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CONTATTACI

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.

Tribometro pneumatico compatto T100
NANOVEA T100

Il tribometro pneumatico compatto

SAPERNE DI PIÙ

NANOVEA PB1000

Il tester meccanico a piattaforma larga

SAPERNE DI PIÙ

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 CARICOProgressivo
CARICO INIZIALE0,01 mN
CARICO FINALE5 N / 35 N
TASSO DI CARICO10 / 70 N/min
LUNGHEZZA DELLO SCRATCH3 mm
VELOCITÀ DI SCRITTURA, dx/dt6,0 mm/min
GEOMETRIA DEL PENETRATORECono da 120º
MATERIALE INDENTATORE (punta)Diamante
RAGGIO DELLA PUNTA DEL PENETRATORE200 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.

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Misurazione della durezza dei graffi mediante tester meccanico

MISURA DELLA DUREZZA DEI GRAFFI

CON UN TESTER MECCANICO

Preparato da

DUANJIE LI, PhD

INTRODUZIONE

In generale, le prove di durezza misurano la resistenza dei materiali alla deformazione permanente o plastica. Esistono tre tipi di misure di durezza: la durezza da graffio, la durezza da indentazione e la durezza da rimbalzo. La prova di durezza al graffio misura la resistenza di un materiale ai graffi e all'abrasione dovuti all'attrito di un oggetto appuntito1. È stato originariamente sviluppato dal mineralogista tedesco Friedrich Mohs nel 1820 ed è ancora ampiamente utilizzato per classificare le proprietà fisiche dei minerali2. Questo metodo di prova è applicabile anche a metalli, ceramiche, polimeri e superfici rivestite.

Durante la misurazione della durezza da graffio, uno stilo diamantato di geometria specifica graffia la superficie di un materiale lungo un percorso lineare sotto una forza normale costante e a velocità costante. La larghezza media del graffio viene misurata e utilizzata per calcolare il numero di durezza del graffio (HSP). Questa tecnica fornisce una soluzione semplice per scalare la durezza di diversi materiali.

OBIETTIVO DI MISURAZIONE

In questo studio, il tester meccanico NANOVEA PB1000 è stato utilizzato per misurare la durezza da graffio di diversi metalli in conformità con la norma ASTM G171-03.

Allo stesso tempo, questo studio mette in mostra la capacità del NANOVEA Collaudatore meccanico nell'eseguire misurazioni della durezza ai graffi con elevata precisione e riproducibilità.

NANOVEA

PB1000

SAPERNE DI PIÙ
nanoindentatore e tester per graffi Nanovea PB1000

CONDIZIONI DI PROVA

Il tester meccanico NANOVEA PB1000 ha eseguito prove di durezza al graffio su tre metalli lucidati (Cu110, Al6061 e SS304). È stato utilizzato uno stilo conico in diamante con angolo di apice di 120° e raggio di punta di 200 µm. Ogni campione è stato graffiato tre volte con gli stessi parametri di prova per garantire la riproducibilità dei risultati. I parametri di prova sono riassunti di seguito. È stata eseguita una scansione del profilo a un basso carico normale di 10 mN prima e dopo la test di graffiatura per misurare la variazione del profilo superficiale del graffio.

PARAMETRI DEL TEST

FORZA NORMALE

10 N

TEMPERATURA

24°C (RT)

VELOCITÀ DI SCORRIMENTO

20 mm/min

DISTANZA DI SCORRIMENTO

10 mm

ATMOSFERA

Aria

RISULTATI E DISCUSSIONE

Le immagini delle tracce dei graffi di tre metalli (Cu110, Al6061 e SS304) dopo i test sono mostrate nella FIGURA 1, al fine di confrontare la durezza dei graffi dei diversi materiali. La funzione di mappatura del software NANOVEA Mechanical è stata utilizzata per creare tre graffi paralleli testati nelle stesse condizioni in un protocollo automatizzato. La larghezza della traccia di graffio misurata e il numero di durezza di graffio calcolato (HSP) sono riassunti e confrontati nella TABELLA 1. I metalli mostrano una diversa larghezza della traccia di usura. I metalli mostrano larghezze della traccia di usura diverse, pari a 174, 220 e 89 µm per Al6061, Cu110 e SS304, rispettivamente, con un HSP calcolato di 0,84, 0,52 e 3,2 GPa.

Oltre alla durezza del graffio calcolata in base alla larghezza della traccia del graffio, l'evoluzione del coefficiente di attrito (COF), della profondità reale e dell'emissione acustica sono state registrate in situ durante la prova di durezza del graffio. In questo caso, la profondità reale è la differenza di profondità tra la profondità di penetrazione dello stilo durante il test di graffiatura e il profilo della superficie misurato nel pre-scan. La FIGURA 2 mostra a titolo di esempio la COF, la profondità reale e l'emissione acustica di Cu110. Queste informazioni forniscono informazioni sui guasti meccanici che si verificano durante il graffio, consentendo agli utenti di rilevare i difetti meccanici e di indagare ulteriormente sul comportamento del graffio del materiale testato.

I test di durezza al graffio possono essere eseguiti in un paio di minuti con elevata precisione e ripetibilità. Rispetto alle procedure di indentazione convenzionali, il test di durezza al graffio di questo studio fornisce una soluzione alternativa per la misurazione della durezza, utile per il controllo di qualità e lo sviluppo di nuovi materiali.

