Categoria: Profilometria | Rugosità e finitura

Climbing Hold Surface Roughness Analysis

Application Note | 3D Optical Profilometry

Climbing Hold Surface Roughness Analysis Using 3D Optical Profilometry

Measuring Texture, Porosity, and Topography on Bouldering Holds

Research & Experimental Testing

Walter Alabiso, PhD

Visual Design & Editorial

Andrew Shore

Introduzione

Bouldering is a demanding discipline that combines physical strength, precise body positioning, and an understanding of how the human body interacts with climbing surfaces. On slab routes, where the wall is angled below vertical and positive holds are limited or absent, a climber’s stability depends almost entirely on the tribological interaction between the body and the climbing hold surface.

Climbing hold surface roughness plays a central role in this contact. Roughness provides the microtexture needed for smearing, a technique where high-friction rubber soles are pressed firmly against the surface to expand the effective contact area and generate adherence. A similar mechanism occurs at the fingers, where the ridges of fingerprints and the pliability of skin deform slightly against the hold’s surface features, creating grip through microscopic interlocking.

Porosity contributes to grip performance by absorbing moisture, sweat, or chalk at the contact interface, preventing the formation of a thin lubricating film that would reduce friction. Micro-cracks and surface flaws act as additional friction points, helping the climber maintain lateral tension against the hold surface. Because these features (roughness, porosity, and surface morphology) operate at different scales and interact differently depending on the hold, quantitative 3D surface measurement is essential for comparing how different climbing hold textures perform under real contact conditions.

Bouldering grips used to compare surface roughness, pore morphology, and grip-related topography.

Why Use Non-Contact Profilometry for Climbing Hold Surface Analysis

Climbing holds and rock-like surfaces can include deep pores, steep asperities, sharp valleys, and irregular texture. These features are difficult to measure accurately with contact-based profilometry because a physical stylus can lose contact, deform local surface features, or fail to reach narrow cavities.

NANOVEA’s non-contact optical profilometry uses chromatic light technology to capture surface height data without touching the sample. This makes it suitable for reconstructing complex climbing hold topography, including deep nooks, pores, and surface flaws, while avoiding measurement artifacts caused by local plastic deformation.

In this study, the NANOVEA JR25 Optical Profiler was used to measure two bouldering grips: a yellow block with a smoother, flatter surface and a green block with a rougher tactile texture. Both samples were scanned using a PS4-MG35 single-point optical sensor with a 3000 µm Z-range and a 4 µm acquisition step in X and Y.

Dual-frequency acquisition was used to reduce light sensor saturation from localized bright spots on the grip surfaces, allowing the profiler to capture roughness and pore morphology across the scanned areas.

Obiettivo di misurazione

The objective of this study was to demonstrate how non-contact 3D optical profilometry can be used to reconstruct and compare the surface roughness, topography, and pore morphology of climbing holds.

Two bouldering grip samples were analyzed: a yellow block with a smoother, flatter surface and a blue block with a rougher tactile texture and sharper grip features. The analysis focused on surface height variation, areal roughness parameters, pore coverage, pore size, pore depth, and functional surface behavior.

The NANOVEA JR25 Optical Profilometer measuring the climbing hold samples using an optical sensor.

Measurement Method

The NANOVEA JR25 Optical Profiler was used to measure the yellow and blue bouldering grip samples. Each surface was scanned with a PS4-MG35 single-point optical sensor with an enhanced 3000 µm Z-range, allowing the system to capture deep pores, sharp valleys, and irregular surface texture while maintaining a 4 µm acquisition step in X and Y.

Dual-frequency acquisition was used to reduce light sensor saturation from localized bright spots on the grip surfaces, improving data capture across rough, porous, and uneven areas.

NANOVEA JR25 Portable

Profilometro ottico

Parametri del test

Two bouldering grip samples were analyzed: a yellow grip with a smoother, flatter surface and a blue grip with a rougher tactile texture and sharper grip features. The analysis focused on surface height variation, areal roughness parameters, pore coverage, pore size, pore depth, and functional surface behavior.

Measurement Setting	Optical Profilometry Setup
Samples measured	Yellow and blue bouldering grip samples
Optical pen	PS4-MG35
Z-range	3000 µm
Scan area	5.00 mm × 5.00 mm
X-step size	4.00 µm
Y-step size	4.00 µm
Averaging	1
Measurement type	Direct
Acquisition mode	Dual frequency
Acquisition rate	100–400 Hz
Light intensity	100%

Tabella 1: Optical profilometry test conditions used to measure the bouldering grip samples.

Optical Profilometry Results

Yellow Grip Sample

Surface Roughness Analysis

The 3D rendering below shows the reconstructed surface topography of the yellow climbing grip sample.

A total least-squares plane was removed to study surface properties. The roughness filters S-Gaussian 2.5 µm was applied following ISO 25178 (1/2 cut-off removed at each side). However, the sharp density of pores and asperities and the elevated average roughness make the use of a Gaussian L-filter (8 mm cut off) inapplicable. Therefore, the primary surface was considered, and the roughness parameters are listed in the table below, alongside the 2D false-color map of the filtered surface.

ISO 25178-2 – Primary Surface
S-filter (λs): Gaussian, 2.5 µm, 1/2 cut-off
F-operation: [Workflow] Leveled (TLSPL)
Height Parameters
Sq	168.970	µm	Altezza quadratica media
Ssk	-0.927		Skewness
Cod	4.117		Curtosi
Sp	320.530	µm	Altezza massima del picco
Sv	868.116	µm	Maximum pit depth
Sz	1188.645	µm	Altezza massima
Sa	132.953	µm	Altezza media aritmetica

The average surface roughness Sa is 132.953 µm, whereas the peak-to-valley roughness, Sz amounts to 1188.645 µm. The surface morphology is skewed towards deep valleys (Ssk < 0, Sv > Sp), with a leptokurtotic (Cod > 3) distribution of peaks and valleys relative to the average plane.

The following picture shows a 2D photo-simulation of the area under artificial lighting, highlighting the region’s morphology.

Pore Morphology Analysis

A pore analysis was performed across the full scanned area using a semi-automated edge-detection algorithm. The analysis identified recessed surface features to quantify pore coverage, pore density, radius, void volume, and maximum depth.

The detected pore locations were then mapped across the scanned 5 mm × 5 mm area to evaluate pore coverage, density, and size distribution.

Information
Method	Circle detection
Features detected	Pores, recessed objects
Minimum detection diameter	0.150 mm
Maximum detection diameter	2.000 mm
Number of detected pores	206
Surface coverage	47.395%
Pore density	8.203 particles/mm²

Parameter	Unit	Mean	Std. Dev.	Min	Max
Global Statistics
Raggio	mm	0.127	0.049	0.076	0.275
Void volume	µm³	4,724,770.705	6,748,143.925	23,594.172	4.422 × 10⁷
Maximum depth	µm	173.729	94.942	28.153	716.480

Pores covered nearly half of the yellow grip’s scanned surface, with a measured coverage of 47.395% and a pore density of 8.203 particles/mm². The detected pores and cracks were highly heterogeneous in size, volume, and depth, ranging from large crater-like features with a maximum radius of 0.275 mm and void volume above 4.4 × 10⁷ µm³ to smaller pores with a minimum radius of 0.076 mm and void volume of 23,594.172 µm³. This uneven pore distribution is reflected in the large standard deviation measured for void volume and maximum depth.

Functional Surface Parameters (Abbott-Firestone curve)

The Abbott-Firestone curve shows the cumulative areal material distribution of the yellow climbing grip sample. This analysis defines functional surface parameters including Sk, Spk, and Svk according to ISO 25178-2.

Information
Standard	ISO 25178-2
Parameter	Value	Unit
Sk	409.738	µm
Spk	45.480	µm
Svk	233.446	µm
Smrk1	3.976	%
Smrk2	85.005	%

The chart below shows the peak-valley distribution from the mean plane based on the functional parameters derived from the Abbott-Firestone curve. Valleys are shown in purple, the mean plane in green, and peaks in orange.

Information
1st threshold	Height – c1: 229.209 µm
2nd threshold	Height – c2: -180.424 µm
Parameters	Unit
Projected area (in %)	%	14.995	81.029	3.976
Projected area	mm²	3.772	20.381	1.000
Volume of material (in %)	%	97.451	48.100	0.973
Volume of material	µm³	1.684 × 10¹⁰	4.956 × 10⁹	2.275 × 10⁷

The yellow grip sample shows a dominant mean-plane region with scattered recessed pores and a smaller population of raised peaks. This indicates a surface texture characterized mainly by average-sized pores distributed across the scanned area.

