bolas y COF promedio en diferentes condiciones.

prueba de abrasión con lija - en seco
Prueba de abrasión con lija - en seco
prueba de abrasión con lija - húmeda
Prueba de abrasión con lija - húmeda

FIGURA 3: Lleva las cicatrices de las pelotas después de las pruebas.

abrasión con lija - perfilometría
abrasión con lija - perfil de la superficie
Prueba de abrasión con lija - Perfil tridimensional de la superficie
Prueba de abrasión con lija - Escaneo 3D de superficies

FIGURA 4: Morfología 3D de las marcas de desgaste en las bolas.

Resultados de la prueba de abrasión con lija
Resultados de las pruebas de abrasión con lija
Resultados de la prueba tribológica de abrasión con lija
Resultados de las pruebas de abrasión con lija

FIGURA 5: Desgaste de las bandas de rodadura en los papeles de lija en diferentes condiciones.

CONCLUSIÓN

En este estudio se evaluó el rendimiento de abrasión de dos tipos de lijas con el mismo número de grano en condiciones secas y húmedas. Las condiciones de uso de la lija desempeñan un papel fundamental en la eficacia del rendimiento del trabajo. La lija 1 presentó un comportamiento de abrasión significativamente mejor en condiciones secas, mientras que la lija 2 obtuvo mejores resultados en condiciones húmedas. La fricción durante el proceso de lijado es un factor importante a tener en cuenta a la hora de evaluar el rendimiento de abrasión. El perfilómetro óptico NANOVEA mide con precisión la morfología 3D de cualquier superficie, como las marcas de desgaste en una bola, lo que garantiza una evaluación fiable del rendimiento de abrasión del papel de lija en este estudio. El tribómetro NANOVEA mide el coeficiente de fricción in situ durante una prueba de desgaste, lo que proporciona información sobre las diferentes etapas de un proceso de desgaste. También ofrece pruebas de desgaste y fricción repetibles utilizando modos rotativos y lineales que cumplen con las normas ISO y ASTM, con módulos opcionales de desgaste a alta temperatura y lubricación disponibles en un sistema preintegrado. Esta gama inigualable permite a los usuarios simular diferentes entornos de trabajo severos de los rodamientos de bolas, incluyendo altas tensiones, desgaste y altas temperaturas, etc. También proporciona una herramienta ideal para evaluar cuantitativamente los comportamientos tribológicos de materiales superiores resistentes al desgaste bajo cargas elevadas.

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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

SABER MÁS

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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