Al6061

Cu110

SS304

FIGURA 1: Immagine al microscopio delle tracce di graffio dopo il test (ingrandimento 100x).

 Larghezza della traccia del graffio (μm)HSp (GPa)
Al6061174±110.84
Cu110220±10.52
SS30489±53.20

TABELLA 1: Riepilogo della larghezza della traccia del graffio e del numero di durezza del graffio.

FIGURA 2: Evoluzione del coefficiente di attrito, della profondità reale e delle emissioni acustiche durante la prova di durezza del graffio su Cu110.

CONCLUSIONE

In questo studio abbiamo dimostrato la capacità del NANOVEA Mechanical Tester di eseguire prove di durezza da graffio in conformità alla norma ASTM G171-03. Oltre all'adesione del rivestimento e alla resistenza ai graffi, il test di graffiatura a carico costante fornisce una soluzione alternativa e semplice per confrontare la durezza dei materiali. A differenza dei tradizionali tester di durezza a graffio, i tester meccanici NANOVEA offrono moduli opzionali per il monitoraggio dell'evoluzione del coefficiente di attrito, dell'emissione acustica e della profondità reale in situ.

I moduli Nano e Micro di un tester meccanico NANOVEA includono modalità di indentazione, graffio e usura conformi agli standard ISO e ASTM, fornendo la più ampia e semplice gamma di test disponibili in un unico sistema. La gamma impareggiabile di NANOVEA è la soluzione ideale per determinare l'intera gamma di proprietà meccaniche 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.

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Test di graffiatura del rivestimento in nitruro di titanio

TEST DI GRAFFIATURA DEL RIVESTIMENTO IN NITRURO DI TITANIO

ISPEZIONE DI CONTROLLO QUALITÀ

Preparato da

DUANJIE LI, PhD

INTRODUZIONE

La combinazione di elevata durezza, eccellente resistenza all'usura, alla corrosione e all'inerzia rende il nitruro di titanio (TiN) un rivestimento protettivo ideale per i componenti metallici di vari settori. Ad esempio, la ritenzione dei bordi e la resistenza alla corrosione di un rivestimento TiN possono aumentare notevolmente l'efficienza di lavoro e prolungare la durata di vita di macchine utensili come lame di rasoio, frese metalliche, stampi a iniezione e seghe. L'elevata durezza, l'inerzia e l'atossicità rendono il TiN un ottimo candidato per le applicazioni nei dispositivi medici, compresi gli impianti e gli strumenti chirurgici.

IMPORTANZA DEL TEST DI SCRATCH DEL RIVESTIMENTO TiN

Le tensioni residue nei rivestimenti protettivi PVD/CVD svolgono un ruolo critico nelle prestazioni e nell'integrità meccanica del componente rivestito. Le sollecitazioni residue derivano da diverse fonti principali, tra cui le sollecitazioni di crescita, i gradienti termici, i vincoli geometrici e le sollecitazioni di servizio¹. Il disallineamento dell'espansione termica tra il rivestimento e il substrato, che si crea durante la deposizione del rivestimento a temperature elevate, porta a elevate sollecitazioni residue termiche. Inoltre, gli utensili rivestiti di TiN sono spesso utilizzati in presenza di sollecitazioni concentrate molto elevate, come ad esempio le punte da trapano e i cuscinetti. È fondamentale sviluppare un processo di controllo qualità affidabile per ispezionare quantitativamente la forza coesiva e adesiva dei rivestimenti funzionali protettivi.

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

OBIETTIVO DI MISURAZIONE

In questo studio, mostriamo che NANOVEA Tester Meccanici in Scratch Mode sono ideali per valutare la forza coesiva/adesiva dei rivestimenti protettivi TiN in modo controllato e quantitativo.

NANOVEA

PB1000

SAPERNE DI PIÙ
nanoindentatore e tester per graffi Nanovea PB1000

CONDIZIONI DI PROVA

Per eseguire il rivestimento è stato utilizzato il tester meccanico NANOVEA PB1000. test di graffio su tre rivestimenti TiN utilizzando gli stessi parametri di prova riassunti di seguito:

MODALITÀ DI CARICAMENTO: Progressivo lineare

CARICO INIZIALE

0.02 N

CARICO FINALE

10 N

TASSO DI CARICO

20 N/min

LUNGHEZZA DELLO SCRATCH

5 mm

TIPO DI INDENTERO

Sfero-conico

Diamante, raggio 20 μm

RISULTATI E DISCUSSIONE

La FIGURA 1 mostra l'evoluzione registrata della profondità di penetrazione, del coefficiente di attrito (COF) e dell'emissione acustica durante il test. La FIGURA 2 mostra le tracce dei micrograffi sui campioni di TiN. I comportamenti di rottura a diversi carichi critici sono mostrati in FIGURA 3, dove il carico critico Lc1 è definito come il carico al quale si verifica il primo segno di cricca coesiva nella traccia del graffio, Lc2 è il carico dopo il quale si verificano ripetuti cedimenti per spallazione e Lc3 è il carico al quale il rivestimento viene completamente rimosso dal substrato. I valori di carico critico (Lc) per i rivestimenti TiN sono riassunti in FIGURA 4.

