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

앤드류 쇼어

소개

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 자세히 알아보기 nanoindentation and scratch testing lab services for coating adhesion and failure analysis.

Measurement Method

Nano scratch testing is performed using the 나노베아 PB1000 기계식 테스터, 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.

나노비아 PB1000 Advanced

기계 테스터

테스트 조건

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	프로그레시브
Initial load	0.05 mN
Final load	300 and 100 mN
Sliding speed	0.5 mm/min
Sliding distance	0.5 mm
Indenter geometry	원뿔형
Indenter material (tip)	다이아몬드
들여쓰기 팁 반경	20 µm
온도	24°C (room)

표 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	프로그레시브
Initial load	0.1 mN
Final load	300 mN
로딩 속도	300 mN/min
Scratch length	0.25 mm
Scratch speed	0.25 mm/min
Indenter geometry	40° cone
Indenter material (tip)	다이아몬드
들여쓰기 팁 반경	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.

결과 및 토론

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.

결론

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.

참조

[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

작성자

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

소개

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 자세히 알아보기 non-contact optical profilometry and surface roughness measurement services.

Measurement Method

이 애플리케이션에서는 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.

나노비아 JR25 Portable
광학 프로파일로미터

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.

측정 매개변수

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
Average (Avg)	1	1	1
Measurement Type	Direct	Direct	Direct
Acquisition Mode	Single Frequency	Single Frequency	Double 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	제곱 평균 제곱근 높이
Ssk	-0.102		기울기
SKU	3.715		첨도
Sp	18.861	µm	최대 피크 높이
Sv	16.553	µm	Maximum pit depth
Sz	35.414	µm	최대 높이
Sa	1.888	µm	산술 평균 높이

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: 없음
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: 없음

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: 없음
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: 없음

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

결론

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.

참조

[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?

휴대폰 화면 보호기의 스크래치 내성 테스트

작성자

스테이시 페레이라, 조슬린 에스파르자, 피에르 르루

휴대폰 화면 보호기의 스크래치 방지 기능 이해하기

휴대폰 화면의 보호 코팅은 긁힘 방지, 접착 강도 및 장기적인 내구성에 중요한 역할을 합니다. 시간이 지남에 따라 스크래치, 미세 균열 및 코팅 박리는 특히 사용 빈도가 높은 환경에서 광학 선명도와 신뢰성을 떨어뜨릴 수 있습니다. 다양한 화면 보호기가 기계적 손상에 어떻게 저항하는지 평가하기 위해 계측 스크래치 테스트를 통해 접착력, 응집력 및 파손 거동을 포함한 코팅 고장 메커니즘에 대한 정량적인 통찰력을 얻을 수 있습니다.

이 연구에서는, 나노베아 PB1000 기계식 테스터 는 제어된 점진적 하중 하에서 TPU와 강화유리 화면 보호기를 비교하는 데 사용됩니다. 정밀한 음향 방출 감지를 사용하여 임계 고장 하중을 식별하고 각 소재가 증가하는 기계적 스트레스에 어떻게 반응하는지 특성화합니다.

화면 보호기에 스크래치 내성 테스트가 중요한 이유

많은 사용자가 더 두껍거나 단단한 프로텍터가 자동으로 더 나은 성능을 발휘한다고 생각하지만 실제 내구성은 점진적인 하중, 표면 변형 및 국소 응력 하에서 재료가 어떻게 작동하는지에 따라 달라집니다. 엔지니어는 계측식 스크래치 테스트를 통해 코팅 접착력, 응집 강도, 표면 내마모성, 고장이 시작되거나 전파되는 정확한 하중을 측정할 수 있습니다.

제조업체는 균열 시작 지점, 박리 현상 및 고장 모드를 분석하여 R&D, 품질 관리 또는 비교 벤치마킹을 위해 화면 보호기 성능을 검증할 수 있습니다. 나노 및 마이크로 스크래치 테스트는 기존의 경도 등급을 훨씬 뛰어넘는 실제 내구성에 대한 반복 가능한 데이터 기반 인사이트를 제공합니다.

