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Test di nano-graffio e mar della vernice su substrato metallico

Test Nano Scratch & Mar

di vernice su substrato metallico

Preparato da

SUSANA CABELLO

INTRODUZIONE

La vernice con o senza strato duro è uno dei rivestimenti più comunemente utilizzati. La vediamo sulle auto, sui muri, sugli elettrodomestici e praticamente su tutto ciò che necessita di un rivestimento protettivo o semplicemente per scopi estetici. Le vernici destinate alla protezione del substrato sottostante spesso contengono sostanze chimiche che impediscono alla vernice di prendere fuoco o semplicemente di perdere il colore o di screpolarsi. Spesso le vernici utilizzate per scopi estetici sono disponibili in vari colori, ma non sono necessariamente destinate alla protezione del substrato o a una lunga durata.

Tuttavia, tutte le vernici subiscono un certo invecchiamento nel corso del tempo. Gli agenti atmosferici sulla vernice possono spesso modificarne le proprietà rispetto a quelle previste dal produttore. Può scheggiarsi più rapidamente, scrostarsi con il calore, perdere colore o creparsi. I diversi cambiamenti di proprietà delle vernici nel tempo sono il motivo per cui i produttori offrono una scelta così ampia. Le vernici sono personalizzate per soddisfare le diverse esigenze dei singoli clienti.

IMPORTANZA DEL NANO SCRATCH TEST PER IL CONTROLLO DI QUALITÀ

Una delle principali preoccupazioni dei produttori di vernici è la capacità del loro prodotto di resistere alle screpolature. Una volta che la vernice inizia a screpolarsi, non riesce a proteggere il substrato su cui è stata applicata e quindi non soddisfa il cliente. Ad esempio, se un ramo dovesse colpire la fiancata di un'auto e subito dopo la vernice iniziasse a scheggiarsi, i produttori di vernice perderebbero l'attività a causa della scarsa qualità della vernice. La qualità della vernice è molto importante perché se il metallo sotto la vernice viene esposto può iniziare ad arrugginirsi o a corrodersi a causa della nuova esposizione.

 

Ragioni simili valgono per molti altri settori, come le forniture per la casa e l'ufficio, l'elettronica, i giocattoli, gli strumenti di ricerca e altro ancora. Anche se la vernice può essere resistente alle crepe quando viene applicata per la prima volta ai rivestimenti metallici, le proprietà possono cambiare nel corso del tempo quando il campione è stato sottoposto agli agenti atmosferici. Per questo motivo è molto importante che i campioni di vernice siano testati allo stato di invecchiamento. Sebbene la fessurazione sotto un elevato carico di stress possa essere inevitabile, il produttore deve prevedere l'indebolimento dei cambiamenti nel tempo e la profondità del graffio da affettuare per fornire ai propri consumatori i migliori prodotti possibili.

OBIETTIVO DI MISURAZIONE

Dobbiamo simulare il processo di graffiatura in modo controllato e monitorato per osservare gli effetti del comportamento del campione. In questa applicazione, il tester meccanico NANOVEA PB1000 in modalità Nano Scratch Testing viene utilizzato per misurare il carico necessario a causare il cedimento di un campione di vernice di circa 7 anni di spessore pari a 30-50 μm su un substrato metallico.

Uno stilo con punta di diamante da 2 μm viene utilizzato con un carico progressivo da 0,015 mN a 20,00 mN per graffiare il rivestimento. Abbiamo eseguito una scansione pre e post della vernice con un carico di 0,2 mN per determinare il valore della profondità reale del graffio. La profondità reale analizza la deformazione plastica ed elastica del campione durante il test, mentre la scansione successiva analizza solo la deformazione plastica del graffio. Il punto in cui il rivestimento si rompe per fessurazione è considerato il punto di rottura. Abbiamo utilizzato l'ASTMD7187 come guida per determinare i nostri parametri di prova.

 

Si può concludere che, avendo utilizzato un campione esposto alle intemperie; quindi, testando un campione di vernice al suo stadio più debole, abbiamo ottenuto minori punti di rottura.

 

Su questo campione sono stati eseguiti cinque test al fine di

determinare con esattezza i carichi critici di rottura.

