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Catégorie : Essais de profilométrie

 

Analyse de surface grenaillée

ANALYSE DE SURFACE GRAPPEE

UTILISATION DU PROFILOMÈTRE 3D SANS CONTACT

Préparé par

CRAIG LEISING

INTRODUCTION

Le grenaillage est un processus dans lequel un substrat est bombardé avec des billes sphériques de métal, de verre ou de céramique - communément appelées "grenaille" - à une force destinée à induire une plasticité sur la surface. L'analyse des caractéristiques avant et après le grenaillage fournit des informations cruciales pour améliorer la compréhension et le contrôle du processus. La rugosité de la surface et la zone de couverture des fossettes laissées par le tir sont des aspects particulièrement intéressants.

Importance du profilomètre 3D sans contact pour l'analyse de surface grenaillée

Contrairement aux profilomètres à contact traditionnels, traditionnellement utilisés pour l'analyse des surfaces grenaillées, la mesure 3D sans contact fournit une image 3D complète pour offrir une compréhension plus complète de la zone de couverture et de la topographie de la surface. Sans fonctionnalités 3D, une inspection s’appuiera uniquement sur des informations 2D, insuffisantes pour caractériser une surface. Comprendre la topographie, la zone de couverture et la rugosité en 3D constitue la meilleure approche pour contrôler ou améliorer le processus de grenaillage. NANOVEA Profilomètres 3D sans contact utilise la technologie Chromatic Light avec une capacité unique à mesurer les angles abrupts trouvés sur les surfaces usinées et martelées. De plus, lorsque d'autres techniques ne parviennent pas à fournir des données fiables en raison du contact de la sonde, de la variation de la surface, de l'angle ou de la réflectivité, les profilomètres NANOVEA réussissent.

OBJECTIF DE MESURE

Dans cette application, le profilomètre sans contact NANOVEA ST400 est utilisé pour mesurer la matière première et deux surfaces martelées différemment pour un examen comparatif. Il existe une liste interminable de paramètres de surface qui peuvent être calculés automatiquement après le scan de surface 3D. Ici, nous examinerons la surface 3D et sélectionnerons les zones d'intérêt pour une analyse plus approfondie, y compris la quantification et l'étude de la rugosité, des fossettes et de la surface.

NANOVEA

ST400

EN SAVOIR PLUS
profilomètre optique sans contact 3d

L'ÉCHANTILLON

RÉSULTATS

SURFACE EN ACIER

ISO 25178 PARAMÈTRES DE RUGOSITÉ 3D

SA 0,399 μm Rugosité moyenne
Sq 0,516 μm Rugosité RMS
Sz 5,686 μm Pic à vallée maximum
Sp 2,976 μm Hauteur maximale du pic
Sv 2,711 μm Profondeur maximale de la fosse
UGS 3.9344 Kurtosis
Ssk -0.0113 Skewness
Sal 0,0028 millimètres Longueur d'auto-corrélation
Str 0.0613 Rapport d'aspect des textures
Sdar 26,539 mm² Superficie
Svk 0,589 μm Profondeur réduite de la vallée
 

RÉSULTATS

SURFACE MARTELÉE 1

SURFACE COUVERTE
98.105%

ISO 25178 PARAMÈTRES DE RUGOSITÉ 3D

Sa 4.102 μm Rugosité moyenne
Sq 5,153 μm Rugosité RMS
Sz 44,975 μm Pic à vallée maximum
Sp 24,332 μm Hauteur maximale du pic
Sv 20,644 μm Profondeur maximale de la fosse
UGS 3.0187 Kurtosis
Ssk 0.0625 Skewness
Sal 0,0976 mm Longueur d'auto-corrélation
Str 0.9278 Rapport d'aspect des textures
Sdar 29,451 mm² Superficie
Svk 5,008 μm Profondeur réduite de la vallée

RÉSULTATS

SURFACE MARTELÉE 2

SURFACE COUVERTE 97.366%

ISO 25178 PARAMÈTRES DE RUGOSITÉ 3D

Sa 4.330 μm Rugosité moyenne
Sq 5,455 μm Rugosité RMS
Sz 54,013 μm Pic à vallée maximum
Sp 25,908 μm Hauteur maximale du pic
Sv 28.105 μm Profondeur maximale de la fosse
UGS 3.0642 Kurtosis
Ssk 0.1108 Skewness
Sal 0,1034 mm Longueur d'auto-corrélation
Str 0.9733 Rapport d'aspect des textures
Sdar 29,623 mm² Superficie
Svk 5,167 μm Profondeur réduite de la vallée

CONCLUSION

Dans cette application d'analyse de surface grenaillée, nous avons démontré comment le profileur 3D sans contact NANOVEA ST400 caractérise précisément à la fois la topographie et les détails nanométriques d'une surface grenaillée. Il est évident que la Surface 1 et la Surface 2 ont un impact significatif sur tous les paramètres rapportés ici par rapport à la matière première. Un simple examen visuel des images révèle les différences entre les surfaces. Ceci est encore confirmé en observant la zone de couverture et les paramètres énumérés. Par rapport à la surface 2, la surface 1 présente une rugosité moyenne inférieure (Sa), des bosses moins profondes (Sv) et une surface réduite (Sdar), mais une zone de couverture légèrement supérieure.

À partir de ces mesures de surface 3D, les zones d'intérêt peuvent être facilement identifiées et soumises à une gamme complète de mesures, y compris la rugosité, la finition, la texture, la forme, la topographie, la planéité, le gauchissement, la planéité, le volume, la hauteur de marche et autres. Une coupe 2D peut être rapidement choisie pour une analyse détaillée. Ces informations permettent une étude complète des surfaces grenaillées, en utilisant une gamme complète de ressources de mesure de surface. Des domaines d'intérêt spécifiques pourraient être examinés plus en détail avec un module AFM intégré. Les profilomètres 3D NANOVEA offrent des vitesses allant jusqu'à 200 mm/s. Ils peuvent être personnalisés en termes de taille, de vitesse, de capacités de numérisation et peuvent même être conformes aux normes de salle blanche de classe 1. Des options telles que le convoyeur d'indexation et l'intégration pour une utilisation en ligne ou en ligne sont également disponibles.

Un merci spécial à M. Hayden du FMI pour avoir fourni l'échantillon présenté dans cette note. Finissage industriel des métaux inc. | indmetfin.com

Morphologie de la surface de la peinture

MORPHOLOGIE DE LA SURFACE DE PEINTURE

SUIVI AUTOMATISÉ DE L'ÉVOLUTION EN TEMPS RÉEL
UTILISATION DU PROFILOMÈTRE 3D NANOVEA

Préparé par

DUANJIE LI, PhD

INTRODUCTION

Les propriétés protectrices et décoratives de la peinture jouent un rôle important dans une variété d'industries, y compris l'automobile, la marine, l'armée et la construction. Pour obtenir les propriétés souhaitées, telles que la résistance à la corrosion, la protection contre les UV et la résistance à l'abrasion, les formules et les architectures de peinture sont soigneusement analysées, modifiées et optimisées.

IMPORTANCE DU PROFILOMÈTRE 3D SANS CONTACT POUR L'ANALYSE DE LA MORPHOLOGIE DE LA SURFACE DE LA PEINTURE SÉCHANTE

La peinture est généralement appliquée sous forme liquide et subit un processus de séchage, qui implique l'évaporation des solvants et la transformation de la peinture liquide en un film solide. Au cours du processus de séchage, la surface de la peinture change progressivement de forme et de texture. Différentes finitions et textures de surface peuvent être développées en utilisant des additifs pour modifier la tension de surface et les propriétés d'écoulement de la peinture. Cependant, dans le cas d'une recette de peinture mal formulée ou d'un traitement de surface inapproprié, des défaillances indésirables de la surface de peinture peuvent se produire.

Une surveillance précise in situ de la morphologie de la surface de la peinture pendant la période de séchage peut fournir un aperçu direct du mécanisme de séchage. De plus, l’évolution en temps réel des morphologies de surface constitue une information très utile dans diverses applications, comme l’impression 3D. La NANOVÉA Profilomètres 3D sans contact mesurer la morphologie de la surface de la peinture des matériaux sans toucher l'échantillon, en évitant toute altération de forme qui pourrait être provoquée par des technologies de contact telles qu'un stylet coulissant.

OBJECTIF DE MESURE

Dans cette application, le profilomètre sans contact NANOVEA ST500, équipé d'un capteur optique de ligne à grande vitesse, est utilisé pour surveiller la morphologie de la surface de la peinture pendant sa période de séchage d'une heure. Nous présentons la capacité du profilomètre sans contact NANOVEA à fournir une mesure de profil 3D automatisée en temps réel des matériaux avec un changement de forme continu.