Blue Grip Sample

Surface Roughness Analysis

The 3D rendering below shows the reconstructed surface topography of the blue climbing grip sample.

A total least-squares plane was removed to evaluate the blue grip’s surface properties. An S-Gaussian 2.5 µm roughness filter was applied following ISO 25178, with 1/2 cut-off removed at each side.

Because of the dense pores, asperities, and elevated average roughness, a Gaussian L-filter with an 8 mm cut-off was not applied. The primary surface was used for roughness analysis, with the roughness parameters listed alongside the 2D false-color map of the filtered surface.

ISO 25178-2 – Primary Surface
S-filter (λs): Gaussian, 2.5 µm, 1/2 cut-off
F-operation: [Workflow] Leveled (TLSPL)
Height Parameters
Sq	211.440	µm	Altezza quadratica media
Ssk	-0.682		Skewness
Cod	3.672		Curtosi
Sp	522.404	µm	Altezza massima del picco
Sv	720.164	µm	Maximum pit depth
Sz	1242.568	µm	Altezza massima
Sa	166.719	µm	Altezza media aritmetica

The blue grip sample had an average surface roughness, Sa, of 166.719 µm and a peak-to-valley roughness, Sz, of 1242.568 µm. The negative skewness value, Ssk < 0, indicates that the surface morphology is skewed toward deep valleys, while Sv > Sp shows that the maximum pit depth exceeded the maximum peak height.

The kurtosis value, Sku > 3, indicates a leptokurtotic height distribution, meaning the blue grip surface contains sharper or more extreme peaks and valleys relative to the average plane.

The 2D photo simulation below highlights the blue climbing grip’s surface morphology under artificial lighting.

Pore Morphology Analysis

The detected pore locations were mapped across the scanned 5 mm × 5 mm area to evaluate pore coverage, density, and size distribution.

Information
Method	Circle detection
Features detected	Pores, recessed objects
Minimum detection diameter	0.040 mm
Maximum detection diameter	2.000 mm
Number of detected pores	794
Surface coverage	24.208%
Pore density	31.355 particles/mm²

Parameter	Unit	Mean	Std. Dev.	Min	Max
Global Statistics
Raggio	mm	0.035	0.035	0.020	0.218
Void volume	µm³	821,872.849	2,495,310.021	11,009.819	2.929 × 10⁷
Maximum depth	µm	476.053	305.830	16.132	1044.045

Pores covered 24.208% of the blue grip’s scanned surface, with a pore density of 31.355 particles/mm². The detected pores and cracks were highly heterogeneous in size, volume, and depth, ranging from large crater-like features with a maximum radius of 0.218 mm and void volume greater than 2.9 × 10⁷ µm³ to small pores with a minimum radius of 0.020 mm and void volume of approximately 1.1 × 10⁴ µm³.

This uneven distribution is reflected in the large standard deviation measured for void volume and maximum depth. The pore distribution is bimodal, with one population of fine, deep pores and another population of larger crater-like valleys.

Functional Surface Parameters (Abbott-Firestone curve)

The Abbott-Firestone curve shows the cumulative areal material distribution of the blue climbing grip sample. This analysis defines functional surface parameters including Sk, Spk, and Svk according to ISO 25178-2.

Information
Standard	ISO 25178-2
Parameter	Value	Unit
Sk	522.359	µm
Spk	117.670	µm
Svk	295.209	µm
Smrk1	6.122	%
Smrk2	87.456	%

Information
1st threshold	Height – c1: 283.646 µm
2nd threshold	Height – c2: -238.619 µm
Parameters	Unit
Projected area (in %)	%	12.544	81.334	6.122
Projected area	mm²	3.182	20.629	1.553
Volume of material (in %)	%	96.079	48.546	1.514
Volume of material	µm³	1.151 × 10¹⁰	6.431 × 10⁹	9.142 × 10⁷

The blue grip sample shows a dominant mean-plane region with fine, deep pores distributed across the surface and localized peak features. Compared with the yellow grip, the blue grip contains a higher projected peak area and a bimodal pore structure, combining fine recessed pores with larger crater-like valleys.

Conclusione

In this application, the NANOVEA JR25 Non-Contact Optical Profiler was used to measure the surface roughness, topography, and pore morphology of yellow and blue bouldering grip samples.

Topographic analysis showed that both grip samples had high surface roughness, with Sa values above 100 µm and Sz values above 1000 µm. Both surfaces also showed an asymmetric height distribution skewed toward valleys, indicating that recessed features played a major role in the measured surface morphology.

The yellow grip sample showed higher pore coverage, with pores covering 47.395% of the scanned surface. Its surface was mainly characterized by average-sized pores distributed across the measured area.

The blue grip sample showed lower pore coverage at 24.208%, but a much higher pore density of 31.355 particles/mm². Its pore distribution was bimodal, with a population of fine, deep pores and a separate population of larger crater-like valleys.

These results show how non-contact 3D optical profilometry can quantify climbing hold surface features that are difficult to evaluate from visual inspection alone, including roughness, pore coverage, pore depth, surface height distribution, and functional topography. The blue grip’s higher porosity and bimodal pore structure make it more likely to absorb moisture and chalk at the contact interface, while its elevated roughness and surface morphology support stable friction for shoe rubber and finger contact. The yellow grip’s lower roughness and flatter profile suggest it is better suited for use as a foothold in slab climbing, where broad surface contact matters more than deep textural engagement.

Frequently Asked Questions About Climbing Hold Surface Roughness

What is climbing hold surface roughness?

Climbing hold surface roughness describes the height variation, texture, pores, asperities, and valleys present on the surface of a climbing grip. These features can influence contact behavior between the hold, shoe rubber, skin, chalk, and moisture.

How can climbing hold surface roughness be measured?

Climbing hold surface roughness can be measured using non-contact 3D optical profilometry. This method reconstructs the surface topography and calculates areal roughness parameters such as Sa, Sz, Sp, Sv, Ssk, and Sku without touching or deforming the sample.

Why use non-contact optical profilometry for climbing hold analysis?

Non-contact optical profilometry is useful for climbing hold analysis because climbing grips can contain deep pores, sharp valleys, rough asperities, and irregular surface texture. A contact stylus may lose contact, fail to reach recessed features, or introduce artifacts on complex surfaces.

What does Sa mean in surface roughness analysis?

Sa is the arithmetic mean height of a surface and is commonly used to describe average areal surface roughness. In this app note, both climbing grip samples showed high Sa values above 100 µm, indicating strongly textured surfaces.

What does Sz mean in optical profilometry results?

Sz is the maximum height of the measured surface, calculated from the highest peak to the deepest valley. In climbing hold surface roughness analysis, Sz helps describe the full vertical range of the grip’s surface texture.

Why is pore morphology important for climbing grips?

Pore morphology can affect how a climbing grip interacts with chalk, sweat, humidity, skin, and shoe rubber. Measuring pore coverage, density, depth, and volume helps quantify surface features that are difficult to evaluate by visual inspection alone.

Need Reliable Surface Roughness Analysis?

Stent Coating Adhesion and Delamination Analysis Using Nano Scratch Testing

Application Note | Stent Coating Adhesion Testing

Stent Coating Adhesion and Delamination Analysis Using Nano Scratch Testing

Quantifying Coating Failure and Adhesion Performance on Drug-Eluting Stents

Research & Experimental Testing

Duanjie Li, PhD

Visual Design & Editorial

Andrew Shore

Introduzione

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

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

Why coating adhesion matters in drug-eluting stents

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

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

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

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

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

ℹ️ Per saperne di più nanoindentation and scratch testing lab services for coating adhesion and failure analysis.

Measurement Method

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

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

NANOVEA PB1000 Advanced

Collaudatore meccanico

Condizioni di prova

1. Regular Stent Samples

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

Parameter	Value
Load type	Progressivo
Initial load	0.05 mN
Final load	300 and 100 mN
Sliding speed	0.5 mm/min
Sliding distance	0.5 mm
Indenter geometry	Conico
Indenter material (tip)	Diamante
Raggio della punta del penetratore	20 µm
Temperatura	24°C (room)

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

2. Grooved Stent Samples

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

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

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

Parameter	Value
Load type	Progressivo
Initial load	0.1 mN
Final load	300 mN
Tasso di carico	300 mN/min
Scratch length	0.25 mm
Scratch speed	0.25 mm/min
Indenter geometry	40° cone
Indenter material (tip)	Diamante
Raggio della punta del penetratore	5 µm

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

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

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

Risultati e discussione

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

1. Regular Stent Samples

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

Two critical loads are identified:

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

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

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

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

(a) Full Scratch Track

(b) Lc1 ≈ 14.5 mN

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

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

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

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

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

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

(a) Sample 1 – Early Coating Failure

(b) Sample 2 – Improved Coating Integrity

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

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

2. Grooved Stent Samples

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Conclusione

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

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

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

Riferimenti

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

Frequently Asked Questions About Stent Coating Adhesion Testing

What is stent coating adhesion testing?