L'evoluzione della profondità di penetrazione, della COF e dell'emissione acustica fornisce una visione del meccanismo di rottura del rivestimento in diverse fasi, che in questo studio sono rappresentate dai carichi critici. Si può osservare che il campione A e il campione B presentano un comportamento comparabile durante il test di graffiatura. Lo stilo penetra progressivamente nel campione fino a una profondità di ~0,06 mm e il COF aumenta gradualmente fino a ~0,3 mentre il carico normale aumenta linearmente all'inizio della prova di graffiatura del rivestimento. Quando si raggiunge un Lc1 di ~3,3 N, si verifica il primo segno di rottura per scheggiatura. Ciò si riflette anche nei primi grandi picchi nel grafico della profondità di penetrazione, della COF e dell'emissione acustica. Quando il carico continua ad aumentare fino a Lc2 di ~3,8 N, si verificano ulteriori fluttuazioni della profondità di penetrazione, della COF e dell'emissione acustica. Si può osservare un continuo cedimento per spallazione su entrambi i lati della traccia di graffio. A Lc3, il rivestimento si stacca completamente dal substrato metallico sotto l'elevata pressione applicata dallo stilo, lasciando il substrato esposto e non protetto.

In confronto, il campione C presenta carichi critici più bassi in diverse fasi dei test di graffio del rivestimento, il che si riflette anche nell'evoluzione della profondità di penetrazione, del coefficiente di attrito (COF) e dell'emissione acustica durante il test di graffio del rivestimento. Il campione C presenta un intercalare di adesione con una durezza inferiore e una sollecitazione più elevata all'interfaccia tra il rivestimento TiN superiore e il substrato metallico rispetto ai campioni A e B.

Questo studio dimostra l'importanza di un adeguato supporto del substrato e dell'architettura del rivestimento per la qualità del sistema di rivestimento. Un intercalare più resistente può resistere meglio alla deformazione sotto un elevato carico esterno e alle sollecitazioni di concentrazione, migliorando così la forza coesiva e adesiva del sistema rivestimento/substrato.

FIGURA 1: Evoluzione della profondità di penetrazione, della COF e dell'emissione acustica dei campioni di TiN.

FIGURA 2: Traccia completa dei graffi dei rivestimenti TiN dopo i test.

FIGURA 3: Cedimenti del rivestimento TiN in presenza di diversi carichi critici, Lc.

FIGURA 4: Riepilogo dei valori di carico critico (Lc) per i rivestimenti TiN.

CONCLUSIONE

In questo studio abbiamo dimostrato che il tester meccanico NANOVEA PB1000 esegue test di graffiatura affidabili e accurati su campioni rivestiti di TiN in modo controllato e strettamente monitorato. Le misure di graffiatura consentono agli utenti di identificare rapidamente il carico critico al quale si verificano i tipici cedimenti del rivestimento coesivo e adesivo. I nostri strumenti sono strumenti di controllo qualità superiori, in grado di ispezionare e confrontare quantitativamente la qualità intrinseca di un rivestimento e l'integrità interfacciale di un sistema rivestimento/substrato. Un rivestimento con un adeguato intercalare può resistere a grandi deformazioni sotto un elevato carico esterno e a sollecitazioni di concentrazione e migliorare la forza coesiva e adesiva di un sistema rivestimento/substrato.

I moduli Nano e Micro di un tester meccanico NANOVEA includono tutti modalità di indentazione, graffiatura e usura conformi alle norme ISO e ASTM, fornendo la gamma di test più ampia e semplice da utilizzare disponibile in un unico sistema. La gamma impareggiabile di NANOVEA è la soluzione ideale per determinare l'intera gamma di proprietà meccaniche 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.

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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

SAPERNE DI PIÙ

RISULTATI

SUPERFICIE SUPERIORE

Direzione della texture della superficie 3D

Isotropia51.26%
Prima direzione123.2º
Seconda direzione116.3º
Terza direzione0.1725º

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

Isotropia15.55%
Prima direzione0.1617º
Seconda direzione110.5º
Terza direzione171.5º

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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Topografia della superficie della vetroresina con la profilometria 3D

TOPOGRAFIA DELLA SUPERFICIE IN VETRORESINA

USANDO LA PROFILOMETRIA 3D

Preparato da

CRAIG LEISING

INTRODUZIONE

La fibra di vetro è un materiale costituito da fibre di vetro estremamente sottili. Viene utilizzata come agente di rinforzo per molti prodotti polimerici; il materiale composito risultante, propriamente noto come polimero rinforzato con fibre (FRP) o plastica rinforzata con vetro (GRP), è chiamato "fibra di vetro" nell'uso popolare.

IMPORTANZA DELL'ISPEZIONE METROLOGICA DELLE SUPERFICI PER IL CONTROLLO DI QUALITÀ

Sebbene gli usi del rinforzo in fibra di vetro siano molteplici, nella maggior parte delle applicazioni è fondamentale che siano il più resistenti possibile. I compositi in fibra di vetro hanno uno dei più alti rapporti tra resistenza e peso disponibili e in alcuni casi, libbra per libbra, sono più resistenti dell'acciaio. Oltre all'elevata resistenza, è importante che la superficie esposta sia la più ridotta possibile. Ampie superfici in vetroresina possono rendere la struttura più vulnerabile agli attacchi chimici ed eventualmente all'espansione del materiale. Pertanto, l'ispezione delle superfici è fondamentale per il controllo della qualità della produzione.