NANOVEA

ST500

EN SAVOIR PLUS

RÉSULTATS ET DISCUSSION

La peinture a été appliquée sur la surface d'une tôle, suivie immédiatement de mesures automatisées de l'évolution morphologique de la peinture en séchage in situ à l'aide du profilomètre sans contact NANOVEA ST500 équipé d'un capteur de ligne à grande vitesse. Une macro avait été programmée pour mesurer et enregistrer automatiquement la morphologie de la surface 3D à des intervalles de temps spécifiques : 0, 5, 10, 20, 30, 40, 50 et 60 min. Cette procédure d'analyse automatisée permet aux utilisateurs d'effectuer automatiquement des tâches d'analyse en exécutant des procédures définies dans l'ordre, ce qui réduit considérablement les efforts, le temps et les éventuelles erreurs de l'utilisateur par rapport aux tests manuels ou aux analyses répétées. Cette automatisation s'avère extrêmement utile pour les mesures à long terme impliquant plusieurs balayages à différents intervalles de temps.

Le capteur de ligne optique génère une ligne lumineuse composée de 192 points, comme illustré à la FIGURE 1. Ces 192 points lumineux balayent simultanément la surface de l'échantillon, ce qui augmente considérablement la vitesse de balayage. Cela garantit que chaque scan 3D est terminé rapidement pour éviter des changements de surface substantiels lors de chaque scan individuel.

FIGURE 1: Capteur de ligne optique balayant la surface de la peinture en cours de séchage.

La vue en fausses couleurs, la vue 3D et le profil 2D de la topographie de la peinture de séchage à des moments représentatifs sont illustrés sur la FIGURE 2, la FIGURE 3 et la FIGURE 4, respectivement. La fausse couleur dans les images facilite la détection de caractéristiques qui ne sont pas facilement discernables. Différentes couleurs représentent les variations de hauteur sur différentes zones de la surface de l'échantillon. La vue 3D offre aux utilisateurs un outil idéal pour observer la surface de la peinture sous différents angles. Au cours des 30 premières minutes du test, les fausses couleurs sur la surface de la peinture passent progressivement de tons plus chauds à des tons plus froids, indiquant une diminution progressive de la hauteur au fil du temps au cours de cette période. Ce processus ralentit, comme le montre le léger changement de couleur lors de la comparaison de la peinture à 30 et 60 minutes.

La hauteur moyenne de l'échantillon et les valeurs de rugosité Sa en fonction du temps de séchage de la peinture sont tracées à la FIGURE 5. L'analyse complète de la rugosité de la peinture après 0, 30 et 60 min de temps de séchage est répertoriée dans le TABLEAU 1. On peut observer que la hauteur moyenne de la surface de la peinture diminue rapidement de 471 à 329 µm au cours des 30 premières minutes de temps de séchage. La texture de surface se développe en même temps que le solvant se vaporise, conduisant à une augmentation de la valeur de rugosité Sa de 7,19 à 22,6 µm. Le processus de séchage de la peinture ralentit par la suite, entraînant une diminution progressive de la hauteur de l'échantillon et de la valeur Sa à 317 µm et 19,6 µm, respectivement, à 60 min.

Cette étude met en évidence les capacités du profilomètre 3D sans contact NANOVEA à surveiller les changements de surface 3D de la peinture en cours de séchage en temps réel, fournissant des informations précieuses sur le processus de séchage de la peinture. En mesurant la morphologie de la surface sans toucher l'échantillon, le profilomètre évite d'introduire des altérations de forme dans la peinture non séchée, ce qui peut se produire avec des technologies de contact comme le stylet coulissant. Cette approche sans contact garantit une analyse précise et fiable de la morphologie de la surface de séchage de la peinture.

FIGURE 2 : Évolution de la morphologie de la surface de séchage de la peinture à différents moments.

FIGURE 3 : Vue 3D de l'évolution de la surface de la peinture à différents temps de séchage.

FIGURE 4 : Profil 2D sur l'échantillon de peinture après différents temps de séchage.

FIGURE 5 : Évolution de la hauteur moyenne de l'échantillon et de la valeur de rugosité Sa en fonction du temps de séchage de la peinture.

ISO 25178

Temps de séchage (min) 0 5 10 20 30 40 50 60
Carré (µm) 7.91 9.4 10.8 20.9 22.6 20.6 19.9 19.6
UGS 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

Carré – Hauteur racine carrée moyenne | UGS – Kurtosis | Sp- Hauteur maximale du pic | Sv- Hauteur maximale de la fosse | Sz- Hauteur maximale | Sv- Hauteur moyenne arithmétique

TABLEAU 1 : Rugosité de la peinture à différents temps de séchage.

CONCLUSION

Dans cette application, nous avons présenté les capacités du profilomètre 3D sans contact NANOVEA ST500 pour surveiller l'évolution de la morphologie de la surface de la peinture pendant le processus de séchage. Le capteur de ligne optique à grande vitesse, générant une ligne avec 192 points lumineux qui balayent simultanément la surface de l'échantillon, a rendu l'étude rapide tout en garantissant une précision inégalée.

La fonction macro du logiciel d'acquisition permet de programmer des mesures automatisées de la morphologie de surface 3D in situ, ce qui la rend particulièrement utile pour les mesures à long terme impliquant plusieurs balayages à des intervalles de temps cibles spécifiques. Cela réduit considérablement le temps, les efforts et le potentiel d'erreurs de l'utilisateur. Les changements progressifs de la morphologie de la surface sont surveillés en continu et enregistrés en temps réel au fur et à mesure que la peinture sèche, fournissant des informations précieuses sur le mécanisme de séchage de la peinture.

Les données présentées ici ne représentent qu'une fraction des calculs disponibles dans le logiciel d'analyse. Les profilomètres NANOVEA sont capables de mesurer pratiquement n'importe quelle surface, qu'elle soit transparente, sombre, réfléchissante ou opaque.

 

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Cartographie de l'usure progressive des revêtements de sol à l'aide d'un tribomètre

Cartographie de l'usure progressive des revêtements de sol

Utilisation d'un tribomètre avec profilomètre intégré

Préparé par

FRANK LIU

INTRODUCTION

Les matériaux de revêtement de sol sont conçus pour être durables, mais ils subissent souvent l'usure due aux activités quotidiennes telles que les déplacements et l'utilisation des meubles. Pour garantir leur longévité, la plupart des types de revêtements de sol sont dotés d'une couche d'usure protectrice qui résiste aux dommages. Cependant, l'épaisseur et la durabilité de la couche d'usure varient en fonction du type de revêtement de sol et du niveau de circulation piétonnière. De plus, les différentes couches de la structure du revêtement de sol, telles que les revêtements UV, les couches décoratives et les vernis, ont des taux d'usure variables. C'est là qu'intervient la cartographie de l'usure progressive. En utilisant le tribomètre NANOVEA T2000 avec un Profilomètre 3D sans contact, une surveillance et une analyse précises des performances et de la longévité des matériaux de revêtement de sol peuvent être effectuées. En fournissant des informations détaillées sur le comportement à l'usure de divers matériaux de revêtement de sol, les scientifiques et les professionnels techniques peuvent prendre des décisions plus éclairées lors de la sélection et de la conception de nouveaux systèmes de revêtement de sol.

IMPORTANCE DE LA CARTOGRAPHIE DE L'USURE PROGRESSIVE POUR LES PANNEAUX DE SOL

Les essais de revêtements de sol sont traditionnellement axés sur le taux d'usure d'un échantillon pour déterminer sa résistance à l'usure. Cependant, la cartographie de l'usure progressive permet d'analyser le taux d'usure de l'échantillon tout au long du test, ce qui fournit des informations précieuses sur le comportement de l'échantillon face à l'usure. Cette analyse approfondie permet d'établir des corrélations entre les données de frottement et le taux d'usure, ce qui permet d'identifier les causes profondes de l'usure. Il convient de noter que les taux d'usure ne sont pas constants tout au long des essais d'usure. Ainsi, l'observation de la progression de l'usure donne une évaluation plus précise de l'usure de l'échantillon. Dépassant les méthodes d'essai traditionnelles, l'adoption de la cartographie de l'usure progressive a contribué à des avancées significatives dans le domaine des essais de revêtements de sol.