ℹ️ 자세히 알아보기 코팅 및 화면 보호기용 스크래치 및 접착력 테스트 서비스입니다.

스크래치 테스트 목표:
화면 보호기의 고장 부하 측정하기

이 연구의 목적은 나노베아 PB1000 기계식 테스터가 폴리머 및 유리 화면 보호기 모두에 대해 반복 가능하고 표준화된 스크래치 저항 테스트를 수행하는 방법을 입증하는 것입니다. 이 시스템은 적용된 하중을 점진적으로 증가시킴으로써 응집력 및 접착 실패에 대한 임계 하중을 감지하고 음향 방출 신호를 캡처하며 이러한 이벤트를 스크래치 깊이, 마찰력 및 표면 변형과 상호 연관시킵니다.

이 방법론은 각 보호 코팅의 완전한 기계적 프로파일을 제공하여 제조업체와 R&D 팀이 제품 성능 향상을 위해 재료 배합, 코팅 접착 강도, 표면 내구성 및 최적의 코팅 두께를 평가할 수 있도록 합니다. 이러한 스크래치 평가는 나노베아의 광범위한 제품군의 일부입니다. 기계 테스트 솔루션 R&D, 품질 관리 및 생산 환경 전반에서 코팅, 필름 및 기판의 특성을 분석하는 데 사용됩니다.

나노비아 PB1000 대형 플랫폼
기계 테스터

스크래치 테스트 파라미터 및 계측기 설정

TPU 및 강화유리 화면 보호기의 스크래치 저항성 평가는 반복성과 정확한 고장 하중 감지를 보장하기 위해 통제된 조건에서 수행되었습니다. 다음 매개변수는 나노베아 PB1000 기계식 테스터에 사용된 점진적 부하 스크래치 테스트 설정을 정의합니다.

로드 유형	프로그레시브
초기 로드	0.1 N
최종 로드	12 N
슬라이딩 속도	3.025mm/min
슬라이딩 거리	3mm
들여쓰기 기하학	로크웰(120° 원뿔)
들여쓰기 재료(팁)	다이아몬드
들여쓰기 팁 반경	50 µm
대기권	AIR
온도	24°C(실온)

표 1: 스크래치 테스트에 사용되는 테스트 매개변수

프로그레시브 하중 스크래치 측정 중 NANOVEA PB1000 기계식 테스터에 장착된 화면 보호기 샘플.

스크래치 방지 테스트에 사용되는 화면 보호기 샘플

스크래치 저항성, 고장 동작 및 기계적 내구성의 차이를 비교하기 위해 시중에서 판매되는 두 가지 화면 보호기 소재를 선택했습니다. 일관되고 편향되지 않은 비교를 위해 두 샘플을 NANOVEA PB1000 기계식 테스터에 단단히 장착하고 동일한 점진적 부하 조건에서 평가했습니다.

TPU 화면 보호기는 탄성은 높지만 내마모성이 낮은 유연한 고분자 필름이며, 강화 유리 보호기는 경도가 높고 충격 보호 기능이 강화되도록 설계된 단단하고 깨지기 쉬운 소재를 나타냅니다. 동일한 하중 프로파일에서 두 소재를 테스트하면 소재 구성, 탄성 및 경도가 스크래치 고장 모드에 미치는 영향을 명확하게 평가할 수 있습니다.

TPU 화면 보호기

강화 유리

그림 1: 긁힘 방지 테스트를 위해 준비된 TPU 및 강화 유리 화면 보호기.

스크래치 테스트 결과: TPU와 강화유리 화면 보호기의 고장 모드 비교

화면 보호기 유형	임계 부하 #1(N)	임계 부하 #2 (N)
TPU	n/a	2.004 ± 0.063
강화 유리	3.608 ± 0.281	7.44 ± 0.995

표 2: 각 화면 보호기 샘플에 대한 임계 부하 요약.

TPU와 강화유리 화면 보호기는 근본적으로 다른 기계적 특성을 가지고 있기 때문에 각 샘플은 점진적 하중 스크래치 테스트 중에 뚜렷한 고장 모드와 임계 하중 임계값을 나타냈습니다. 표 2에는 각 소재에 대해 측정된 임계 하중이 요약되어 있습니다.