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

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

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

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

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

Why is coating adhesion important in drug-eluting stents?

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

How do you measure coating adhesion inside stent grooves?

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

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

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

How can nano scratch testing compare different coating formulations?

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

Need Reliable Stent Coating Adhesion Testing?

Dental Surface Roughness Measurement & 3D Tooth Topography

Application Note | Dental Surface Characterization

Dental Surface Roughness Measurement and Full 3D Tooth Topography

Surface Roughness Analysis Using Non-Contact Optical Profilometry

Preparato da

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

Introduzione

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

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

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

Non-Contact Optical Profilometry for Dental Surface Analysis

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

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

ℹ️ Per saperne di più non-contact optical profilometry and surface roughness measurement services.

Measurement Method

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

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

NANOVEA JR25 Portable
Profilometro ottico

Surface Measurement Using NANOVEA Optical Profilometer

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

PS2 – MG140

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

PS5 – MG35

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

Parametri di misura

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

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

Optical Profilometry Results

Surface Roughness Analysis (Area)

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

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

ISO 25178 – Roughness (S-L)
S-filter (λs): Gaussian, 2.5 µm
F: [Workflow] Form removed (LS-poly 8)
L-filter (λc): Gaussian, 0.8 mm
Height Parameters
Sq	2.433	µm	Altezza quadratica media
Ssk	-0.102		Skewness
Cod	3.715		Curtosi
Sp	18.861	µm	Altezza massima del picco
Sv	16.553	µm	Maximum pit depth
Sz	35.414	µm	Altezza massima
Sa	1.888	µm	Altezza media aritmetica

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

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

Roughness Analysis (Profiles)

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

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

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

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

F: Nessuno

S-filter (λs): Gaussian, 2.5 µm

L-filter (λc): Gaussian, 0.8 mm

Evaluation length: All λc (3)

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

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

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

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

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

F: Nessuno

S-filter (λs): Gaussian, 2.5 µm

L-filter (λc): Gaussian, 0.8 mm

Evaluation length: All λc (3)

Full 3D Tooth Surface Topography Reconstruction

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

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

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

Conclusione

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

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

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

Riferimenti

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

Frequently Asked Questions About Dental Surface Roughness Measurement

What is dental surface roughness measurement?

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

Why use optical profilometry to measure tooth roughness?

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

What roughness parameters are used for dental surface analysis?

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

Why is surface roughness important in dentistry?

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

Need Reliable Surface Roughness Measurement for Dental Materials?

Analisi della superficie pallinata

ANALISI DELLA SUPERFICIE PALLINATA

UTILIZZO DEL PROFILOMETRO 3D SENZA CONTATTO

Preparato da

CRAIG LEISING

INTRODUZIONE

La pallinatura è un processo in cui un substrato viene bombardato con sfere sferiche di metallo, vetro o ceramica, comunemente denominate "sparate", con una forza destinata a indurre plasticità sulla superficie. L'analisi delle caratteristiche prima e dopo la martellatura fornisce spunti cruciali per migliorare la comprensione e il controllo del processo. La rugosità superficiale e l'area di copertura delle fossette lasciate dallo sparo sono aspetti di interesse particolarmente degni di nota.

Importanza del profilometro 3D senza contatto per l'analisi della superficie pallinata

A differenza dei profilometri a contatto tradizionali, tradizionalmente utilizzati per l'analisi delle superfici pallinate, la misurazione 3D senza contatto fornisce un'immagine 3D completa per offrire una comprensione più completa dell'area di copertura e della topografia della superficie. Senza funzionalità 3D, un'ispezione si baserà esclusivamente su informazioni 2D, che non sono sufficienti per caratterizzare una superficie. Comprendere la topografia, l'area di copertura e la rugosità in 3D è l'approccio migliore per controllare o migliorare il processo di pallinatura. di NANOVEA Profilometri 3D senza contatto utilizzano la tecnologia della luce cromatica con una capacità unica di misurare gli angoli ripidi riscontrati su superfici lavorate e pallinate. Inoltre, quando altre tecniche non riescono a fornire dati affidabili a causa del contatto della sonda, della variazione della superficie, dell'angolo o della riflettività, i profilometri NANOVEA riescono.

OBIETTIVO DI MISURAZIONE

In questa applicazione, il profilometro senza contatto NANOVEA ST400 viene utilizzato per misurare la materia prima e due superfici martellate in modo diverso per una revisione comparativa. C'è un elenco infinito di parametri di superficie che possono essere calcolati automaticamente dopo la scansione della superficie 3D. Qui esamineremo la superficie 3D e selezioneremo le aree di interesse per ulteriori analisi, inclusa la quantificazione e l'analisi della rugosità, delle fossette e dell'area della superficie.

NANOVEA ST400 Standard
Profiler ottico 3D

IL CAMPIONE

RISULTATI

SUPERFICIE IN ACCIAIO

ISO 25178 PARAMETRI DI RUGOSITÀ 3D

S.A	0,399 micron	Rugosità media
Sq	0,516 micron	Rugosità RMS
Sz	5,686 micron	Massimo picco-valle
Sp	2,976 micron	Altezza massima del picco
Sv	2,711 micron	Profondità massima della fossa
Cod	3.9344	Curtosi
Ssk	-0.0113	Skewness
Sal	0,0028 mm	Lunghezza di correlazione automatica
str	0.0613	Proporzioni della trama
Sdar	26,539 mm²	Superficie
Svk	0,589 micron	Profondità della valle ridotta

RISULTATI

SUPERFICIE MARRELLATA 1

COPERTURA DELLA SUPERFICIE 98.105%

ISO 25178 PARAMETRI DI RUGOSITÀ 3D

Sa	4,102 micron	Rugosità media
Sq	5,153 micron	Rugosità RMS
Sz	44,975 micron	Massimo picco-valle
Sp	24,332 micron	Altezza massima del picco
Sv	20,644 micron	Profondità massima della fossa
Cod	3.0187	Curtosi
Ssk	0.0625	Skewness
Sal	0,0976 mm	Lunghezza di correlazione automatica
str	0.9278	Proporzioni della trama
Sdar	29.451mm²	Superficie
Svk	5,008 micron	Profondità della valle ridotta

RISULTATI

SUPERFICIE MARRELLATA 2

COPERTURA DELLA SUPERFICIE 97.366%

ISO 25178 PARAMETRI DI RUGOSITÀ 3D

Sa	4.330 micron	Rugosità media
Sq	5,455 micron	Rugosità RMS
Sz	54,013 micron	Massimo picco-valle
Sp	25,908 micron	Altezza massima del picco
Sv	28,105 micron	Profondità massima della fossa
Cod	3.0642	Curtosi
Ssk	0.1108	Skewness
Sal	0,1034 mm	Lunghezza di correlazione automatica
str	0.9733	Proporzioni della trama
Sdar	29,623 mm²	Superficie
Svk	5,167 micron	Profondità della valle ridotta

CONCLUSIONE

In questa applicazione di analisi della superficie pallinata, abbiamo dimostrato come il profilatore 3D senza contatto NANOVEA ST400 caratterizzi con precisione sia la topografia che i dettagli nanometrici di una superficie pallinata. È evidente che sia Surface 1 che Surface 2 hanno un impatto significativo su tutti i parametri qui riportati rispetto alla materia prima. Un semplice esame visivo delle immagini rivela le differenze tra le superfici. Ciò è ulteriormente confermato dall'osservazione dell'area di copertura e dei parametri elencati. Rispetto alla superficie 2, la superficie 1 presenta una rugosità media inferiore (Sa), ammaccature meno profonde (Sv) e un'area superficiale ridotta (Sdar), ma un'area di copertura leggermente superiore.

Da queste misurazioni della superficie 3D, le aree di interesse possono essere facilmente identificate e sottoposte a una gamma completa di misurazioni, tra cui rugosità, finitura, consistenza, forma, topografia, planarità, deformazione, planarità, volume, altezza del gradino e altre. È possibile scegliere rapidamente una sezione trasversale 2D per un'analisi dettagliata. Queste informazioni consentono un'analisi completa delle superfici martellate, utilizzando una gamma completa di risorse per la misurazione della superficie. Aree di interesse specifiche potrebbero essere ulteriormente esaminate con un modulo AFM integrato. I profilometri 3D NANOVEA offrono velocità fino a 200 mm/s. Possono essere personalizzati in termini di dimensioni, velocità, capacità di scansione e possono persino essere conformi agli standard delle camere bianche di classe 1. Sono inoltre disponibili opzioni come Indexing Conveyor e integrazione per l'utilizzo in linea o online.