Le tribomètre NANOVEA T2000 avec profilomètre 3D sans contact intégré est une solution révolutionnaire pour les tests d'usure et les mesures de perte de volume. Sa capacité à se déplacer avec précision entre la goupille et le profilomètre garantit la fiabilité des résultats en éliminant tout écart de rayon ou d'emplacement des traces d'usure. Mais ce n'est pas tout : les capacités avancées du profilomètre 3D sans contact permettent des mesures de surface à grande vitesse, réduisant le temps de numérisation à quelques secondes seulement. Avec la capacité d'appliquer des charges allant jusqu'à 2 000 N et d'atteindre des vitesses d'essorage allant jusqu'à 5 000 tr/min, le NANOVEA T2000 Tribomètre offre polyvalence et précision dans le processus d’évaluation. Il est clair que cet équipement joue un rôle essentiel dans la cartographie de l'usure progressive.

 

FIGURE 1: Montage de l'échantillon avant l'essai d'usure (à gauche) et profilométrie de la piste d'usure après l'essai d'usure (à droite).

OBJECTIF DE MESURE

Des tests de cartographie d'usure progressive ont été réalisés sur deux types de revêtements de sol : la pierre et le bois. Chaque échantillon a subi un total de 7 cycles de test, avec des durées de test croissantes de 2, 4, 8, 20, 40, 60 et 120 s, permettant une comparaison de l'usure dans le temps. Après chaque cycle d'essai, la piste d'usure a été profilée à l'aide du profilomètre sans contact NANOVEA 3D. À partir des données recueillies par le profileur, le volume du trou et le taux d'usure peuvent être analysés à l'aide des fonctions intégrées dans le logiciel NANOVEA Tribometer ou dans notre logiciel d'analyse de surface, Mountains.

NANOVEA

T2000

EN SAVOIR PLUS
tribomètre
échantillons de test de cartographie d'usure pour le bois et la pierre

 LES ÉCHANTILLONS 

PARAMÈTRES DE L'ESSAI DE CARTOGRAPHIE DE L'USURE

CHARGE40 N
DURÉE DU TESTvarie
VITESSE200 tr/min
RADIUS10 mm
DISTANCEvarie
MATÉRIAU DE LA BOULECarbure de tungstène
DIAMÈTRE DE LA BOULE10 mm

Les durées d'essai utilisées au cours des 7 cycles étaient les suivantes 2, 4, 8, 20, 40, 60 et 120 secondesrespectivement. Les distances parcourues étaient les suivantes 0,40, 0,81, 1,66, 4,16, 8,36, 12,55 et 25,11 mètres.

RÉSULTATS DE LA CARTOGRAPHIE DE L'USURE

PARQUET EN BOIS

Cycle d'essaiMax COFMin 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

 

ORIENTATION RADIALE

Cycle d'essaiPerte totale de volume (µm3)Distance totale
Parcouru (m)		Taux d'usure
(mm/Nm) x10-5		Taux d'usure instantané
(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
taux d'usure progressive du bois par rapport à la distance totale

FIGURE 2 : Taux d'usure en fonction de la distance totale parcourue (gauche)
et taux d'usure instantanée en fonction du cycle d'essai (à droite) pour les revêtements de sol en bois.

cartographie de l'usure progressive des sols en bois

FIGURE 3 : Graphique COF et vue 3D de la trace d'usure de l'essai #7 sur un revêtement de sol en bois.

cartographie de l'usure profil extrait

FIGURE 4 : Analyse transversale de la piste d'usure en bois de l'essai #7

cartographie de l'usure progressive analyse du volume et de la surface

FIGURE 5 : Analyse du volume et de la surface de la trace d'usure sur l'échantillon de bois Test #7.

Pour connaître tous les résultats, cliquez ici.

RÉSULTATS DE LA CARTOGRAPHIE DE L'USURE

SOLS EN PIERRE

Cycle d'essaiMax COFMin 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

 

ORIENTATION RADIALE

Cycle d'essaiPerte totale de volume (µm3)Distance totale
Parcouru (m)		Taux d'usure
(mm/Nm) x10-5		Taux d'usure instantané
(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
taux d'usure des revêtements de sol en pierre par rapport à la distance
tableau du taux d'usure instantanée des revêtements de sol en pierre

FIGURE 6 : Taux d'usure en fonction de la distance totale parcourue (gauche)
et taux d'usure instantané en fonction du cycle d'essai (à droite) pour un revêtement de sol en pierre.

sol en pierre profil 3d de la piste d'usure

FIGURE 7 : Graphique COF et vue 3D de la piste d'usure de l'essai #7 sur un revêtement de sol en pierre.

profil extrait de la cartographie de l'usure progressive du sol en pierre
revêtement de sol en pierre profil extrait profondeur et hauteur maximales surface du trou et du sommet

FIGURE 8 : Analyse transversale de la piste d'usure en pierre de l'essai #7.

analyse du volume de la cartographie de l'usure progressive des sols en bois

FIGURE 9 : Analyse du volume et de la surface des traces d'usure sur l'échantillon de pierre #7.


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DISCUSSION

Le taux d'usure instantané est calculé à l'aide de l'équation suivante :
cartographie de l'usure progressive de la formule de revêtement de sol

Où V est le volume d'un trou, N est la charge et X est la distance totale, cette équation décrit le taux d'usure entre les cycles d'essai. Le taux d'usure instantané peut être utilisé pour mieux identifier les changements du taux d'usure tout au long de l'essai.

Les deux échantillons ont des comportements d'usure très différents. Au fil du temps, le revêtement de sol en bois commence par présenter un taux d'usure élevé, mais diminue rapidement pour atteindre une valeur plus faible et stable. Pour le revêtement de sol en pierre, le taux d'usure semble commencer par une valeur faible et tendre vers une valeur plus élevée au fil des cycles. Le taux d'usure instantané est également peu cohérent. La raison spécifique de cette différence n'est pas certaine, mais elle peut être due à la structure des échantillons. Le revêtement de sol en pierre semble être constitué de particules lâches ressemblant à des grains, qui s'useraient différemment par rapport à la structure compacte du bois. Des tests et des recherches supplémentaires seraient nécessaires pour déterminer la cause de ce comportement d'usure.

Les données relatives au coefficient de frottement (COF) semblent correspondre au comportement d'usure observé. Le graphique du COF pour le revêtement de sol en bois semble cohérent tout au long des cycles, complétant son taux d'usure régulier. Pour le revêtement de sol en pierre, le COF moyen augmente tout au long des cycles, de la même manière que le taux d'usure augmente également avec les cycles. On observe également des changements apparents dans la forme des graphiques de frottement, ce qui suggère des changements dans la manière dont la bille interagit avec l'échantillon de pierre. Ces changements sont particulièrement visibles dans les cycles 2 et 4.

CONCLUSION

Le tribomètre NANOVEA T2000 démontre sa capacité à réaliser une cartographie de l'usure progressive en analysant le taux d'usure entre deux échantillons de revêtements de sol différents. La pause du test d'usure continue et le balayage de la surface avec le profilomètre sans contact NANOVEA 3D fournissent des informations précieuses sur le comportement d'usure du matériau au fil du temps.

Le tribomètre NANOVEA T2000 avec le profilomètre 3D sans contact intégré fournit une grande variété de données, y compris les données COF (coefficient de frottement), les mesures de surface, les relevés de profondeur, la visualisation de la surface, la perte de volume, le taux d'usure, et bien plus encore. Cet ensemble complet d'informations permet aux utilisateurs de mieux comprendre les interactions entre le système et l'échantillon. Avec son chargement contrôlé, sa haute précision, sa facilité d'utilisation, son chargement élevé, sa large plage de vitesse et ses modules environnementaux supplémentaires, le tribomètre NANOVEA T2000 fait passer la tribologie au niveau supérieur.

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Inspection par cartographie de la rugosité à l'aide de la profilométrie 3D

INSPECTION DE LA CARTOGRAPHIE DE LA RUGOSITÉ

EN UTILISANT LA PROFILOMÉTRIE 3D

Préparé par

DUANJIE, PhD

INTRODUCTION

La rugosité et la texture de la surface sont des facteurs critiques qui ont un impact sur la qualité finale et les performances d'un produit. Une compréhension approfondie de la rugosité, de la texture et de la consistance de la surface est essentielle pour sélectionner les meilleures mesures de traitement et de contrôle. Une inspection en ligne rapide, quantifiable et fiable des surfaces des produits est nécessaire pour identifier à temps les produits défectueux et optimiser les conditions de la chaîne de production.