임계 하중 #1은 균열 시작 또는 방사형 골절과 같이 광학 현미경으로 관찰 가능한 응집 실패의 첫 번째 지점을 나타냅니다.

임계 부하 #2는 음향 방출(AE) 모니터링을 통해 감지된 첫 번째 주요 이벤트에 해당하며, 일반적으로 더 큰 구조적 고장 또는 침투 이벤트를 나타냅니다.

TPU 화면 보호기 - 유연한 폴리머 동작

TPU 화면 보호기는 단 한 번의 중요한 중요 이벤트(중요 하중 #2)만 나타났습니다. 이 하중은 스크래치 트랙을 따라 필름이 휴대폰 화면 표면에서 들어 올려지거나 벗겨지거나 박리되기 시작한 지점에 해당합니다.

임계 하중 #2(≈2.00N)를 초과하면 압자가 충분히 관통하여 나머지 테스트 기간 동안 휴대폰 화면에 직접 스크래치가 생겼습니다. 소재의 높은 탄성과 낮은 응집력으로 인해 별도의 임계 하중 #1 이벤트는 감지되지 않았습니다.

강화 유리 화면 보호기 - 깨지기 쉬운 고장 동작

강화유리 화면 보호기는 깨지기 쉬운 소재의 특징인 두 가지 임계 하중을 보여주었습니다:

임계 하중 #1(≈3.61N): 현미경으로 방사형 골절 및 균열 시작이 관찰되어 유리 층의 조기 응집 실패를 나타냅니다.
임계 하중 #2(≈7.44N): 큰 AE 스파이크와 스크래치 깊이의 급격한 증가는 더 높은 하중에서 프로텍터 관통을 나타냅니다.

AE 강도는 TPU보다 높았지만 휴대폰 화면에 손상이 전달되지 않아 강화유리 보호기가 치명적인 고장 전에 하중을 흡수하고 분산하는 능력을 입증했습니다.

두 재료 모두에서 임계 하중 #2는 압자가 화면 보호기를 뚫는 순간에 해당하여 각 샘플의 보호 한계를 확인했습니다.

TPU 화면 보호기: 스크래치 테스트 데이터 및 고장 분석

스크래치	임계 부하 #2 (N)
1	2.033
2	2.047
3	1.931
평균	2.003
표준 편차	0.052

표 3: TPU 화면 보호기 스크래치 테스트 중 측정된 임계 하중.

그림 2: TPU 화면 보호기의 마찰력, 정상 하중, 음향 방출(AE), 스크래치 깊이 대 스크래치 길이를 측정합니다. (B) 임계 부하 #2

그림 3: 임계 부하 #2(5배율, 이미지 폭 0.8934mm)에서의 TPU 화면 보호기 광학 현미경 이미지.

그림 4: 점진적 부하 테스트 후 전체 스크래치 트랙을 보여주는 TPU 화면 보호기의 스크래치 후 전체 길이 이미지입니다.

강화유리 화면 보호기: 임계 하중 데이터 및 파손 거동

스크래치	임계 부하 #1(N)	임계 부하 #2 (N)
1	3.923	7.366
2	3.382	6.483
3	3.519	8.468
평균	3.653	6.925
표준 편차	0.383	0.624

표 4: 강화유리 화면 보호기 스크래치 테스트 중 측정한 임계 하중입니다.

ℹ️ 비규산염 폴리머 코팅과 비교하려면 다음 연구를 참조하십시오. PTFE 코팅 마모 테스트, 는 유사한 점진적 하중 조건에서 저마찰 폴리머 필름의 고장 거동을 강조합니다.

그림 5: 강화유리 화면 보호기의 마찰력, 정상 하중, 음향 방출(AE), 스크래치 깊이 대 스크래치 길이를 측정합니다. (A) 임계 부하 #1 (B) 임계 부하 #2

그림 6: 5배 확대(이미지 폭: 0.8934mm)에서 임계 부하 #1(왼쪽) 및 임계 부하 #2(오른쪽)의 고장 위치를 보여주는 광학 현미경 이미지.