Un ringraziamento speciale al sig. Hayden dell'IMF per aver fornito il campione mostrato in questa nota. Industrial Metal Finishing Inc. | indmetfin.com

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Morfologia della superficie della vernice

MORFOLOGIA DELLA SUPERFICIE DELLA PITTURA

MONITORAGGIO AUTOMATIZZATO DELL'EVOLUZIONE IN TEMPO REALE
UTILIZZO DEL PROFILOMETRO NANOVEA 3D

Preparato da

DUANJIE LI, PhD

INTRODUZIONE

Le proprietà protettive e decorative della vernice svolgono un ruolo significativo in una varietà di settori, tra cui quello automobilistico, marittimo, militare e delle costruzioni. Per ottenere le proprietà desiderate, come la resistenza alla corrosione, la protezione dai raggi UV e la resistenza all'abrasione, le formule e le architetture delle vernici vengono attentamente analizzate, modificate e ottimizzate.

IMPORTANZA DEL PROFILOMETRO 3D SENZA CONTATTO PER L'ANALISI DELLA MORFOLOGIA DELLA SUPERFICIE DELLA VERNICE A SECCO

La vernice viene solitamente applicata in forma liquida e subisce un processo di essiccazione, che prevede l'evaporazione dei solventi e la trasformazione della vernice liquida in una pellicola solida. Durante il processo di essiccazione, la superficie verniciata cambia progressivamente forma e consistenza. È possibile sviluppare diverse finiture superficiali e trame utilizzando additivi per modificare la tensione superficiale e le proprietà di flusso della vernice. Tuttavia, in caso di una ricetta di vernice mal formulata o di un trattamento superficiale improprio, possono verificarsi cedimenti indesiderati della superficie della vernice.

Un accurato monitoraggio in situ della morfologia della superficie della vernice durante il periodo di essiccazione può fornire una visione diretta del meccanismo di essiccazione. Inoltre, l’evoluzione in tempo reale delle morfologie superficiali è un’informazione molto utile in varie applicazioni, come la stampa 3D. La NANOVEA Profilometri 3D senza contatto misurare la morfologia superficiale della vernice dei materiali senza toccare il campione, evitando qualsiasi alterazione della forma che potrebbe essere causata da tecnologie di contatto come uno stilo scorrevole.

OBIETTIVO DI MISURAZIONE

In questa applicazione, il profilometro senza contatto NANOVEA ST500, dotato di un sensore ottico a linea ad alta velocità, viene utilizzato per monitorare la morfologia della superficie della vernice durante il suo periodo di asciugatura di 1 ora. Mostriamo la capacità del profilometro senza contatto NANOVEA di fornire la misurazione automatica in tempo reale del profilo 3D dei materiali con un continuo cambiamento di forma.

NANOVEA ST500 Area ampia
Profiler ottico 3D

RISULTATI E DISCUSSIONE

La vernice è stata applicata sulla superficie di una lamiera, seguita immediatamente da misurazioni automatizzate dell'evoluzione morfologica della vernice in essiccazione in situ utilizzando il profilometro senza contatto NANOVEA ST500 dotato di un sensore di linea ad alta velocità. Una macro era stata programmata per misurare e registrare automaticamente la morfologia della superficie 3D a intervalli di tempo specifici: 0, 5, 10, 20, 30, 40, 50 e 60 min. Questa procedura di scansione automatizzata consente agli utenti di eseguire le attività di scansione automaticamente eseguendo le procedure impostate in sequenza, riducendo notevolmente lo sforzo, il tempo e i possibili errori dell'utente rispetto ai test manuali o alle scansioni ripetute. Questa automazione si rivela estremamente utile per misurazioni a lungo termine che comportano più scansioni a diversi intervalli di tempo.

Il sensore di linea ottica genera una linea luminosa composta da 192 punti, come mostrato nella FIGURA 1. Questi 192 punti luminosi scansionano simultaneamente la superficie del campione, aumentando significativamente la velocità di scansione. Ciò garantisce che ogni scansione 3D venga completata rapidamente per evitare cambiamenti sostanziali della superficie durante ogni singola scansione.

FIGURA 1: Sensore a linea ottica che scansiona la superficie della vernice in essiccazione.

La vista in falsi colori, la vista 3D e il profilo 2D della topografia della vernice essiccata in momenti rappresentativi sono mostrati rispettivamente nella FIGURA 2, FIGURA 3 e FIGURA 4. Il falso colore nelle immagini facilita il rilevamento di caratteristiche che non sono facilmente distinguibili. I diversi colori rappresentano le variazioni di altezza nelle diverse aree della superficie del campione. La vista 3D fornisce uno strumento ideale per gli utenti per osservare la superficie della vernice da diverse angolazioni. Durante i primi 30 minuti del test, i falsi colori sulla superficie della vernice cambiano gradualmente da toni più caldi a toni più freddi, indicando una progressiva diminuzione dell'altezza nel tempo in questo periodo. Questo processo rallenta, come dimostra il lieve cambiamento di colore confrontando la vernice a 30 e 60 minuti.

L'altezza media del campione e i valori di rugosità Sa in funzione del tempo di asciugatura della vernice sono riportati nella FIGURA 5. L'analisi completa della rugosità della vernice dopo 0, 30 e 60 minuti di asciugatura è elencata nella TABELLA 1. Si può osservare che l'altezza media della superficie pittorica diminuisce rapidamente da 471 a 329 µm nei primi 30 minuti di asciugatura. La trama superficiale si sviluppa contemporaneamente alla vaporizzazione del solvente, portando ad un aumento del valore di rugosità Sa da 7,19 a 22,6 µm. Successivamente il processo di essiccazione della vernice rallenta, determinando una graduale diminuzione dell'altezza del campione e del valore Sa a 317 µm e 19,6 µm, rispettivamente, a 60 min.

Questo studio evidenzia le capacità del profilometro senza contatto 3D NANOVEA nel monitorare i cambiamenti della superficie 3D della vernice in essiccazione in tempo reale, fornendo preziose informazioni sul processo di essiccazione della vernice. Misurando la morfologia della superficie senza toccare il campione, il profilometro evita di introdurre alterazioni di forma alla vernice non essiccata, che possono verificarsi con tecnologie di contatto come lo stilo scorrevole. Questo approccio senza contatto garantisce un'analisi accurata e affidabile della morfologia della superficie della vernice in essiccazione.

FIGURA 2: Evoluzione della morfologia superficiale della vernice in essiccazione in tempi diversi.

FIGURA 3: Vista 3D dell'evoluzione della superficie della vernice a diversi tempi di essiccazione.

FIGURA 4: Profilo 2D attraverso il campione di vernice dopo diversi tempi di asciugatura.

FIGURA 5: Evoluzione dell'altezza media del campione e del valore di rugosità Sa in funzione del tempo di asciugatura della vernice.

ISO 25178 - Parametri di rugosità superficiale

Tempo di asciugatura (min)	0	5	10	20	30	40	50	60
Quadrato (µm)	7.91	9.4	10.8	20.9	22.6	20.6	19.9	19.6
Cod	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

TABELLA 1: Rugosità della vernice a diversi tempi di asciugatura.

CONCLUSIONE

In questa applicazione, abbiamo mostrato le capacità del profilometro 3D senza contatto NANOVEA ST500 nel monitorare l'evoluzione della morfologia della superficie della vernice durante il processo di essiccazione. Il sensore di linea ottica ad alta velocità, che genera una linea con 192 punti luminosi che scansionano simultaneamente la superficie del campione, ha reso lo studio efficiente in termini di tempo, garantendo al tempo stesso una precisione senza pari.

La funzione macro del software di acquisizione consente di programmare misurazioni automatizzate della morfologia della superficie 3D in situ, rendendolo particolarmente utile per misurazioni a lungo termine che coinvolgono più scansioni a specifici intervalli di tempo target. Riduce significativamente il tempo, lo sforzo e il potenziale di errori dell'utente. I progressivi cambiamenti nella morfologia della superficie vengono continuamente monitorati e registrati in tempo reale mentre la vernice si asciuga, fornendo preziose informazioni sul meccanismo di asciugatura della vernice.

I dati mostrati qui rappresentano solo una frazione dei calcoli disponibili nel software di analisi. I profilometri NANOVEA sono in grado di misurare praticamente qualsiasi superficie, sia essa trasparente, scura, riflettente o opaca.