IMPORTANCE DU PROFILOMETRE 3D SANS CONTACT POUR L'INSPECTION DE SURFACE EN LIGNE

Les défauts de surface des produits résultent du traitement des matériaux et de la fabrication des produits. L'inspection de la qualité des surfaces en ligne garantit le contrôle qualité le plus strict des produits finaux. NANOVÉA Profileurs optiques 3D sans contact utilisez la technologie Chromatic Light avec une capacité unique pour déterminer la rugosité d’un échantillon sans contact. Le capteur linéaire permet de scanner le profil 3D d'une grande surface à grande vitesse. Le seuil de rugosité, calculé en temps réel par le logiciel d'analyse, constitue un outil réussite/échec rapide et fiable.

OBJECTIF DE MESURE

Dans cette étude, le NANOVEA ST400 équipé d'un capteur à grande vitesse est utilisé pour inspecter la surface d'un échantillon de Teflon présentant un défaut afin de démontrer la capacité du NANOVEA

Les profilomètres sans contact permettent une inspection rapide et fiable des surfaces dans une chaîne de production.

NANOVEA

ST400

EN SAVOIR PLUS

RÉSULTATS ET DISCUSSION

Analyse de surface en 3D de la Rugosité Échantillon standard

La surface d'un étalon de rugosité a été scannée à l'aide d'un NANOVEA ST400 équipé d'un capteur à grande vitesse qui génère une ligne lumineuse de 192 points, comme le montre la FIGURE 1. Ces 192 points balayent la surface de l'échantillon en même temps, ce qui augmente considérablement la vitesse de balayage.

La FIGURE 2 montre des vues en fausses couleurs de la carte de hauteur de surface et de la carte de distribution de la rugosité de l'échantillon standard de rugosité. Dans la FIGURE 2a, l'échantillon de rugosité standard présente une surface légèrement inclinée, comme le montre le gradient de couleur varié dans chacun des blocs de rugosité standard. Dans la FIGURE 2b, la distribution homogène de la rugosité est représentée dans les différents blocs de rugosité, dont la couleur représente la rugosité dans les blocs.

La FIGURE 3 montre des exemples de cartes de réussite/échec générées par le logiciel d'analyse en fonction de différents seuils de rugosité. Les blocs de rugosité sont surlignés en rouge lorsque leur rugosité de surface est supérieure à une certaine valeur seuil. L'utilisateur dispose ainsi d'un outil lui permettant de définir un seuil de rugosité pour déterminer la qualité de l'état de surface d'un échantillon.

FIGURE 1: Balayage du capteur de lignes optiques sur l'échantillon de l'étalon de rugosité

a. Carte des hauteurs de surface :

b. Carte de rugosité :

FIGURE 2 : Vues en fausses couleurs de la carte de hauteur de surface et de la carte de distribution de la rugosité de l'échantillon standard de rugosité.

FIGURE 3 : Carte de réussite/échec basée sur le seuil de rugosité.

Inspection de la surface d'un échantillon de teflon présentant des défauts

La carte de hauteur de surface, la carte de distribution de la rugosité et la carte de seuil de rugosité Pass/Fail de la surface de l'échantillon de Teflon sont illustrées dans la FIGURE 4. L'échantillon de Teflon présente une crête au centre droit de l'échantillon, comme le montre la carte de la hauteur de surface.

a. Carte des hauteurs de surface :

Les différentes couleurs de la palette de la FIGURE 4b représentent la valeur de rugosité de la surface locale. La carte de rugosité montre une rugosité homogène dans la zone intacte de l'échantillon de Teflon. Cependant, les défauts, sous la forme d'un anneau dentelé et d'une cicatrice d'usure, sont mis en évidence par des couleurs vives. L'utilisateur peut facilement définir un seuil de rugosité Pass/Fail pour localiser les défauts de surface, comme le montre la FIGURE 4c. Cet outil permet aux utilisateurs de contrôler in situ la qualité de la surface du produit dans la chaîne de production et de détecter à temps les produits défectueux. La valeur de rugosité en temps réel est calculée et enregistrée lorsque les produits passent devant le capteur optique en ligne, ce qui peut constituer un outil rapide mais fiable pour le contrôle de la qualité.

b. Carte de rugosité :

c. Carte du seuil de rugosité (réussite/échec) :

FIGURE 4 : Carte de hauteur de surface, carte de distribution de la rugosité, et Carte du seuil de rugosité (réussite/échec) de la surface de l'échantillon de Teflon.

CONCLUSION

Dans cette application, nous avons montré comment le profileur optique sans contact NANOVEA ST400 3D, équipé d'un capteur de ligne optique, constitue un outil de contrôle de la qualité fiable, effective et efficace.

Le capteur de ligne optique génère une ligne lumineuse de 192 points qui balayent la surface de l'échantillon en même temps, ce qui permet d'augmenter considérablement la vitesse de balayage. Il peut être installé sur la ligne de production pour contrôler la rugosité de la surface des produits in situ. Le seuil de rugosité constitue un critère fiable pour déterminer la qualité de la surface des produits, ce qui permet aux utilisateurs de détecter à temps les produits défectueux.

Les données présentées ici ne représentent qu'une partie des calculs disponibles dans le logiciel d'analyse. Les profilomètres NANOVEA mesurent pratiquement toutes les surfaces dans des domaines tels que les semi-conducteurs, la microélectronique, l'énergie solaire, les fibres optiques, l'automobile, l'aérospatiale, la métallurgie, l'usinage, les revêtements, la pharmacie, la biomédecine, l'environnement et bien d'autres encore.

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Inspection de la surface des soudures à l'aide d'un profilomètre 3D portable

Inspection de surface WELd

utilisation d'un profilomètre 3d portable

Préparé par

CRAIG LEISING

INTRODUCTION

Il peut devenir critique qu'une soudure particulière, généralement réalisée par inspection visuelle, soit étudiée avec un niveau de précision extrême. Les domaines d'intérêt spécifiques pour une analyse précise comprennent les fissures de surface, la porosité et les cratères non remplis, quelles que soient les procédures d'inspection ultérieures. Les caractéristiques de la soudure telles que la dimension/forme, le volume, la rugosité, la taille, etc. peuvent toutes être mesurées pour une évaluation critique.

IMPORTANCE DU PROFILOMÈTRE 3D SANS CONTACT POUR L'INSPECTION DE LA SURFACE DES SOUDURES

Contrairement à d'autres techniques telles que les palpeurs ou l'interférométrie, le NANOVEA Profilomètre 3D sans contact, utilisant le chromatisme axial, peut mesurer presque toutes les surfaces, la taille des échantillons peut varier considérablement en raison de la mise en scène ouverte et aucune préparation d'échantillon n'est nécessaire. La plage nano à macro est obtenue lors de la mesure du profil de surface sans influence de la réflectivité ou de l'absorption de l'échantillon, a une capacité avancée de mesurer des angles de surface élevés et il n'y a aucune manipulation logicielle des résultats. Mesurez facilement n'importe quel matériau : transparent, opaque, spéculaire, diffusif, poli, rugueux, etc. Les capacités 2D et 2D des profilomètres portables NANOVEA en font des instruments idéaux pour une inspection complète des surfaces de soudure en laboratoire et sur le terrain.

OBJECTIF DE MESURE

Dans cette application, le profileur portable NANOVEA JR25 est utilisé pour mesurer la rugosité de surface, la forme et le volume d'une soudure, ainsi que la zone environnante. Ces informations peuvent fournir des renseignements essentiels pour étudier correctement la qualité de la soudure et du processus de soudage.

NANOVEA

JR25

EN SAVOIR PLUS

RÉSULTATS DES TESTS

L'image ci-dessous montre la vue 3D complète de la soudure et de la zone environnante, ainsi que les paramètres de surface de la soudure uniquement. Le profil de la section transversale 2D est montré ci-dessous.

l'échantillon

Avec le profil de la section transversale 2D ci-dessus retiré de la 3D, les informations dimensionnelles de la soudure sont calculées ci-dessous. La surface et le volume du matériau sont calculés pour la soudure uniquement ci-dessous.

 HOLEPEAK
SURFACE1,01 mm214,0 mm2
VOLUME8,799e-5 mm323,27 mm3
PROFONDEUR/HAUTEUR MAXIMALE0,0276 mm0,6195 mm
PROFONDEUR/HAUTEUR MOYENNE 0,004024 mm 0,2298 mm

CONCLUSION

Dans cette application, nous avons montré comment le NANOVEA 3D Non-Contact Profiler peut caractériser avec précision les caractéristiques critiques d'une soudure et de la surface environnante. À partir de la rugosité, des dimensions et du volume, une méthode quantitative de qualité et de répétabilité peut être déterminée ou étudiée de manière plus approfondie. Des échantillons de soudures, comme l'exemple présenté dans cette note d'application, peuvent être facilement analysés à l'aide d'un profileur NANOVEA standard de table ou portable, pour des essais en interne ou sur le terrain.