OBIETTIVO DI MISURAZIONE

In questa applicazione, il NANOVEA ST400 viene utilizzato per misurare la rugosità e la planarità della superficie di un composito in fibra di vetro. Quantificando queste caratteristiche della superficie è possibile creare o ottimizzare un materiale composito in fibra di vetro più resistente e duraturo.

NANOVEA

ST400

SAPERNE DI PIÙ

PARAMETRI DI MISURA

SONDA 1 mm
TASSO DI ACQUISIZIONE300 Hz
MEDIA1
SUPERFICIE MISURATA5 mm x 2 mm
DIMENSIONE DEL PASSO5 µm x 5 µm
MODALITÀ DI SCANSIONEVelocità costante

SPECIFICHE DELLA SONDA

MISURA GAMMA1 mm
Z RISOLUZIONE 25 nm
Z ACCURATEZZA200 nm
RISOLUZIONE LATERALE 2 μm

RISULTATI

VISTA A FALSI COLORI

Piattezza della superficie 3D

Rugosità superficiale 3D

Sa15,716 μmAltezza media aritmetica
Sq19,905 μmAltezza quadratica media
Sp116,74 μmAltezza massima del picco
Sv136,09 μmAltezza massima della fossa
Sz252,83 μmAltezza massima
Ssk0.556Skewness
Ssu3.654Curtosi

CONCLUSIONE

Come mostrato nei risultati, il NANOVEA ST400 Optical Profilatore è stato in grado di misurare con precisione la rugosità e la planarità della superficie composita in fibra di vetro. I dati possono essere misurati su più lotti di compositi in fibra e/o un determinato periodo di tempo per fornire informazioni cruciali sui diversi processi di produzione della fibra di vetro e su come reagiscono nel tempo. Pertanto, l’ST400 è una valida opzione per rafforzare il processo di controllo qualità dei materiali compositi in fibra di vetro.

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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.

Tribometro pneumatico ad alto carico

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

SAPERNE DI PIÙ

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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Microstruttura dei fossili con la profilometria 3D

MICROSTRUTTURA FOSSILE

USANDO LA PROFILOMETRIA 3D

Preparato da

DUANJIE LI, PhD

INTRODUZIONE

I fossili sono i resti conservati di tracce di piante, animali e altri organismi sepolti nei sedimenti di antichi mari, laghi e fiumi. I tessuti molli del corpo di solito si decompongono dopo la morte, ma i gusci duri, le ossa e i denti si fossilizzano. Le caratteristiche superficiali della microstruttura sono spesso conservate quando avviene la sostituzione minerale dei gusci e delle ossa originali, il che fornisce una visione dell'evoluzione del tempo e del meccanismo di formazione dei fossili.

IMPORTANZA DI UN PROFILOMETRO 3D SENZA CONTATTO PER L'ESAME DEI FOSSILI

I profili 3D del fossile ci permettono di osservare da vicino le caratteristiche superficiali dettagliate del campione fossile. L'alta risoluzione e la precisione del profilometro NANOVEA potrebbero non essere distinguibili ad occhio nudo. Il software di analisi del profilometro offre un'ampia gamma di studi applicabili a queste superfici uniche. A differenza di altre tecniche come i tastatori, la NANOVEA Profilometro 3D senza contatto misura le caratteristiche della superficie senza toccare il campione. Ciò consente di preservare le vere caratteristiche superficiali di alcuni delicati campioni fossili. Inoltre, il profilometro portatile modello Jr25 consente la misurazione 3D su siti fossili, il che facilita sostanzialmente l'analisi dei fossili e la protezione dopo lo scavo.

OBIETTIVO DI MISURAZIONE

In questo studio, il profilometro NANOVEA Jr25 è stato utilizzato per misurare la superficie di due campioni fossili rappresentativi. L'intera superficie di ciascun fossile è stata scansionata e analizzata per caratterizzarne le caratteristiche superficiali, tra cui rugosità, contorno e direzione della texture.

NANOVEA

Jr25

SAPERNE DI PIÙ

FOSSILE DI BRACHIOPODE

Il primo campione fossile presentato in questa relazione è un Brachiopode fossile, proveniente da un animale marino dotato di "valvole" (gusci) dure sulla superficie superiore e inferiore. La loro prima comparsa risale al periodo Cambriano, più di 550 milioni di anni fa.

La vista 3D della scansione è mostrata in FIGURA 1 e la vista in falsi colori è mostrata in FIGURA 2. 

FIGURA 1: Vista 3D del campione fossile di brachiopode.

FIGURA 2: Vista in falsi colori del campione fossile di brachiopode.

La forma complessiva è stata poi rimossa dalla superficie per indagare la morfologia superficiale locale e il contorno del fossile di brachiopode, come mostrato nella FIGURA 3. Sul campione di Brachiopode fossile si può ora osservare una particolare texture di scanalature divergenti.

FIGURA 3: Vista False Color e Vista Linee di contorno dopo la rimozione della forma.