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Ispezione della mappatura della rugosità con la profilometria 3D

ISPEZIONE CON MAPPATURA DELLA RUGOSITÀ

USANDO LA PROFILOMETRIA 3D

Preparato da

DUANJIE, PhD

INTRODUZIONE

La rugosità e la consistenza della superficie sono fattori critici che influiscono sulla qualità finale e sulle prestazioni di un prodotto. Una comprensione approfondita della rugosità, della struttura e della consistenza della superficie è essenziale per selezionare le migliori misure di lavorazione e controllo. Per identificare in tempo i prodotti difettosi e ottimizzare le condizioni della linea di produzione, è necessaria un'ispezione in linea rapida, quantificabile e affidabile delle superfici dei prodotti.

IMPORTANZA DEL PROFILOMETRO 3D SENZA CONTATTO PER L'ISPEZIONE IN LINEA DELLE SUPERFICI

I difetti superficiali nei prodotti derivano dalla lavorazione dei materiali e dalla fabbricazione del prodotto. L'ispezione della qualità della superficie in linea garantisce il controllo di qualità più rigoroso dei prodotti finali. NANOVEA Profilatori ottici 3D senza contatto utilizzano la tecnologia della luce cromatica con la capacità unica di determinare la ruvidità di un campione senza contatto. Il sensore di linea consente la scansione del profilo 3D di un'ampia superficie ad alta velocità. La soglia di rugosità, calcolata in tempo reale dal software di analisi, funge da strumento pass/fail veloce e affidabile.

OBIETTIVO DI MISURAZIONE

In questo studio, il NANOVEA ST400, dotato di un sensore ad alta velocità, è stato utilizzato per ispezionare la superficie di un campione di Teﬂon con un difetto, per mostrare la capacità del NANOVEA di essere in grado di gestire la deﬁnizione di un campione di Teﬂon.

I proﬁlometri senza contatto forniscono un'ispezione rapida e affidabile delle superﬁci in una linea di produzione.

NANOVEA

ST400

RISULTATI E DISCUSSIONE

Analisi 3D della superficie del Ruvidità Campione standard

La superficie di un campione di rugosità è stata scansionata con un NANOVEA ST400 dotato di un sensore ad alta velocità che genera una linea luminosa di 192 punti, come mostrato in FIGURA 1. Questi 192 punti scansionano contemporaneamente la superficie del campione, aumentando notevolmente la velocità di scansione. Questi 192 punti scansionano la superficie del campione contemporaneamente, aumentando notevolmente la velocità di scansione.

La FIGURA 2 mostra viste in falsi colori della mappa dell'altezza della superficie e della mappa di distribuzione della rugosità del campione standard di rugosità. In FIGURA 2a, il campione di rugosità presenta una superficie leggermente inclinata, come rappresentato dal gradiente di colore variabile in ciascuno dei blocchi di rugosità standard. In FIGURA 2b, la distribuzione omogenea della rugosità è mostrata in blocchi di rugosità diversi, il cui colore rappresenta la rugosità nei blocchi.

La FIGURA 3 mostra esempi di Mappe Pass/Fail generate dal software di analisi in base a soglie di rugosità diverse. I blocchi di rugosità sono evidenziati in rosso quando la loro rugosità superficiale è superiore a un determinato valore di soglia. In questo modo l'utente può impostare una soglia di rugosità per determinare la qualità della finitura superficiale di un campione.

FIGURA 1: Scansione del sensore ottico a linee sul campione Roughness Standard

a. Mappa dell'altezza della superficie:

b. Mappa di rugosità:

FIGURA 2: Viste in falsi colori della mappa dell'altezza superficiale e della mappa di distribuzione della rugosità del campione standard di rugosità.

FIGURA 3: Mappa Passa/Scarta in base alla soglia di ruvidità.

Ispezione superficiale di un campione di Teﬂon con difetti

La mappa dell'altezza della superficie, la mappa della distribuzione della rugosità e la mappa della soglia di rugosità Passa/Scarta del campione di Teﬂon sono mostrate in FIGURA 4. Il campione di Teﬂon presenta una cresta al centro destro del campione, come mostrato nella mappa dell'altezza della superficie. Il campione di Teﬂon presenta una cresta al centro destro del campione, come mostrato nella mappa dell'altezza superficiale.

a. Mappa dell'altezza della superficie:

I diﬀerenti colori della palette di FIGURA 4b rappresentano il valore di rugosità della superficie locale. La mappa di rugosità mostra una rugosità omogenea nell'area intatta del campione di Teﬂon. Tuttavia, i difetti, sotto forma di un anello frastagliato e di una cicatrice da usura, sono evidenziati con colori brillanti. L'utente può facilmente impostare una soglia di rugosità Pass/Fail per individuare i difetti superficiali, come mostrato nella FIGURA 4c. Questo strumento consente agli utenti di monitorare in loco la qualità della superficie del prodotto nella linea di produzione e di scoprire in tempo i prodotti difettosi. Il valore di rugosità in tempo reale viene calcolato e registrato al passaggio dei prodotti dal sensore ottico in linea, che può servire come strumento rapido ma affidabile per il controllo della qualità.

b. Mappa di rugosità:

c. Mappa di soglia di ruvidità Pass/Fail:

FIGURA 4: Mappa dell'altezza della superficie, mappa della distribuzione della rugosità e Mappa di soglia di ruvidità Pass/Fail della superficie del campione di Teﬂon.

CONCLUSIONE

In questa applicazione, abbiamo dimostrato come il profilatore ottico senza contatto NANOVEA ST400 3D, dotato di un sensore ottico di linea, funzioni come strumento affidabile di controllo della qualità in modo efficace ed efficiente.

Il sensore ottico a linea genera una linea luminosa di 192 punti che scansionano contemporaneamente la superficie del campione, aumentando notevolmente la velocità di scansione. Può essere installato nella linea di produzione per monitorare la rugosità superficiale dei prodotti in loco. La soglia di rugosità funziona come criterio affidabile per determinare la qualità della superficie dei prodotti, consentendo agli utenti di notare in tempo i prodotti difettosi.

I dati qui riportati rappresentano solo una parte dei calcoli disponibili nel software di analisi. I profilometri NANOVEA misurano virtualmente qualsiasi superficie in campi come quello dei semiconduttori, della microelettronica, del solare, delle fibre ottiche, dell'automotive, dell'aerospaziale, della metallurgia, della lavorazione, dei rivestimenti, del farmaceutico, del biomedicale, dell'ambientale e molti altri.

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Ispezione della superficie di saldatura con un profilometro 3D portatile

Ispezione superficiale WELd

utilizzando un profilometro 3D portatile

Preparato da

CRAIG LEISING

INTRODUZIONE

Ispezione della superficie della saldatura con un profilometro 3D portatile Preparato da CRAIG LEISING INTRODUZIONE Può capitare che una particolare saldatura, tipicamente eseguita tramite ispezione visiva, debba essere analizzata con un livello di precisione estremo. Le aree specifiche di interesse per un'analisi precisa includono cricche superficiali, porosità e crateri non riempiti, indipendentemente dalle successive procedure di ispezione. La saldatura [...]

IMPORTANZA DEL PROFILOMETRO 3D SENZA CONTATTO PER L'ISPEZIONE DELLA SUPERFICIE DI SALDATURA

A differenza di altre tecniche come i tastatori o l'interferometria, la NANOVEA Profilometro 3D senza contatto, utilizzando il cromatismo assiale, può misurare quasi tutte le superfici, le dimensioni dei campioni possono variare ampiamente a causa della stadiazione aperta e non è necessaria alcuna preparazione del campione. L'intervallo da nano a macro si ottiene durante la misurazione del profilo di superficie senza alcuna influenza da parte della riflettività o dell'assorbimento del campione, ha una capacità avanzata di misurare angoli superficiali elevati e non è prevista alcuna manipolazione dei risultati da parte del software. Misura facilmente qualsiasi materiale: trasparente, opaco, speculare, diffusivo, lucido, ruvido ecc. Le funzionalità 2D e 2D dei Profilometri Portatili NANOVEA li rendono strumenti ideali per l'ispezione completa della superficie di saldatura sia in laboratorio che sul campo.

OBIETTIVO DI MISURAZIONE

In questa applicazione, il profilatore portatile NANOVEA JR25 viene utilizzato per misurare la rugosità superficiale, la forma e il volume di una saldatura, nonché l'area circostante. Questi dati possono fornire informazioni fondamentali per analizzare correttamente la qualità della saldatura e del processo di saldatura.