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Évaluation des rayures et de l'usure des revêtements industriels

REVÊTEMENT INDUSTRIEL

ÉVALUATION DES RAYURES ET DE L'USURE À L'AIDE D'UN TRIBOMÈTRE

Préparé par

DUANJIE LI, PhD & ANDREA HERRMANN

INTRODUCTION

La peinture acrylique uréthane est un type de revêtement de protection à séchage rapide largement utilisé dans une variété d'applications industrielles, telles que la peinture de sol, la peinture automobile, et autres. Lorsqu'elle est utilisée comme peinture de sol, elle peut être utilisée dans des zones à fort trafic piétonnier et de roues en caoutchouc, comme les allées, les bordures et les parkings.

IMPORTANCE DES ESSAIS DE RAYURE ET D'USURE POUR LE CONTRÔLE DE LA QUALITÉ

Traditionnellement, des tests d'abrasion Taber étaient réalisés pour évaluer la résistance à l'usure des peintures pour sols en uréthane acrylique, conformément à la norme ASTM D4060. Cependant, comme le mentionne la norme, "pour certains matériaux, les essais d'abrasion utilisant l'abrasif de Taber peuvent être sujets à des variations dues à des changements dans les caractéristiques abrasives de la roue pendant l'essai".1 Cela peut entraîner une mauvaise reproductibilité des résultats d'essai et créer des difficultés pour comparer les valeurs rapportées par différents laboratoires. De plus, dans les tests d'abrasion Taber, la résistance à l'abrasion est calculée en tant que perte de poids à un nombre spécifié de cycles d'abrasion. Cependant, les peintures pour sols à base d'uréthane acrylique ont une épaisseur de film sec recommandée de 37,5 à 50 μm2.

Le processus d'abrasion agressif de Taber Abraser peut rapidement user le revêtement acrylique-uréthane et créer une perte de masse vers le substrat, ce qui entraîne des erreurs substantielles dans le calcul de la perte de poids de la peinture. L'implantation de particules abrasives dans la peinture pendant l'essai d'abrasion contribue également aux erreurs. Par conséquent, une mesure quantifiable et fiable bien contrôlée est cruciale pour garantir une évaluation reproductible de l'usure de la peinture. En outre, l'essai d'abrasion test de dépistage permet aux utilisateurs de détecter les défaillances prématurées des adhésifs dans des applications réelles.

OBJECTIF DE MESURE

Dans cette étude, nous montrons que NANOVEA Tribomètres et Testeurs mécaniques sont idéaux pour l’évaluation et le contrôle qualité des revêtements industriels.

Le processus d'usure des peintures de sol en uréthane acrylique avec différentes couches de finition est simulé de manière contrôlée et surveillée à l'aide du tribomètre NANOVEA. Le test de micro-rayures est utilisé pour mesurer la charge nécessaire pour provoquer une rupture cohésive ou adhésive de la peinture.

Tribomètre pneumatique compact T100
NANOVEA T100

Le Tribomètre Pneumatique Compact

EN SAVOIR PLUS

NANOVEA PB1000

L'appareil d'essai mécanique à grande plate-forme

EN SAVOIR PLUS

PROCÉDURE DE TEST

Cette étude évalue quatre revêtements de sol acryliques à base d'eau disponibles dans le commerce qui ont le même apprêt (couche de base) et différentes couches de finition de la même formule avec une légère alternance dans les mélanges d'additifs dans le but d'améliorer la durabilité. Ces quatre revêtements sont identifiés comme les échantillons A, B, C et D.

TEST D'USURE

Le tribomètre NANOVEA a été appliqué pour évaluer le comportement tribologique, par exemple le coefficient de frottement, le COF et la résistance à l'usure. Une pointe sphérique SS440 (diamètre 6 mm, grade 100) a été appliquée contre les peintures testées. Le COF a été enregistré in situ. Le taux d'usure, K, a été évalué à l'aide de la formule K=V/(F×s)=A/(F×n), où V est le volume usé, F est la charge normale, s est la distance de glissement, A est la surface de la section transversale de la piste d'usure, et n est le nombre de tours. Les profils de rugosité de surface et de traces d'usure ont été évalués par le NANOVEA Profilomètre optique, et la morphologie des traces d'usure a été examinée au microscope optique.

PARAMÈTRES DES ESSAIS D'USURE

FORCE NORMALE

20 N

VITESSE

15 m/min

DURÉE DE L'ESSAI

100, 150, 300 et 800 cycles

TEST D'ÉRAFLURE

Le testeur mécanique NANOVEA équipé d'un stylet en diamant Rockwell C (rayon de 200 μm) a été utilisé pour effectuer des tests de rayures à charge progressive sur les échantillons de peinture en utilisant le mode Micro Scratch Tester. Deux charges finales ont été utilisées : Une charge finale de 5 N pour étudier le décollement de la peinture de l'apprêt, et une charge finale de 35 N pour étudier le décollement de l'apprêt des substrats métalliques. Trois tests ont été répétés dans les mêmes conditions sur chaque échantillon afin de garantir la reproductibilité des résultats.

Des images panoramiques de toutes les longueurs de rayures ont été automatiquement générées et leurs emplacements de défaillance critique ont été corrélés avec les charges appliquées par le logiciel du système. Cette fonctionnalité du logiciel permet aux utilisateurs d'effectuer des analyses sur les traces de rayures à tout moment, plutôt que de devoir déterminer la charge critique au microscope immédiatement après les essais de rayures.

PARAMÈTRES DE L'ESSAI DE GRATTAGE

TYPE DE CHARGEProgressif
CHARGE INITIALE0,01 mN
CHARGE FINALE5 N / 35 N
TAUX DE CHARGEMENT10 / 70 N/min
LONGUEUR DU GRATTAGE3 mm
VITESSE DE SCRATCHAGE, dx/dt6.0 mm/min
GÉOMÉTRIE DU PÉNÉTRATEURCône de 120º.
MATÉRIAU DE L'INDENTATEUR (pointe)Diamant
RAYON DE LA POINTE DU PÉNÉTRATEUR200 μm

RÉSULTATS DES TESTS D'USURE

Quatre tests d'usure de type " pin-on-disk " à différents nombres de tours (100, 150, 300 et 800 cycles) ont été réalisés sur chaque échantillon afin de suivre l'évolution de l'usure. La morphologie de la surface des échantillons a été mesurée à l'aide d'un profileur sans contact NANOVEA 3D afin de quantifier la rugosité de surface avant de réaliser les essais d'usure. Tous les échantillons présentaient une rugosité de surface comparable d'environ 1 μm, comme le montre la FIGURE 1. Le COF a été enregistré in situ pendant les essais d'usure, comme le montre la FIGURE 2. La FIGURE 4 présente l'évolution des traces d'usure après 100, 150, 300 et 800 cycles, et la FIGURE 3 résume le taux d'usure moyen des différents échantillons à différentes étapes du processus d'usure.

 

Comparé à une valeur de COF de ~0,07 pour les trois autres échantillons, l'échantillon A présente un COF beaucoup plus élevé de ~0,15 au début, qui augmente progressivement et se stabilise à ~0,3 après 300 cycles d'usure. Un COF aussi élevé accélère le processus d'usure et crée une quantité substantielle de débris de peinture comme l'indique la FIGURE 4 - la couche supérieure de l'échantillon A a commencé à être enlevée dans les 100 premiers tours. Comme l'indique la FIGURE 3, l'échantillon A présente le taux d'usure le plus élevé de ~5 μm2/N au cours des 300 premiers cycles, qui diminue légèrement à ~3,5 μm2/N en raison de la meilleure résistance à l'usure du substrat métallique. La couche supérieure de l'échantillon C commence à se rompre après 150 cycles d'usure, comme le montre la FIGURE 4, ce qui est également indiqué par l'augmentation du COF dans la FIGURE 2.

 

En comparaison, l'échantillon B et l'échantillon D présentent des propriétés tribologiques améliorées. L'échantillon B maintient un faible COF tout au long de l'essai - le COF augmente légèrement de ~0,05 à ~0,1. Un tel effet lubrifiant améliore considérablement sa résistance à l'usure - la couche de finition offre toujours une protection supérieure à l'apprêt sous-jacent après 800 cycles d'usure. Le taux d'usure moyen le plus faible de seulement ~0,77 μm2/N est mesuré pour l'échantillon B à 800 cycles. La couche supérieure de l'échantillon D commence à se délaminer après 375 cycles, comme le reflète l'augmentation abrupte du COF dans la FIGURE 2. Le taux d'usure moyen de l'échantillon D est de ~1,1 μm2/N à 800 cycles.