Un profilo di linea viene estratto dall'area testurizzata per mostrare una vista trasversale della superficie fossile in FIGURA 4. Lo studio dell'altezza del gradino misura le dimensioni precise delle caratteristiche della superficie. I solchi hanno una larghezza media di ~0,38 mm e una profondità di ~0,25 mm.

FIGURA 4: Studi sul profilo delle linee e sull'altezza dei gradini della superficie strutturata.

FOSSILE DI STELO DI CRINOIDE

Il secondo campione fossile è un fossile di stelo di crinoide. I crinoidi sono comparsi per la prima volta nei mari del periodo Cambriano medio, circa 300 milioni di anni prima dei dinosauri. 

 

La vista 3D della scansione è mostrata nella FIGURA 5 e la vista in falsi colori è mostrata nella FIGURA 6. 

FIGURA 5: Vista 3D del campione fossile di crinoide.

L'isotropia e la rugosità della texture superficiale del fossile del crinoide sono analizzate nella FIGURA 7. 

 Questo fossile ha una direzione preferenziale della tessitura nell'angolo vicino a 90°, che porta all'isotropia della tessitura di 69%.

FIGURA 6: Vista a falsi colori del Gambo di crinoide campione.

 

FIGURA 7: Isotropia della texture superficiale e rugosità del gambo fossile di Crinoide.

Il profilo 2D lungo la direzione assiale del fossile di crinoide è illustrato nella FIGURA 8. 

La dimensione dei picchi della texture superficiale è abbastanza uniforme.

FIGURA 8: Analisi del profilo 2D del fossile del fusto di crinoide.

CONCLUSIONE

In questa applicazione, abbiamo studiato in modo esaustivo le caratteristiche superficiali 3D di un fossile di Brachiopode e di un Crinoide utilizzando il profilometro portatile senza contatto NANOVEA Jr25. Abbiamo dimostrato che lo strumento è in grado di caratterizzare con precisione la morfologia 3D dei campioni fossili. Le interessanti caratteristiche superficiali e la texture dei campioni vengono poi analizzate ulteriormente. Il campione di brachiopode possiede una struttura a scanalature divergenti, mentre il fossile di stelo di crinoide mostra un'isotropia preferenziale della struttura. Le scansioni 3D dettagliate e precise della superficie si rivelano strumenti ideali per paleontologi e geologi per studiare l'evoluzione della vita e la formazione dei fossili.

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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Prestazioni di abrasione della carta vetrata con un tribometro

PRESTAZIONI DI ABRASIONE DELLA CARTA VETRATA

UTILIZZANDO UN TRIBOMETRO

Preparato da

DUANJIE LI, PhD

INTRODUZIONE

La carta vetrata è costituita da particelle abrasive incollate su una faccia della carta o del tessuto. Per le particelle possono essere utilizzati diversi materiali abrasivi, come il granato, il carburo di silicio, l'ossido di alluminio e il diamante. La carta vetrata è ampiamente applicata in diversi settori industriali per creare finiture superficiali specifiche su legno, metallo e cartongesso. Spesso lavora in condizioni di contatto ad alta pressione, applicata a mano o con utensili elettrici.

IMPORTANZA DELLA VALUTAZIONE DELLE PRESTAZIONI DI ABRASIONE DELLA CARTA VETRATA

L'efficacia della carta vetrata è spesso determinata dalle sue prestazioni di abrasione in diverse condizioni. La grana, cioè la dimensione delle particelle abrasive incorporate nella carta vetrata, determina la velocità di usura e la dimensione dei graffi del materiale da levigare. Le carte abrasive con un numero di grana più alto hanno particelle più piccole, il che comporta velocità di levigatura inferiori e finiture superficiali più fini. Carte abrasive con lo stesso numero di grana, ma fatte di materiali diversi, possono avere comportamenti diversi in condizioni di asciutto o bagnato. Per garantire che la carta abrasiva prodotta abbia il comportamento abrasivo desiderato, sono necessarie valutazioni tribologiche affidabili. Queste valutazioni consentono agli utenti di confrontare quantitativamente il comportamento all'usura di diversi tipi di carta vetrata in modo controllato e monitorato, al fine di selezionare il candidato migliore per l'applicazione desiderata.

Tribometro pneumatico ad alto carico

OBIETTIVO DI MISURAZIONE

In questo studio, mostriamo la capacità del Tribometro NANOVEA di valutare quantitativamente le prestazioni di abrasione di vari campioni di carta vetrata in condizioni di asciutto e bagnato.

NANOVEA

T2000

SAPERNE DI PIÙ

PROCEDURE DI TEST

Il coefficiente di attrito (COF) e le prestazioni di abrasione di due tipi di carta vetrata sono stati valutati dal tribometro NANOVEA T100. Come contromateriale è stata utilizzata una sfera in acciaio inossidabile 440. Le cicatrici da usura della palla sono state esaminate dopo ogni prova di usura utilizzando NANOVEA Profilatore ottico 3D senza contatto per garantire misurazioni precise della perdita di volume.

Si noti che per creare uno studio comparativo è stata scelta una sfera in acciaio inox 440 come materiale di contrasto, ma è possibile sostituire qualsiasi materiale solido per simulare una diversa condizione di applicazione.