NANOVEA

JR25

RISULTATI DEL TEST

L'immagine sottostante mostra la vista 3D completa della saldatura e dell'area circostante, insieme ai parametri di superficie della sola saldatura. Il profilo della sezione trasversale 2D è mostrato di seguito.

il campione

Con il profilo della sezione trasversale 2D di cui sopra rimosso dal 3D, le informazioni dimensionali della saldatura vengono calcolate di seguito. Area superficiale e volume di materiale calcolati solo per la saldatura.

	BUCO	PICCO
SUPERFICIE	1,01 mm²	14,0 mm²
VOLUME	8,799e-5 mm³	23,27 mm³
PROFONDITÀ/ALTEZZA MASSIMA	0,0276 mm	0,6195 mm
PROFONDITÀ/ALTEZZA MEDIA	0,004024 mm	0,2298 mm

CONCLUSIONE

In questa applicazione, abbiamo dimostrato come il profilatore senza contatto NANOVEA 3D possa caratterizzare con precisione le caratteristiche critiche di una saldatura e della superficie circostante. In base alla rugosità, alle dimensioni e al volume, è possibile determinare un metodo quantitativo per la qualità e la ripetibilità e indagare ulteriormente. I campioni di saldatura, come l'esempio riportato in questa nota applicativa, possono essere facilmente analizzati con un profilatore NANOVEA standard da tavolo o portatile per test interni o sul campo.

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Rivestimenti industriali Valutazione di graffi e usura

RIVESTIMENTO INDUSTRIALE

VALUTAZIONE DEI GRAFFI E DELL'USURA MEDIANTE TRIBOMETRO

Preparato da

DUANJIE LI, PhD & ANDREA HERRMANN

INTRODUZIONE

La vernice acrilica uretanica è un tipo di rivestimento protettivo ad asciugatura rapida ampiamente utilizzato in diverse applicazioni industriali, come la vernice per pavimenti, la vernice per auto e altre. Quando viene utilizzata come vernice per pavimenti, può essere impiegata in aree a forte traffico pedonale e di ruote gommate, come passaggi pedonali, cordoli e parcheggi.

IMPORTANZA DEI TEST DI GRAFFIATURA E USURA PER IL CONTROLLO DI QUALITÀ

Tradizionalmente, i test di abrasione Taber sono stati eseguiti per valutare la resistenza all'usura delle vernici acriliche per pavimenti secondo lo standard ASTM D4060. Tuttavia, come indicato nella norma, "per alcuni materiali, i test di abrasione che utilizzano il Taber Abraser possono essere soggetti a variazioni dovute a cambiamenti nelle caratteristiche abrasive della ruota durante il test".1 Ciò può comportare una scarsa riproducibilità dei risultati dei test e creare difficoltà nel confrontare i valori riportati da diversi laboratori. Inoltre, nei test di abrasione Taber, la resistenza all'abrasione è calcolata come perdita di peso a un determinato numero di cicli di abrasione. Tuttavia, le vernici acriliche per pavimenti hanno uno spessore del film secco raccomandato di 37,5-50 μm2.

L'aggressivo processo di abrasione di Taber Abraser può consumare rapidamente il rivestimento in uretano acrilico e creare una perdita di massa nel substrato, con conseguenti errori sostanziali nel calcolo della perdita di peso della vernice. Anche l'impianto di particelle abrasive nella vernice durante il test di abrasione contribuisce agli errori. Pertanto, una misurazione quantificabile e affidabile ben controllata è fondamentale per garantire una valutazione riproducibile dell'usura della vernice. Inoltre, la test di graffiatura consente agli utenti di rilevare cedimenti prematuri di adesivi/coesive in applicazioni reali.

OBIETTIVO DI MISURAZIONE

In questo studio mostriamo che NANOVEA Tribometri e Tester Meccanici sono ideali per la valutazione e il controllo qualità dei rivestimenti industriali.

Il processo di usura delle vernici acriliche per pavimenti con diversi strati di finitura viene simulato in modo controllato e monitorato utilizzando il tribometro NANOVEA. Il test del micrograffio viene utilizzato per misurare il carico necessario a causare un cedimento coesivo o adesivo della vernice.

NANOVEA T100

Il tribometro pneumatico compatto

NANOVEA PB1000

Il tester meccanico a piattaforma larga

PROCEDURA DI PROVA

Questo studio valuta quattro rivestimenti per pavimenti acrilici all'acqua disponibili in commercio che presentano lo stesso primer (base) e diversi topcoat della stessa formula con una piccola variazione nelle miscele di additivi allo scopo di migliorare la durata. Questi quattro rivestimenti sono identificati come campioni A, B, C e D.

TEST DI USURA

Il tribometro NANOVEA è stato applicato per valutare il comportamento tribologico, ad esempio coefficiente di attrito, COF e resistenza all'usura. Sulle vernici testate è stata applicata una punta sferica SS440 (6 mm di diametro, grado 100). Il COF è stato registrato in situ. Il tasso di usura, K, è stato valutato utilizzando la formula K=V/(F×s)=A/(F×n), dove V è il volume usurato, F è il carico normale, s è la distanza di scorrimento, A è l'area della sezione trasversale della pista di usura e n è il numero di giri. La rugosità superficiale e i profili delle tracce di usura sono stati valutati dal NANOVEA Profilometro otticoe la morfologia della traccia di usura è stata esaminata utilizzando il microscopio ottico.

PARAMETRI DEL TEST DI USURA

FORZA NORMALE

20 N

VELOCITÀ

15 m/min

DURATA DEL TEST

100, 150, 300 e 800 cicli

TEST DI SCRATCH

Il tester meccanico NANOVEA, dotato di uno stilo in diamante Rockwell C (raggio di 200 μm), è stato utilizzato per eseguire prove di graffiatura a carico progressivo sui campioni di vernice utilizzando la modalità Micro Scratch Tester. Sono stati utilizzati due carichi finali: 5 N per verificare la delaminazione della vernice dal primer e 35 N per verificare la delaminazione del primer dai substrati metallici. Per garantire la riproducibilità dei risultati, sono stati ripetuti tre test alle stesse condizioni su ciascun campione.

Le immagini panoramiche delle intere lunghezze dei graffi sono state generate automaticamente e le loro posizioni critiche di rottura sono state correlate con i carichi applicati dal software del sistema. Questa funzione del software consente agli utenti di eseguire analisi sulle tracce di graffio in qualsiasi momento, anziché dover determinare il carico critico al microscopio subito dopo i test di graffio.

PARAMETRI DEL TEST SCRATCH

TIPO DI CARICO	Progressivo
CARICO INIZIALE	0,01 mN
CARICO FINALE	5 N / 35 N
TASSO DI CARICO	10 / 70 N/min
LUNGHEZZA DELLO SCRATCH	3 mm
VELOCITÀ DI SCRITTURA, dx/dt	6,0 mm/min
GEOMETRIA DEL PENETRATORE	Cono da 120º
MATERIALE INDENTATORE (punta)	Diamante
RAGGIO DELLA PUNTA DEL PENETRATORE	200 μm

RISULTATI DEI TEST DI USURA

Su ogni campione sono stati eseguiti quattro test di usura pin-on-disk a diversi numeri di giri (100, 150, 300 e 800 cicli) per monitorare l'evoluzione dell'usura. La morfologia superficiale dei campioni è stata misurata con un profilatore senza contatto NANOVEA 3D per quantificare la rugosità superficiale prima di eseguire i test di usura. Tutti i campioni presentavano una rugosità superficiale comparabile di circa 1 μm, come illustrato nella FIGURA 1. La COF è stata registrata in situ durante i test di usura, come mostrato in FIGURA 2. La FIGURA 4 presenta l'evoluzione delle tracce di usura dopo 100, 150, 300 e 800 cicli, mentre la FIGURA 3 riassume il tasso di usura medio dei diversi campioni nelle varie fasi del processo di usura.

Rispetto a un valore di COF di ~0,07 per gli altri tre campioni, il campione A presenta un COF molto più elevato, pari a ~0,15 all'inizio, che aumenta gradualmente e si stabilizza a ~0,3 dopo 300 cicli di usura. Un COF così elevato accelera il processo di usura e crea una quantità sostanziale di detriti di vernice, come indicato in FIGURA 4 - il topcoat del campione A ha iniziato a essere rimosso nei primi 100 giri. Come mostrato in FIGURA 3, il campione A presenta il tasso di usura più elevato, pari a ~5 μm2/N nei primi 300 cicli, che diminuisce leggermente a ~3,5 μm2/N a causa della migliore resistenza all'usura del substrato metallico. Il topcoat del campione C inizia a cedere dopo 150 cicli di usura, come mostrato in FIG. 4, che è anche indicato dall'aumento di COF in FIG. 2.