 

Par rapport aux mesures d'abrasion Taber conventionnelles, le tribomètre NANOVEA fournit des évaluations d'usure bien contrôlées, quantifiables et fiables qui garantissent des évaluations reproductibles et un contrôle de qualité des peintures commerciales pour sols/auto. En outre, la capacité des mesures in situ du COF permet aux utilisateurs de corréler les différentes étapes d'un processus d'usure avec l'évolution du COF, ce qui est essentiel pour améliorer la compréhension fondamentale du mécanisme d'usure et des caractéristiques tribologiques de divers revêtements de peinture.

FIGURE 1: Morphologie 3D et rugosité des échantillons de peinture.

FIGURE 2 : COF pendant les tests pin-on-disk.

FIGURE 3 : Évolution du taux d'usure de différentes peintures.

FIGURE 4 : Évolution des traces d'usure pendant les essais "pin-on-disk".

RÉSULTATS DU TEST DE GRATTAGE

La FIGURE 5 montre le tracé de la force normale, de la force de frottement et de la profondeur réelle en fonction de la longueur de la rayure pour l'échantillon A à titre d'exemple. Un module d'émission acoustique optionnel peut être installé pour fournir plus d'informations. Lorsque la charge normale augmente linéairement, la pointe de l'indentation s'enfonce progressivement dans l'échantillon testé, comme le reflète l'augmentation progressive de la profondeur réelle. La variation des pentes des courbes de la force de frottement et de la profondeur réelle peut être utilisée comme l'une des implications du début des défaillances du revêtement.

FIGURE 5 : Force normale, force de frottement et profondeur réelle en fonction de la longueur de la rayure pour l'essai de rayure de l'échantillon A avec une charge maximale de 5 N.

La FIGURE 6 et la FIGURE 7 montrent les rayures complètes des quatre échantillons de peinture testés avec une charge maximale de 5 N et 35 N, respectivement. L'échantillon D a nécessité une charge plus élevée de 50 N pour délaminer l'apprêt. Les tests de rayures à une charge finale de 5 N (FIGURE 6) évaluent la défaillance cohésive/adhésive de la peinture supérieure, tandis que ceux à 35 N (FIGURE 7) évaluent la délamination du primaire. Les flèches dans les micrographies indiquent le point auquel la peinture supérieure ou le primaire commence à se détacher complètement du primaire ou du substrat. La charge à ce point, appelée charge critique, Lc, est utilisée pour comparer les propriétés cohésives ou adhésives de la peinture, comme résumé dans le tableau 1.

 

Il est évident que l'échantillon de peinture D présente la meilleure adhérence interfaciale - affichant les valeurs Lc les plus élevées de 4,04 N à la délamination de la peinture et de 36,61 N à la délamination du primaire. L'échantillon B présente la deuxième meilleure résistance aux rayures. À partir de l'analyse des rayures, nous montrons que l'optimisation de la formule de la peinture est essentielle pour les comportements mécaniques, ou plus précisément, la résistance aux rayures et les propriétés d'adhésion des peintures acryliques pour sols.

Tableau 1 : Résumé des charges critiques.

FIGURE 6 : Micrographies d'une rayure complète avec une charge maximale de 5 N.

FIGURE 7 : Micrographies d'une rayure complète avec une charge maximale de 35 N.

CONCLUSION

Par rapport aux mesures d'abrasion Taber conventionnelles, le testeur mécanique et le tribomètre NANOVEA sont des outils supérieurs pour l'évaluation et le contrôle de la qualité des revêtements de sol commerciaux et automobiles. Le testeur mécanique NANOVEA en mode rayure peut détecter les problèmes d'adhésion/cohésion dans un système de revêtement. Le tribomètre NANOVEA fournit une analyse tribologique quantifiable et répétable bien contrôlée sur la résistance à l'usure et le coefficient de frottement des peintures.

 

Sur la base des analyses tribologiques et mécaniques complètes des revêtements de sol acryliques à base d'eau testés dans cette étude, nous montrons que l'échantillon B possède le COF et le taux d'usure les plus faibles et la deuxième meilleure résistance aux rayures, tandis que l'échantillon D présente la meilleure résistance aux rayures et la deuxième meilleure résistance à l'usure. Cette évaluation nous permet d'évaluer et de sélectionner le meilleur candidat ciblant les besoins dans différents environnements d'application.

 

Les modules Nano et Micro du testeur mécanique NANOVEA comprennent tous des modes d'indentation, de rayure et d'usure conformes aux normes ISO et ASTM, offrant ainsi la plus large gamme de tests disponibles pour l'évaluation des peintures sur un seul module. Le tribomètre NANOVEA offre des tests d'usure et de friction précis et répétables en utilisant des modes rotatifs et linéaires conformes aux normes ISO et ASTM, avec des modules optionnels d'usure à haute température, de lubrification et de tribocorrosion disponibles dans un système pré-intégré. La gamme inégalée de NANOVEA constitue une solution idéale pour déterminer l'ensemble des propriétés mécaniques/tribologiques des revêtements, films et substrats minces ou épais, souples ou durs, notamment la dureté, le module de Young, la résistance à la rupture, l'adhérence, la résistance à l'usure et bien d'autres encore. Des profileurs optiques sans contact NANOVEA sont disponibles en option pour l'imagerie 3D haute résolution des rayures et des traces d'usure, en plus d'autres mesures de surface telles que la rugosité.

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Analyse de la fractographie à l'aide de la profilométrie 3D

ANALYSE FRACTOGRAPHIQUE

EN UTILISANT LA PROFILOMÉTRIE 3D

Préparé par

CRAIG LEISING

INTRODUCTION

La fractographie est l'étude des caractéristiques des surfaces fracturées et a toujours été étudiée au microscope ou au MEB. En fonction de la taille de la caractéristique, un microscope (caractéristiques macro) ou SEM (caractéristiques nano et micro) sont sélectionnés pour l'analyse de la surface. Les deux permettant finalement d’identifier le type de mécanisme de fracture. Bien qu'efficace, le microscope présente des limites évidentes et le SEM, dans la plupart des cas, autres que l'analyse au niveau atomique, n'est pas pratique pour la mesure de la surface de fracture et manque de capacité d'utilisation plus large. Grâce aux progrès de la technologie de mesure optique, le NANOVEA Profilomètre 3D sans contact est désormais considéré comme l'instrument de choix, avec sa capacité à fournir des mesures de surface 2D et 3D à l'échelle nanométrique.

IMPORTANCE DU PROFILOMÈTRE 3D SANS CONTACT POUR L'INSPECTION DES FRACTURES

Contrairement au MEB, un profilomètre 3D sans contact peut mesurer presque toutes les surfaces, toutes les tailles d'échantillons, avec une préparation minimale de l'échantillon, tout en offrant des dimensions verticales/horizontales supérieures à celles d'un MEB. Avec un profileur, les caractéristiques allant du nanomètre au macroscope sont capturées en une seule mesure, sans influence de la réflectivité de l'échantillon. Mesurez facilement tous les matériaux : transparents, opaques, spéculaires, diffusifs, polis, rugueux, etc. Le profilomètre 3D sans contact offre des possibilités étendues et conviviales pour maximiser les études de fracture de surface à une fraction du coût d'un MEB.

OBJECTIF DE MESURE

Dans cette application, le NANOVEA ST400 est utilisé pour mesurer la surface fracturée d'un échantillon d'acier. Dans cette étude, nous présentons une zone 3D, une extraction de profil 2D et une carte directionnelle de la surface.

NANOVEA

ST400

EN SAVOIR PLUS

RÉSULTATS

SURFACE SUPÉRIEURE

Direction de la texture de la surface 3D

Isotropie51.26%
Première direction123.2º
Deuxième direction116.3º
Troisième direction0.1725º

La surface, le volume, la rugosité et bien d'autres éléments peuvent être calculés automatiquement à partir de cette extraction.

Extraction du profil 2D

RÉSULTATS

SURFACE LATÉRALE

Direction de la texture de la surface 3D

Isotropie15.55%
Première direction0.1617º
Deuxième direction110.5º
Troisième direction171.5º

La surface, le volume, la rugosité et bien d'autres éléments peuvent être calculés automatiquement à partir de cette extraction.