RISULTATI DEI TEST E DISCUSSIONE

La FIGURA 1 mostra un confronto del COF della carta vetrata 1 e 2 in condizioni ambientali asciutte e bagnate. La carta vetrata 1, in condizioni di asciutto, mostra un COF di 0,4 all'inizio del test, che diminuisce progressivamente e si stabilizza a 0,3. In condizioni di bagnato, questo campione mostra un COF medio inferiore, pari a 0,27. Al contrario, i risultati del COF del campione 2 mostrano un COF a secco di 0,27 e un COF a umido di ~ 0,37. 

Si noti che l'oscillazione dei dati per tutti i grafici COF è stata causata dalle vibrazioni generate dal movimento di scorrimento della sfera contro le superfici ruvide della carta vetrata.

FIGURA 1: Evoluzione della COF durante le prove di usura.

La FIGURA 2 riassume i risultati dell'analisi delle cicatrici da usura. Le cicatrici da usura sono state misurate con un microscopio ottico e un profilatore ottico senza contatto NANOVEA 3D. Le FIGURE 3 e 4 confrontano le cicatrici da usura delle sfere SS440 usurate dopo i test di usura su carta vetrata 1 e 2 (in condizioni di bagnato e asciutto). Come mostrato nella FIGURA 4, il profilatore ottico NANOVEA cattura con precisione la topografia superficiale delle quattro sfere e le rispettive tracce di usura, che sono state poi elaborate con il software di analisi avanzata NANOVEA Mountains per calcolare la perdita di volume e il tasso di usura. Dall'immagine al microscopio e dal profilo della sfera si può osservare che la sfera utilizzata per il test della carta vetrata 1 (a secco) presenta una cicatrice di usura più grande e appiattita rispetto alle altre, con una perdita di volume pari a 0,313. mm3. Al contrario, la perdita di volume per la carta vetrata 1 (bagnata) è stata pari a 0,131 mm3. Per la carta vetrata 2 (asciutta) la perdita di volume è stata di 0,163. mm3 e per la carta vetrata 2 (bagnata) la perdita di volume è aumentata a 0,237 mm3.

Inoltre, è interessante osservare che il COF ha svolto un ruolo importante nelle prestazioni di abrasione delle carte abrasive. La carta vetrata 1 ha mostrato un COF più elevato in condizioni asciutte, portando a un tasso di abrasione più elevato per la sfera SS440 utilizzata nel test. In confronto, la maggiore COF della carta vetrata 2 in condizioni di bagnato ha portato a un tasso di abrasione più elevato. Le tracce di usura delle carte abrasive dopo le misurazioni sono mostrate in FIGURA 5.

Entrambi i Sandpapers 1 e 2 affermano di funzionare sia in ambienti asciutti che bagnati. Tuttavia, hanno mostrato prestazioni di abrasione significativamente diverse in condizioni asciutte e bagnate. NANOVEA tribometri fornire funzionalità di valutazione dell'usura quantificabili e affidabili ben controllate che garantiscono valutazioni dell'usura riproducibili. Inoltre, la capacità di misurazione del COF in situ consente agli utenti di correlare le diverse fasi di un processo di usura con l'evoluzione del COF, il che è fondamentale per migliorare la comprensione fondamentale del meccanismo di usura e delle caratteristiche tribologiche della carta vetrata.

FIGURA 2: Volume della cicatrice da usura delle sfere e COF medio in diverse condizioni.

FIGURA 3: Cicatrici di usura delle sfere dopo i test.

FIGURA 4: Morfologia 3D delle cicatrici da usura sulle sfere.

FIGURA 5: Tracce di usura sulle carte abrasive in diverse condizioni.

CONCLUSIONE

In questo studio sono state valutate le prestazioni di abrasione di due tipi di carta vetrata dello stesso numero di grana in condizioni di asciutto e bagnato. Le condizioni di servizio della carta vetrata giocano un ruolo fondamentale nell'efficacia delle prestazioni di lavoro. La carta vetrata 1 ha avuto un comportamento di abrasione significativamente migliore in condizioni di asciutto, mentre la carta vetrata 2 si è comportata meglio in condizioni di bagnato. L'attrito durante il processo di levigatura è un fattore importante da considerare per valutare le prestazioni di abrasione. Il profilatore ottico NANOVEA misura con precisione la morfologia 3D di qualsiasi superficie, come le cicatrici da usura su una sfera, garantendo una valutazione affidabile delle prestazioni di abrasione della carta vetrata in questo studio. Il Tribometro NANOVEA misura il coefficiente di attrito in situ durante un test di usura, fornendo una visione delle diverse fasi di un processo di usura. Offre inoltre test ripetibili di usura e attrito utilizzando modalità rotative e lineari conformi alle norme ISO e ASTM, con moduli opzionali per l'usura ad alta temperatura e la lubrificazione disponibili in un unico sistema pre-integrato. Questa gamma impareggiabile consente agli utenti di simulare diversi ambienti di lavoro gravosi per i cuscinetti a sfera, tra cui sollecitazioni elevate, usura e temperature elevate, ecc. Fornisce inoltre uno strumento ideale per valutare quantitativamente il comportamento tribologico dei materiali resistenti all'usura in presenza di carichi elevati.