NANOVEA

PB1000

PARAMETRI DEL TEST

a seguire ASTM D7027

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.

TIPO DI CARICO Progressivo
CARICO INIZIALE 0,015 mN
CARICO FINALE 20 mN
TASSO DI CARICO 20 mN/min
LUNGHEZZA DELLO SCRATCH 1,6 mm
VELOCITÀ DI SCRATCH, dx/dt 1,601 mm/min
CARICAMENTO PRE-SCAN 0,2 mN
CARICAMENTO POST-SCANSIONE 0,2 mN
Indentatore conico 90° Raggio della punta 2 µm

tipo di penetratore

Conico

Cono diamantato a 90°

Raggio della punta di 2 µm

Indentatore conico Diamante 90° Cono 2 µm raggio della punta

RISULTATI

Questa sezione presenta i dati raccolti sui guasti durante la prova di scratch. La prima sezione descrive i cedimenti osservati durante lo scratch e definisce i carichi critici riportati. La parte successiva contiene una tabella riassuntiva dei carichi critici per tutti i campioni e una rappresentazione grafica. L'ultima parte presenta i risultati dettagliati per ogni campione: i carichi critici per ogni graffio, le micrografie di ogni guasto e il grafico della prova.

GUASTI OSSERVATI E DEFINIZIONE DEI CARICHI CRITICI

FALLIMENTO CRITICO:

DANNO INIZIALE

Questo è il primo punto in cui si osserva il danno lungo la traccia del graffio.

nano graffio guasto critico danno iniziale

FALLIMENTO CRITICO:

DANNO COMPLETO

A questo punto, il danno è più significativo: la vernice si sta scheggiando e crepando lungo la traccia dei graffi.

nano graffio guasto critico danno completo

RISULTATI DETTAGLIATI

* I valori di rottura si riferiscono al punto di fessurazione del substrato.

CARICHI CRITICI
SCRATCH DANNO INIZIALE [mN] DANNO COMPLETO [µm]
1 14.513 4.932
2 3.895 4.838
3 3.917 4.930
MEDIA 3.988 4.900
DEV STD 0.143 0.054
Micrografia del graffio completo del test di nano graffio (magnificazione 1000x).

FIGURA 2: Micrografia del graffio completo (ingrandimento 1000x).

Micrografia del danno iniziale del test di nano graffio (magnificazione 1000x)

FIGURA 3: Micrografia del danno iniziale (ingrandimento 1000x).

Micrografia del danno completo da nano-graffio (magnificazione 1000x).

FIGURA 4: Micrografia del danno completo (ingrandimento 1000x).

Forza d'attrito e Coefficiente di attrito del test lineare di nano graffio

FIGURA 5: Forza di attrito e Coefficiente di attrito.

Profilo della superficie a nano-graffio lineare

FIGURA 6: Profilo della superficie.

Linear Nano Scratch Test Profondità reale e profondità residua

FIGURA 7: Profondità vera e profondità residua.

CONCLUSIONE

La NANOVEA Collaudatore meccanico nel Nano Scratch Tester consente di simulare molti guasti reali di vernici e rivestimenti duri. Applicando carichi crescenti in modo controllato e strettamente monitorato, lo strumento consente di identificare a quale carico si verificano i guasti. Questo può essere utilizzato per determinare i valori quantitativi della resistenza ai graffi. È noto che il rivestimento testato, in assenza di agenti atmosferici, presenta una prima cricca a circa 22 mN. Con valori più vicini a 5 mN, è chiaro che il periodo di 7 anni ha degradato la vernice.

La compensazione del profilo originale consente di ottenere una profondità corretta durante il graffio e di misurare la profondità residua dopo il graffio. Ciò fornisce ulteriori informazioni sul comportamento plastico ed elastico del rivestimento in presenza di un carico crescente. Sia la fessurazione che le informazioni sulla deformazione possono essere di grande utilità per migliorare il rivestimento duro. Le deviazioni standard molto ridotte dimostrano anche la riproducibilità della tecnica dello strumento, che può aiutare i produttori a migliorare la qualità del loro rivestimento/vernice dura e a studiare gli effetti degli agenti atmosferici.

PARLIAMO ORA DELLA VOSTRA APPLICAZIONE

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