Extraction du profil 2D

CONCLUSION

Dans cette application, nous avons montré comment le profilomètre 3D sans contact NANOVEA ST400 peut caractériser avec précision la topographie complète (nano, micro et macro caractéristiques) d'une surface fracturée. À partir de la zone 3D, la surface peut être clairement identifiée et des sous-zones ou des profils/coupes transversales peuvent être rapidement extraits et analysés avec une liste infinie de calculs de surface. Les caractéristiques de surface sub-nanométriques peuvent être analysées plus en détail grâce à un module AFM intégré.

En outre, NANOVEA a ajouté une version portable à sa gamme de profilomètres, ce qui est particulièrement important pour les études sur le terrain lorsque la surface d'une fracture est inamovible. Avec cette large liste de capacités de mesure de surface, l'analyse de la surface des fractures n'a jamais été aussi facile et pratique avec un seul instrument.

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Topographie de la surface de la fibre de verre à l'aide de la profilométrie 3D

TOPOGRAPHIE DE LA SURFACE DE LA FIBRE DE VERRE

EN UTILISANT LA PROFILOMÉTRIE 3D

Préparé par

CRAIG LEISING

INTRODUCTION

La fibre de verre est un matériau fabriqué à partir de fibres de verre extrêmement fines. Elle est utilisée comme agent de renforcement pour de nombreux produits polymères ; le matériau composite qui en résulte, connu sous le nom de polymère renforcé par des fibres (FRP) ou de plastique renforcé par du verre (GRP), est appelé "fibre de verre" dans l'usage courant.

IMPORTANCE DE L'INSPECTION MÉTROLOGIQUE DES SURFACES POUR LE CONTRÔLE DE LA QUALITÉ

Bien qu'il existe de nombreuses utilisations du renforcement en fibre de verre, dans la plupart des applications, il est crucial qu'elles soient aussi solides que possible. Les composites en fibre de verre présentent l'un des rapports résistance/poids les plus élevés du marché et, dans certains cas, ils sont plus résistants que l'acier. Outre la résistance élevée, il est également important d'avoir la plus petite surface exposée possible. Les grandes surfaces en fibre de verre peuvent rendre la structure plus vulnérable aux attaques chimiques et éventuellement à l'expansion du matériau. Par conséquent, l'inspection de la surface est essentielle au contrôle de la qualité de la production.

OBJECTIF DE MESURE

Dans cette application, le NANOVEA ST400 est utilisé pour mesurer la rugosité et la planéité de la surface d'un composite en fibre de verre. En quantifiant ces caractéristiques de surface, il est possible de créer ou d'optimiser un matériau composite en fibre de verre plus solide et plus durable.

NANOVEA

ST400

EN SAVOIR PLUS

PARAMÈTRES DE MESURE

PROBE 1 mm
TAUX D'ACQUISITION300 Hz
MOYENNE1
SURFACE MESURÉE5 mm x 2 mm
TAILLE DE L'ÉTAPE5 µm x 5 µm
MODE DE BALAYAGEVitesse constante

PROBE SPECIFICATIONS

MESURE GAMME1 mm
RÉSOLUTION Z 25 nm
Z ACCURACY200 nm
RÉSOLUTION LATÉRALE 2 μm

RÉSULTATS

VUE EN FAUSSE COULEUR

Planéité de la surface 3D

Rugosité de surface 3D

Sa15,716 μmMoyenne arithmétique de la hauteur
Sq19,905 μmHauteur moyenne quadratique
Sp116,74 μmHauteur maximale du pic
Sv136,09 μmHauteur maximale de la fosse
Sz252,83 μmHauteur maximale
Ssk0.556Skewness
Ssu3.654Kurtosis

CONCLUSION

Comme le montrent les résultats, le NANOVEA ST400 Optical Profileur a pu mesurer avec précision la rugosité et la planéité de la surface composite en fibre de verre. Les données peuvent être mesurées sur plusieurs lots de composites de fibres et/ou sur une période de temps donnée pour fournir des informations cruciales sur les différents processus de fabrication de la fibre de verre et sur leur réaction au fil du temps. Ainsi, le ST400 constitue une option viable pour renforcer le processus de contrôle qualité des matériaux composites en fibre de verre.

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Usure et frottement des courroies polymères à l'aide d'un tribomètre

COURROIES EN POLYMÈRE

USURE ET FRICTION à l'aide d'un TRIBOMETRE

Préparé par

DUANJIE LI, PhD

INTRODUCTION

La transmission par courroie transmet la puissance et suit le mouvement relatif entre deux ou plusieurs arbres rotatifs. En tant que solution simple et peu coûteuse avec un entretien minimal, les transmissions par courroie sont largement utilisées dans une variété d'applications, telles que les scies à ruban, les scieries, les batteuses, les souffleurs de silo et les convoyeurs. Les transmissions par courroie peuvent protéger les machines contre les surcharges, ainsi qu'amortir et isoler les vibrations.

IMPORTANCE DE L'ÉVALUATION DE L'USURE POUR LES TRANSMISSIONS PAR COURROIE

Le frottement et l'usure sont inévitables pour les courroies d'une machine entraînée par courroie. Un frottement suffisant assure une transmission efficace de la puissance sans glissement, mais un frottement excessif peut entraîner une usure rapide de la courroie. Différents types d'usure tels que la fatigue, l'abrasion et le frottement se produisent pendant le fonctionnement de la transmission par courroie. Afin de prolonger la durée de vie de la courroie et de réduire le coût et le temps de réparation et de remplacement de la courroie, une évaluation fiable des performances d'usure des courroies est souhaitable pour améliorer la durée de vie des courroies, l'efficacité de la production et les performances des applications. La mesure précise du coefficient de friction et du taux d'usure de la courroie facilite la R&D et le contrôle de la qualité de la production de courroies.

Tribomètre pneumatique à haute charge

OBJECTIF DE MESURE

Dans cette étude, nous avons simulé et comparé les comportements d'usure de courroies présentant différentes textures de surface afin de mettre en évidence la capacité de l NANOVEA Le tribomètre T2000 permet de simuler le processus d'usure de la courroie de manière contrôlée et surveillée.

NANOVEA

T2000

EN SAVOIR PLUS

PROCÉDURES DE TEST

Le coefficient de frottement (COF) et la résistance à l'usure de deux courroies présentant des rugosités et des textures de surface différentes ont été évalués par l'analyse de l'indice de frottement. NANOVEA Charge élevée Tribomètre utilisant le module d'usure à mouvement alternatif linéaire. Une bille en acier 440 (diamètre 10 mm) a été utilisée comme contre-matériau. La rugosité de la surface et la trace d'usure ont été examinées à l'aide d'un Profilomètre 3D sans contact. Le taux d'usure, Ka été évaluée à l'aide de la formule K=Vl(Fxs)où V est le volume usé, F est la charge normale et s est la distance de glissement.

 

Veuillez noter qu'une contrepartie lisse en acier 440 a été utilisée comme exemple dans cette étude. Tout matériau solide de forme et de finition de surface différentes peut être appliqué à l'aide de montages personnalisés pour simuler la situation d'application réelle.

RÉSULTATS ET DISCUSSION

La bande texturée et la bande lisse ont une rugosité de surface Ra de 33,5 et 8,7 um, respectivement, d'après les profils de surface analysés pris avec une NANOVEA Profileur optique 3D sans contact. Le COF et le taux d'usure des deux courroies testées ont été mesurés à 10 N et 100 N, respectivement, afin de comparer le comportement d'usure des courroies à différentes charges.

FIGURE 1 montre l'évolution du COF des courroies pendant les essais d'usure. Les courroies avec différentes textures présentent des comportements d'usure sensiblement différents. Il est intéressant de noter qu'après la période de rodage au cours de laquelle le COF augmente progressivement, la courroie texturée atteint un COF inférieur de ~0,5 dans les deux tests réalisés avec des charges de 10 N et 100 N. En comparaison, la courroie lisse testée sous une charge de 10 N présente un COF nettement plus élevé de ~1,4 lorsque le COF se stabilise et se maintient au-dessus de cette valeur pour le reste du test. La courroie lisse testée sous une charge de 100 N a été rapidement usée par la bille d'acier 440 et a formé une grande trace d'usure. L'essai a donc été arrêté à 220 tours.

FIGURE 1: Evolution du COF des courroies à différentes charges.

La FIGURE 2 compare les images des traces d'usure en 3D après les essais à 100 N. Le profilomètre sans contact NANOVEA 3D offre un outil pour analyser la morphologie détaillée des traces d'usure, ce qui permet de mieux comprendre le mécanisme d'usure.

TABLEAU 1 : Résultat de l'analyse des traces d'usure.

FIGURE 2 :  Vue 3D des deux courroies
après les essais à 100 N.