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Finitura superficiale della pelle lavorata utilizzando la profilometria 3D

PELLE LAVORATA

FINITURA SUPERFICIALE CON LA PROFILOMETRIA 3D

Preparato da

CRAIG LEISING

INTRODUZIONE

Una volta completato il processo di concia della pelle, la superficie della pelle può essere sottoposta a diversi processi di rifinitura per ottenere un aspetto e un tocco diversi. Questi processi meccanici possono includere stiratura, smerigliatura, levigatura, goffratura, rivestimento, ecc. A seconda dell'uso finale della pelle, alcuni di essi possono richiedere una lavorazione più precisa, controllata e ripetibile.

IMPORTANZA DELL'ISPEZIONE PROFILOMETRICA PER LA RICERCA E LO SVILUPPO E IL CONTROLLO QUALITÀ

A causa dell'ampia variazione e dell'inaffidabilità dei metodi di ispezione visiva, gli strumenti in grado di quantificare con precisione le caratteristiche della micro e nano-scala possono migliorare i processi di rifinizione della pelle. La comprensione della finitura superficiale della pelle in un senso quantificabile può portare a una migliore selezione dei processi di lavorazione della superficie basata sui dati per ottenere risultati di finitura ottimali. NANOVEA 3D senza contatto Profilometri utilizzano la tecnologia confocale cromatica per misurare le superfici in pelle finite e offrono la massima ripetibilità e precisione sul mercato. Dove altre tecniche non riescono a fornire dati affidabili, a causa del contatto con la sonda, della variazione della superficie, dell'angolo, dell'assorbimento o della riflettività, i profilometri NANOVEA hanno successo.

OBIETTIVO DI MISURAZIONE

In questa applicazione, il NANOVEA ST400 viene utilizzato per misurare e confrontare la finitura superficiale di due campioni di pelle diversi ma lavorati da vicino. Dal profilo della superficie vengono calcolati automaticamente diversi parametri superficiali.

In questa sede ci concentreremo sulla rugosità superficiale, sulla profondità della fossetta, sul passo della fossetta e sul diametro della fossetta per una valutazione comparativa.

NANOVEA

ST400

SAPERNE DI PIÙ

RISULTATI: CAMPIONE 1

ISO 25178

PARAMETRI DI ALTEZZA

ALTRI PARAMETRI 3D

RISULTATI: CAMPIONE 2

ISO 25178

PARAMETRI DI ALTEZZA

ALTRI PARAMETRI 3D

PROFONDITÀ COMPARATIVA

Distribuzione della profondità per ogni campione.
Un gran numero di fossette profonde è stato osservato in CAMPIONE 1.

PASSO COMPARATIVO

Passo tra le fossette su CAMPIONE 1 è leggermente più piccolo
di CAMPIONE 2, ma entrambi hanno una distribuzione simile

 DIAMETRO MEDIO COMPARATIVO

Distribuzioni simili del diametro medio delle fossette,
con CAMPIONE 1 che mostrano in media diametri medi leggermente inferiori.

CONCLUSIONE

In questa applicazione abbiamo dimostrato come il profilometro 3D NANOVEA ST400 possa caratterizzare con precisione la finitura superficiale della pelle lavorata. In questo studio, la capacità di misurare la rugosità superficiale, la profondità delle fossette, il passo delle fossette e il diametro delle fossette ci ha permesso di quantificare le differenze tra la finitura e la qualità dei due campioni che potrebbero non essere evidenti con un'ispezione visiva.

Complessivamente non sono state riscontrate differenze visibili nell'aspetto delle scansioni 3D tra il CAMPIONE 1 e il CAMPIONE 2. Tuttavia, nell'analisi statistica si nota una chiara distinzione tra i due campioni. Il CAMPIONE 1 contiene una maggiore quantità di fossette con diametri più piccoli, profondità maggiori e passo da fossetta a fossetta più piccolo rispetto al CAMPIONE 2.

Sono disponibili ulteriori studi. Aree di interesse particolari potrebbero essere ulteriormente analizzate con un modulo AFM o microscopio integrato. Le velocità del profilometro 3D NANOVEA vanno da 20 mm/s a 1 m/s per il laboratorio o la ricerca, per soddisfare le esigenze di ispezione ad alta velocità; può essere costruito con dimensioni, velocità, capacità di scansione personalizzate, conformità alla camera bianca di Classe 1, trasportatore di indicizzazione o per l'integrazione in linea o online.

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Proprietà meccaniche dell'idrogel

PROPRIETÀ MECCANICHE DELL'IDROGEL

UTILIZZANDO LA NANOINDENTAZIONE

Preparato da

DUANJIE LI, PhD & JORGE RAMIREZ

INTRODUZIONE

L'idrogel è noto per la sua super capacità di assorbimento dell'acqua, che consente una flessibilità molto simile a quella dei tessuti naturali. Questa somiglianza ha reso l'idrogel una scelta comune non solo nei biomateriali, ma anche nell'elettronica, nell'ambiente e nelle applicazioni di consumo come le lenti a contatto. Ogni singola applicazione richiede specifiche proprietà meccaniche dell'idrogel.