In confronto, il campione B e il campione D mostrano proprietà tribologiche migliori. Il campione B mantiene un basso COF per tutta la durata del test - il COF aumenta leggermente da~0,05 a ~0,1. Questo effetto lubrificante aumenta sostanzialmente la sua resistenza all'usura: il topcoat fornisce ancora una protezione superiore al primer sottostante dopo 800 cicli di usura. Il tasso di usura medio più basso, pari a soli ~0,77 μm2/N, è stato misurato per il campione B a 800 cicli. Lo strato superiore del campione D inizia a delaminare dopo 375 cicli, come dimostra il brusco aumento del COF in FIG. 2. Il tasso di usura medio del campione D è di circa 0,77 μm2/N. Il tasso di usura medio del campione D è di ~1,1 μm2/N a 800 cicli.

Rispetto alle tradizionali misure di abrasione Taber, il Tribometro NANOVEA fornisce valutazioni dell'usura ben controllate, quantificabili e affidabili, che garantiscono valutazioni riproducibili e controlli di qualità delle vernici commerciali per pavimenti/auto. Inoltre, la capacità di misurare il COF in situ consente agli utenti di correlare le diverse fasi di un processo di usura con l'evoluzione del COF, che è fondamentale per migliorare la comprensione fondamentale del meccanismo di usura e delle caratteristiche tribologiche di vari rivestimenti di vernice.

FIGURA 1: Morfologia 3D e rugosità dei campioni di vernice.

FIGURA 2: COF durante i test pin-on-disk.

FIGURA 3: Evoluzione del tasso di usura di diverse vernici.

FIGURA 4: Evoluzione delle tracce di usura durante i test con i perni su disco.

RISULTATI DEL TEST SCRATCH

La FIGURA 5 mostra il grafico della forza normale, della forza di attrito e della profondità reale in funzione della lunghezza del graffio per il campione A come esempio. È possibile installare un modulo opzionale di emissione acustica per fornire ulteriori informazioni. Con l'aumento lineare del carico normale, la punta dell'indentazione affonda gradualmente nel campione testato, come dimostra l'aumento progressivo della profondità reale. La variazione delle pendenze delle curve della forza di attrito e della profondità reale può essere utilizzata come una delle implicazioni dell'inizio della rottura del rivestimento.

FIGURA 5: Forza normale, forza d'attrito e profondità reale in funzione della lunghezza del graffio per il prova di graffiatura del Campione A con un carico massimo di 5 N.

Le FIGURE 6 e 7 mostrano i graffi completi di tutti e quattro i campioni di vernice testati con un carico massimo di 5 N e 35 N, rispettivamente. Il campione D ha richiesto un carico maggiore di 50 N per delaminare il primer. Le prove di graffiatura a 5 N di carico finale (FIG. 6) valutano il cedimento coesivo/adesivo della vernice superiore, mentre quelle a 35 N (FIG. 7) valutano la delaminazione del primer. Le frecce nelle micrografie indicano il punto in cui il rivestimento superiore o il primer iniziano a essere completamente rimossi dal primer o dal substrato. Il carico in questo punto, il cosiddetto Carico Critico (Lc), viene utilizzato per confrontare le proprietà coesive o adesive della vernice, come riassunto nella Tabella 1.

È evidente che il campione di vernice D ha la migliore adesione interfacciale - mostrando i più alti valori di Lc di 4,04 N alla delaminazione della vernice e di 36,61 N alla delaminazione del primer. Il campione B mostra la seconda migliore resistenza ai graffi. L'analisi dei graffi dimostra che l'ottimizzazione della formula della vernice è fondamentale per il comportamento meccanico, o più specificamente, per la resistenza ai graffi e l'adesione delle vernici acriliche per pavimenti.

Tabella 1: Sintesi dei carichi critici.

FIGURA 6: Micrografie del graffio completo con carico massimo di 5 N.

FIGURA 7: Micrografie del graffio completo con carico massimo di 35 N.

CONCLUSIONE

Rispetto alle tradizionali misure di abrasione Taber, il tester meccanico e il tribometro NANOVEA sono strumenti superiori per la valutazione e il controllo di qualità dei rivestimenti commerciali per pavimenti e per autoveicoli. Il NANOVEA Mechanical Tester in modalità Scratch può rilevare problemi di adesione/coesione in un sistema di rivestimento. Il Tribometro NANOVEA fornisce un'analisi tribologica ben controllata, quantificabile e ripetibile sulla resistenza all'usura e sul coefficiente di attrito delle vernici.

Sulla base delle analisi tribologiche e meccaniche complete sui rivestimenti acrilici per pavimenti a base d'acqua testati in questo studio, dimostriamo che il campione B possiede il COF e il tasso di usura più bassi e la seconda migliore resistenza ai graffi, mentre il campione D mostra la migliore resistenza ai graffi e la seconda migliore resistenza all'usura. Questa valutazione ci permette di valutare e selezionare il miglior candidato in base alle esigenze dei diversi ambienti di applicazione.

I moduli Nano e Micro del tester meccanico NANOVEA includono tutti modalità di indentazione, graffio e usura conformi alle norme ISO e ASTM, fornendo la più ampia gamma di test disponibili per la valutazione delle vernici su un unico modulo. Il tribometro NANOVEA offre test di usura e attrito precisi e ripetibili utilizzando modalità rotative e lineari conformi alle norme ISO e ASTM, con moduli opzionali per l'usura ad alta temperatura, la lubrificazione e la tribocorrosione disponibili in un unico sistema pre-integrato. La gamma impareggiabile di NANOVEA è la soluzione ideale per determinare l'intera gamma di proprietà meccaniche/tribologiche di rivestimenti, film e substrati sottili o spessi, morbidi o duri, tra cui durezza, modulo di Young, tenacità alla frattura, adesione, resistenza all'usura e molte altre. Sono disponibili profilatori ottici senza contatto NANOVEA opzionali per l'acquisizione di immagini 3D ad alta risoluzione di graffi e tracce di usura, oltre ad altre misure di superficie come la rugosità.

PARLIAMO ORA DELLA VOSTRA APPLICAZIONE

Analisi della frattografia con la profilometria 3D

ANALISI DELLA FRATTOGRAFIA

USANDO LA PROFILOMETRIA 3D

Preparato da

CRAIG LEISING

INTRODUZIONE

La frattografia è lo studio delle caratteristiche sulle superfici fratturate ed è stata storicamente studiata tramite microscopio o SEM. A seconda delle dimensioni dell'elemento, per l'analisi della superficie viene selezionato un microscopio (macro caratteristiche) o un SEM (nano e micro caratteristiche). Entrambi consentono in definitiva di identificare il tipo di meccanismo di frattura. Sebbene efficace, il microscopio presenta chiari limiti e il SEM nella maggior parte dei casi, oltre all’analisi a livello atomico, non è pratico per la misurazione della superficie della frattura e manca di una più ampia capacità di utilizzo. Con i progressi nella tecnologia di misurazione ottica, NANOVEA Profilometro 3D senza contatto è ora considerato lo strumento preferito, con la sua capacità di fornire misurazioni di superfici 2D e 3D su scala nanometrica e macrometrica

IMPORTANZA DEL PROFILOMETRO 3D SENZA CONTATTO PER L'ISPEZIONE DELLE FRATTURE

A differenza di un SEM, un profilometro 3D senza contatto può misurare quasi tutte le superfici, le dimensioni del campione, con una preparazione minima del campione, il tutto offrendo dimensioni verticali e orizzontali superiori a quelle di un SEM. Con un profilatore, le caratteristiche da nano a macro gamma sono catturate in una singola misurazione con zero influenza dalla riflettività del campione. Misura facilmente qualsiasi materiale: trasparente, opaco, speculare, diffusivo, lucido, ruvido, ecc. Il profilometro 3D senza contatto fornisce una capacità ampia e facile da usare per massimizzare gli studi sulla frattura della superficie ad una frazione del costo di un SEM.

OBIETTIVO DI MISURAZIONE

In questa applicazione, il NANOVEA ST400 viene utilizzato per misurare la superficie fratturata di un campione di acciaio. In questo studio, mostreremo un'area 3D, l'estrazione del profilo 2D e la mappa direzionale della superficie.

NANOVEA

ST400

RISULTATI

SUPERFICIE SUPERIORE

Direzione della texture della superficie 3D

Isotropia	51.26%
Prima direzione	123.2º
Seconda direzione	116.3º
Terza direzione	0.1725º

Area superficiale, volume, rugosità e molti altri possono essere calcolati automaticamente da questa estrazione.