Le profil de la trace d'usure en 3D permet de déterminer directement et précisément le volume de la trace d'usure calculé par le logiciel d'analyse avancée, comme le montre le TABLEAU 1. Lors d'un essai d'usure de 220 tours, la courroie lisse présente une trace d'usure beaucoup plus grande et plus profonde avec un volume de 75,7 mm3, contre un volume d'usure de 14,0 mm3 pour la courroie texturée après un essai d'usure de 600 tours. Le frottement nettement plus élevé de la courroie lisse contre la bille d'acier entraîne un taux d'usure 15 fois supérieur à celui de la courroie texturée.

 

Une telle différence de COF entre la courroie texturée et la courroie lisse est probablement liée à la taille de la zone de contact entre la courroie et la bille d'acier, ce qui entraîne également des performances d'usure différentes. La FIGURE 3 montre les traces d'usure des deux courroies au microscope optique. L'examen des traces d'usure est en accord avec l'observation de l'évolution du COF : La courroie texturée, qui maintient un faible COF de ~0,5, ne présente aucun signe d'usure après le test d'usure sous une charge de 10 N. La courroie lisse présente une petite trace d'usure à 10 N. Les tests d'usure effectués à 100 N créent des traces d'usure beaucoup plus grandes sur les courroies texturées et lisses, et le taux d'usure sera calculé à l'aide de profils 3D, comme nous le verrons dans le paragraphe suivant.

FIGURE 3 :  Traces d'usure au microscope optique.

CONCLUSION

Dans cette étude, nous avons démontré la capacité du tribomètre NANOVEA T2000 à évaluer le coefficient de friction et le taux d'usure des courroies d'une manière bien contrôlée et quantitative. La texture de la surface joue un rôle essentiel dans la résistance au frottement et à l'usure des courroies pendant leur durée de vie. La courroie texturée présente un coefficient de frottement stable de ~0,5 et possède une longue durée de vie, ce qui permet de réduire le temps et les coûts de réparation ou de remplacement des outils. En comparaison, le frottement excessif de la courroie lisse contre la bille d'acier use rapidement la courroie. En outre, la charge exercée sur la courroie est un facteur essentiel de sa durée de vie. La surcharge crée une friction très élevée, ce qui entraîne une usure accélérée de la courroie.

Le tribomètre NANOVEA T2000 offre des essais d'usure et de friction précis et répétables en utilisant des modes rotatifs et linéaires conformes aux normes ISO et ASTM, avec des modules optionnels d'usure à haute température, de lubrification et de tribocorrosion disponibles dans un système pré-intégré. NANOVEA's est une solution idéale pour déterminer la gamme complète des propriétés tribologiques des revêtements, films et substrats minces ou épais, mous ou durs.

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Microstructure des fossiles par profilométrie 3D

MICROSTRUCTURE FOSSILE

EN UTILISANT LA PROFILOMÉTRIE 3D

Préparé par

DUANJIE LI, PhD

INTRODUCTION

Les fossiles sont les restes préservés de traces de plantes, d'animaux et d'autres organismes enfouis dans les sédiments sous d'anciennes mers, lacs et rivières. Les tissus mous du corps se décomposent généralement après la mort, mais les coquilles dures, les os et les dents se fossilisent. Les caractéristiques de surface de la microstructure sont souvent préservées lors du remplacement minéral des coquilles et des os d'origine, ce qui donne un aperçu de l'évolution du temps et du mécanisme de formation des fossiles.

IMPORTANCE D'UN PROFILOMÈTRE 3D SANS CONTACT POUR L'EXAMEN DES FOSSILES

Les profils 3D du fossile nous permettent d’observer les caractéristiques détaillées de la surface de l’échantillon fossile sous un angle plus rapproché. La haute résolution et la précision du profilomètre NANOVEA peuvent ne pas être perceptibles à l'œil nu. Le logiciel d'analyse du profilomètre propose une large gamme d'études applicables à ces surfaces uniques. Contrairement à d'autres techniques telles que les palpeurs, le NANOVEA Profilomètre 3D sans contact mesure les caractéristiques de la surface sans toucher l’échantillon. Cela permet de préserver les véritables caractéristiques de la surface de certains échantillons fossiles délicats. De plus, le profilomètre portable modèle Jr25 permet des mesures 3D sur les sites fossilifères, ce qui facilite considérablement l'analyse et la protection des fossiles après excavation.

OBJECTIF DE MESURE

Dans cette étude, le profilomètre NANOVEA Jr25 est utilisé pour mesurer la surface de deux échantillons de fossiles représentatifs. La surface entière de chaque fossile a été scannée et analysée afin de caractériser ses caractéristiques de surface, notamment la rugosité, le contour et la direction de la texture.

NANOVEA

Jr25

EN SAVOIR PLUS

FOSSILE DE BRACHIOPODE

Le premier échantillon de fossile présenté dans ce rapport est un fossile de brachiopode, qui provient d'un animal marin possédant des "valves" (coquilles) dures sur ses surfaces supérieure et inférieure. Ils sont apparus à la période cambrienne, il y a plus de 550 millions d'années.

La vue 3D du scan est présentée dans la FIGURE 1 et la vue en fausses couleurs est présentée dans la FIGURE 2. 

FIGURE 1: Vue 3D de l'échantillon de fossiles de brachiopodes.

FIGURE 2 : Vue en fausses couleurs de l'échantillon de fossiles de brachiopodes.

La forme globale a ensuite été retirée de la surface afin d'étudier la morphologie et le contour de la surface locale du fossile de brachiopode, comme le montre la FIGURE 3. Une texture particulière de rainure divergente peut maintenant être observée sur l'échantillon de fossile de Brachiopode.

FIGURE 3 : Vue des fausses couleurs et vue des lignes de contour après la suppression du formulaire.

Un profil de ligne est extrait de la zone texturée pour montrer une vue en coupe de la surface du fossile dans la FIGURE 4. L'étude de la hauteur des pas mesure les dimensions précises des caractéristiques de la surface. Les rainures ont une largeur moyenne de ~0,38 mm et une profondeur de ~0,25 mm.

FIGURE 4 : Études du profil des lignes et de la hauteur des marches de la surface texturée.

FOSSILE DE TIGE DE CRINOÏDE

Le deuxième échantillon de fossile est un fossile de tige de crinoïde. Les crinoïdes sont apparus dans les mers du Cambrien moyen, environ 300 millions d'années avant les dinosaures. 

 

La vue 3D du scan est illustrée à la FIGURE 5 et la vue en fausses couleurs est illustrée à la FIGURE 6. 

FIGURE 5 : Vue 3D de l'échantillon de fossiles de crinoïdes.

L'isotropie et la rugosité de la texture de surface du fossile de tige de Crinoïde sont analysées dans la FIGURE 7. 

 Ce fossile présente une direction de texture préférentielle dans l'angle proche de 90°, ce qui conduit à une isotropie de texture de 69%.

FIGURE 6 : Vue en fausses couleurs de la Tige de crinoïde échantillon.

 

FIGURE 7 : Isotropie de la texture de surface et rugosité du fossile de la tige du Crinoïde.

Le profil 2D le long de la direction axiale du fossile de la tige du Crinoïde est présenté dans la FIGURE 8. 

La taille des pics de la texture de surface est assez uniforme.

FIGURE 8 : Analyse du profil 2D du fossile de la tige du Crinoïde.

CONCLUSION

Dans cette application, nous avons étudié de manière exhaustive les caractéristiques de surface 3D d'un fossile de tige de brachiopode et de crinoïde à l'aide du profilomètre portable sans contact NANOVEA Jr25. Nous montrons que l'instrument peut caractériser avec précision la morphologie 3D des échantillons fossiles. Les caractéristiques de surface et la texture intéressantes des échantillons sont ensuite analysées plus en détail. L'échantillon de Brachiopode possède une texture de rainure divergente, tandis que le fossile de tige de Crinoïde montre une isotropie de texture préférentielle. Les scans de surface 3D détaillés et précis s'avèrent être des outils idéaux pour les paléontologues et les géologues pour étudier l'évolution des vies et la formation des fossiles.

Les données présentées ici ne représentent qu'une partie des calculs disponibles dans le logiciel d'analyse. Les profilomètres NANOVEA mesurent pratiquement n'importe quelle surface dans des domaines tels que les semi-conducteurs, la microélectronique, l'énergie solaire, les fibres optiques, l'automobile, l'aérospatiale, la métallurgie, l'usinage, les revêtements, la pharmacie, le biomédical, l'environnement et bien d'autres encore.

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