IMPORTANZA DELLA NANOINDENTAZIONE PER GLI IDROGEL

Gli idrogel creano sfide uniche per la nanoindentazione, come la selezione dei parametri di prova e la preparazione dei campioni. Molti sistemi di nanoindentazione presentano limitazioni importanti, in quanto non sono stati originariamente progettati per tali materiali morbidi. Alcuni dei sistemi di nanoindentazione utilizzano un gruppo bobina/magnete per applicare la forza sul campione. Non c'è una misurazione effettiva della forza, il che porta a un carico impreciso e non lineare quando si testano materiali morbidi. materiali. La determinazione del punto di contatto è estremamente difficile, in quanto la La profondità è l'unico parametro che viene effettivamente misurato. È quasi impossibile osservare il cambiamento di pendenza nel Profondità rispetto al tempo durante il periodo in cui la punta del penetratore si avvicina al materiale idrogel.

Per superare le limitazioni di questi sistemi, il nano modulo della NANOVEA Collaudatore meccanico misura il feedback di forza con una cella di carico individuale per garantire un'elevata precisione su tutti i tipi di materiali, morbidi o duri. Lo spostamento piezo-controllato è estremamente preciso e veloce. Ciò consente una misurazione senza eguali delle proprietà viscoelastiche eliminando molti presupposti teorici di cui devono tenere conto i sistemi con un gruppo bobina/magnete e senza feedback di forza.

OBIETTIVO DI MISURAZIONE

In questa applicazione, il NANOVEA Il tester meccanico, in modalità di nanoindentazione, viene utilizzato per studiare la durezza, il modulo elastico e il creep di un campione di idrogel.

NANOVEA

PB1000

nanoindentatore e tester per graffi Nanovea PB1000
CONDIZIONI DI PROVA

Un campione di idrogel posizionato su un vetrino è stato testato con la tecnica della nanoindentazione utilizzando un NANOVEA Tester meccanico. Per questo materiale morbido è stata utilizzata una punta sferica di 3 mm di diametro. Il carico è aumentato linearmente da 0,06 a 10 mN durante il periodo di carico. Il creep è stato misurato in base alla variazione della profondità di indentazione al carico massimo di 10 mN per 70 secondi.

VELOCITÀ DI AVVICINAMENTO: 100 μm/min

CARICO DEL CONTATTO
0,06 mN
CARICO MASSIMO
10 mN
TASSO DI CARICO

20 mN/min

CREEP
70 s
RISULTATI E DISCUSSIONE

L'evoluzione del carico e della profondità in funzione del tempo è mostrata in FUGURA 1. Si può osservare che sul grafico del Profondità rispetto al tempoÈ molto difficile determinare il punto di variazione della pendenza all'inizio del periodo di carico, che di solito serve a indicare il punto in cui il penetratore inizia a contattare il materiale morbido. Tuttavia, il grafico della Carico rispetto al tempo mostra il particolare comportamento dell'idrogel sotto un carico applicato. Quando l'idrogel inizia a entrare in contatto con il penetratore a sfera, l'idrogel tira il penetratore a sfera a causa della sua tensione superficiale, che tende a diminuire l'area superficiale. Questo comportamento porta al carico negativo misurato all'inizio della fase di carico. Il carico aumenta progressivamente man mano che il penetratore affonda nell'idrogel e viene poi controllato per essere costante al carico massimo di 10 mN per 70 secondi per studiare il comportamento a scorrimento dell'idrogel.

FIGURA 1: Evoluzione del carico e della profondità in funzione del tempo.

La trama del Profondità di scorrimento rispetto al tempo è mostrato in FIGURA 2, e il Carico vs. Spostamento Il grafico della prova di nanoindentazione è mostrato in FIGURA 3. L'idrogel di questo studio possiede una durezza di 16,9 KPa e un modulo di Young di 160,2 KPa, calcolati sulla base della curva di spostamento del carico con il metodo Oliver-Pharr.

Il creep è un fattore importante per lo studio delle proprietà meccaniche di un idrogel. Il controllo di retroazione close-loop tra il piezo e la cella di carico ultrasensibile assicura un carico realmente costante durante il tempo di creep al carico massimo. Come mostrato in FIGURA 2L'idrogel cede ~42 μm per effetto del creep in 70 secondi sotto il carico massimo di 10 mN applicato dalla punta a sfera di 3 mm.

FIGURA 2: Strisciamento a un carico massimo di 10 mN per 70 secondi.

FIGURA 3: Grafico del carico rispetto allo spostamento dell'idrogel.

CONCLUSIONE

In questo studio, abbiamo mostrato che il NANOVEA Il tester meccanico, in modalità di nanoindentazione, fornisce una misura precisa e ripetibile delle proprietà meccaniche di un idrogel, tra cui durezza, modulo di Young e creep. La grande punta a sfera da 3 mm assicura un contatto corretto con la superficie dell'idrogel. Lo stadio del campione motorizzato ad alta precisione consente di posizionare con precisione la faccia piatta del campione di idrogel sotto la punta a sfera. L'idrogel di questo studio presenta una durezza di 16,9 KPa e un modulo di Young di 160,2 KPa. La profondità di scorrimento è di ~42 μm sotto un carico di 10 mN per 70 secondi.

NANOVEA I tester meccanici offrono moduli Nano e Micro multifunzione ineguagliabili su un'unica piattaforma. Entrambi i moduli includono un tester di graffi, un tester di durezza e una modalità di tester di usura, offrendo la più ampia e semplice gamma di test disponibili su un'unica piattaforma.
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