Estrazione del profilo 2D

RISULTATI

SUPERFICIE LATERALE

Direzione della texture della superficie 3D

Isotropia	15.55%
Prima direzione	0.1617º
Seconda direzione	110.5º
Terza direzione	171.5º

Area superficiale, volume, rugosità e molti altri possono essere calcolati automaticamente da questa estrazione.

Estrazione del profilo 2D

CONCLUSIONE

In questa applicazione, abbiamo mostrato come il NANOVEA ST400 3D Non-Contact Profilometer può caratterizzare con precisione la topografia completa (nano, micro e macro caratteristiche) di una superficie fratturata. Dall'area 3D, la superficie può essere chiaramente identificata e le sottoaree o i profili/sezioni trasversali possono essere rapidamente estratti e analizzati con una lista infinita di calcoli della superficie. Le caratteristiche superficiali sub nanometriche possono essere ulteriormente analizzate con un modulo AFM integrato.

Inoltre, NANOVEA ha incluso una versione portatile alla sua linea di profilometri, particolarmente importante per gli studi sul campo dove la superficie di frattura è immobile. Con questo ampio elenco di capacità di misurazione della superficie, l'analisi della superficie di frattura non è mai stata così facile e conveniente con un unico strumento.

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Usura e attrito dei nastri polimerici con il tribometro

CINGHIE IN POLIMERO

USURA E FRITTURA CON UN TRIBOMETRO

Preparato da

DUANJIE LI, PhD

INTRODUZIONE

La trasmissione a cinghia trasmette potenza e traccia il movimento relativo tra due o più alberi rotanti. Essendo una soluzione semplice ed economica con una manutenzione minima, le trasmissioni a cinghia sono ampiamente utilizzate in una varietà di applicazioni, come seghe, segherie, trebbiatrici, soffiatori di silo e trasportatori. Le trasmissioni a cinghia possono proteggere i macchinari dal sovraccarico e smorzare e isolare le vibrazioni.

IMPORTANZA DELLA VALUTAZIONE DELL'USURA PER LE TRASMISSIONI A CINGHIA

Attrito e usura sono inevitabili per le cinghie di una macchina a cinghia. Un attrito sufficiente garantisce una trasmissione efficace della potenza senza slittamenti, ma un attrito eccessivo può usurare rapidamente la cinghia. Durante il funzionamento della trasmissione a cinghia si verificano diversi tipi di usura, come la fatica, l'abrasione e l'attrito. Per prolungare la durata della cinghia e ridurre i costi e i tempi di riparazione e sostituzione, è auspicabile una valutazione affidabile delle prestazioni di usura delle cinghie per migliorarne la durata, l'efficienza produttiva e le prestazioni applicative. La misurazione accurata del coefficiente di attrito e del tasso di usura della cinghia facilita la ricerca e lo sviluppo e il controllo di qualità della produzione di cinghie.

OBIETTIVO DI MISURAZIONE

In questo studio abbiamo simulato e confrontato il comportamento all'usura di cinghie con diverse texture superficiali per mostrare la capacità del NANOVEA Il tribometro T2000 simula il processo di usura del nastro in modo controllato e monitorato.

NANOVEA

T2000

PROCEDURE DI TEST

Il coefficiente di attrito, COF, e la resistenza all'usura di due cinghie con diversa rugosità e struttura della superficie sono stati valutati con il metodo del NANOVEA Carico elevato Tribometro utilizzando il modulo di usura reciprocante lineare. Come contromateriale è stata utilizzata una sfera in acciaio 440 (diametro 10 mm). La rugosità superficiale e le tracce di usura sono state esaminate utilizzando un integrato Profilometro 3D senza contatto. Il tasso di usura, Kè stato valutato con la formula K=Vl(Fxs), dove V è il volume consumato, F è il carico normale e s è la distanza di scorrimento.

Si noti che in questo studio è stata utilizzata come esempio una sfera liscia in acciaio 440, ma è possibile applicare qualsiasi materiale solido con forme e finiture superficiali diverse utilizzando dispositivi personalizzati per simulare la situazione applicativa reale.

RISULTATI E DISCUSSIONE

Il nastro testurizzato e il nastro liscio presentano una rugosità superficiale Ra di 33,5 e 8,7 um, rispettivamente, secondo i profili superficiali analizzati presi con un NANOVEA Profilatore ottico 3D senza contatto. Il COF e il tasso di usura delle due cinghie testate sono stati misurati rispettivamente a 10 N e 100 N, per confrontare il comportamento di usura delle cinghie a carichi diversi.

FIGURA 1 mostra l'evoluzione del COF delle cinghie durante i test di usura. Le cinghie con texture diverse mostrano comportamenti di usura sostanzialmente diversi. È interessante notare che dopo il periodo di rodaggio, durante il quale il COF aumenta progressivamente, il nastro testurizzato raggiunge un COF inferiore, pari a ~0,5, in entrambe le prove condotte con carichi di 10 N e 100 N. In confronto, il nastro liscio testato con un carico di 10 N mostra un COF significativamente più alto, pari a ~1,4, quando il COF si stabilizza e si mantiene al di sopra di questo valore per il resto della prova. La cinghia liscia testata con un carico di 100 N è stata rapidamente consumata dalla sfera in acciaio 440 e ha formato un'ampia traccia di usura. La prova è stata quindi interrotta a 220 giri.

FIGURA 1: Evoluzione della COF dei nastri a diversi carichi.

La FIGURA 2 confronta le immagini 3D delle tracce di usura dopo i test a 100 N. Il profilometro 3D senza contatto NANOVEA offre uno strumento per analizzare la morfologia dettagliata delle tracce di usura, fornendo maggiori informazioni sulla comprensione fondamentale del meccanismo di usura.

TABELLA 1: Risultato dell'analisi delle tracce di usura.

FIGURA 2: Vista 3D dei due nastri
dopo le prove a 100 N.

Il profilo tridimensionale della pista di usura consente di determinare direttamente e con precisione il volume della pista di usura calcolato dal software di analisi avanzata, come mostrato nella TABELLA 1. In un test di usura di 220 giri, il nastro liscio presenta una traccia di usura molto più ampia e profonda, con un volume di 75,7 mm3 , rispetto a un volume di usura di 14,0 mm3 per il nastro testurizzato dopo un test di usura di 600 giri. L'attrito significativamente più elevato del nastro liscio contro la sfera d'acciaio porta a un tasso di usura 15 volte superiore rispetto al nastro testurizzato.

Una differenza così drastica di COF tra il nastro testurizzato e il nastro liscio è probabilmente legata alla dimensione dell'area di contatto tra il nastro e la sfera d'acciaio, che porta anche a prestazioni di usura diverse. La FIGURA 3 mostra le tracce di usura dei due nastri al microscopio ottico. L'esame delle tracce di usura è in accordo con l'osservazione dell'evoluzione della COF: La cinghia testurizzata, che mantiene un basso COF di ~0,5, non mostra alcun segno di usura dopo il test di usura con un carico di 10 N. La cinghia liscia mostra una piccola traccia di usura a 10 N. I test di usura eseguiti a 100 N creano tracce di usura sostanzialmente più grandi sia sulla cinghia testurizzata che su quella liscia, e il tasso di usura sarà calcolato utilizzando profili 3D come verrà discusso nel paragrafo successivo.

FIGURA 3: Tracce di usura al microscopio ottico.

CONCLUSIONE

In questo studio abbiamo dimostrato la capacità del tribometro NANOVEA T2000 di valutare il coefficiente di attrito e il tasso di usura delle cinghie in modo ben controllato e quantitativo. La struttura della superficie gioca un ruolo fondamentale nella resistenza all'attrito e all'usura delle cinghie durante il loro funzionamento. Il nastro testurizzato presenta un coefficiente di attrito stabile di ~0,5 e possiede una lunga durata, che si traduce in una riduzione dei tempi e dei costi di riparazione o sostituzione degli utensili. In confronto, l'attrito eccessivo del nastro liscio contro la sfera d'acciaio consuma rapidamente il nastro. Inoltre, il carico sul nastro è un fattore fondamentale per la sua durata. Il sovraccarico crea un attrito molto elevato, che porta a un'usura accelerata del nastro.

Il tribometro NANOVEA T2000 offre test di usura e attrito precisi e ripetibili utilizzando modalità rotative e lineari conformi alle norme ISO e ASTM, con moduli opzionali per l'usura ad alta temperatura, la lubrificazione e la tribocorrosione disponibili in un unico sistema pre-integrato. NANOVEA è la soluzione ideale per determinare l'intera gamma di proprietà tribologiche di rivestimenti, film e substrati sottili o spessi, morbidi o duri.

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