그림 7: 강화 유리 스크래치 트랙의 테스트 후 광학 현미경 이미지, 점진적 하중 테스트 후 골절 시작(CL#1)과 최종 관통 영역(CL#2)을 강조 표시합니다.

결론: TPU와 강화유리 화면 보호기의 스크래치 성능 비교

이 연구는 나노베아 PB1000 기계식 테스터가 점진적 하중 및 음향 방출(AE) 감지를 사용하여 제어되고 반복 가능하며 매우 민감한 스크래치 저항 측정을 제공하는 방법을 보여줍니다. 이 시스템은 응집 및 접착 실패 이벤트를 모두 정확하게 포착함으로써 기계적 스트레스가 증가함에 따라 TPU 및 강화 유리 화면 보호기가 어떻게 작동하는지를 명확하게 비교할 수 있습니다.

실험 결과에 따르면 강화 유리는 TPU보다 훨씬 높은 임계 하중을 견디며 우수한 스크래치 저항성, 지연된 파손 시작, 압흔 침투에 대한 안정적인 보호 기능을 제공하는 것으로 나타났습니다. TPU는 응집 강도가 낮고 박리가 일찍 일어나기 때문에 스트레스가 많은 환경에서는 한계가 있습니다.

장애 부하를 식별한 후 결과 스크래치 트랙을 다음을 사용하여 분석할 수도 있습니다. 비접촉식 3D 광학 프로파일로미터 를 사용하여 홈 깊이, 잔류 변형 및 스크래치 후 지형을 측정합니다. 이를 통해 각 소재의 기계적 프로파일을 완성할 수 있습니다.

나노베아 기계식 테스터는 정확하고 반복 가능한 압흔, 스크래치 및 마모 테스트를 위해 설계되었으며 ISO 및 ASTM을 준수하는 나노 및 마이크로 모듈을 지원합니다. 다양한 기능을 갖추고 있어 R&D, 생산 및 품질 관리 전반에 걸쳐 박막, 코팅, 폴리머, 유리 및 기판의 전체 기계적 프로파일을 평가하는 데 이상적인 솔루션입니다.

자주 묻는 질문
스크래치 내성 테스트 정보

스크래치 저항 테스트란 무엇인가요?

스크래치 저항 테스트는 다이아몬드 스타일러스에 점진적으로 증가하는 하중을 가했을 때 소재나 코팅이 어떻게 반응하는지를 평가합니다. 이 테스트는 응집력 또는 접착 실패가 발생하는 임계 하중을 식별하여 내구성, 접착 강도 및 표면 손상에 대한 저항성을 정량화할 수 있는 척도를 제공합니다.

접착 실패와 접착 실패의 차이점은 무엇인가요?

응집 실패 발생 내 코팅이나 재료에 균열, 찢어짐, 내부 파손 등의 문제가 발생할 수 있습니다.
접착 실패는 코팅이 인쇄물에서 분리될 때 발생하며, 이는 접착 강도가 충분하지 않음을 나타냅니다.

나노베아 PB1000은 동기화된 음향 방출 모니터링, 스크래치 깊이 추적 및 마찰 분석을 사용하여 이 두 가지를 모두 감지합니다.

수동 방식 대신 기계식 테스터를 사용하는 이유는 무엇인가요?

나노베아 PB1000과 같은 기계식 테스터는 정밀하고 반복 가능하며 표준화된 측정을 제공하여 R&D, 생산 검증 및 품질 관리를 위한 신뢰할 수 있는 데이터를 보장합니다. 또한 음향 방출 감지 및 실시간 깊이 모니터링과 같은 고급 기능을 제공하여 수동 방식으로는 제공하지 못하는 기능을 제공합니다.

소재에 대한 신뢰할 수 있는 스크래치 테스트가 필요하신가요?

고온에서의 현장 마모 측정

현장 마모 측정 고온에서

트라이보미터 사용

작성자

Duanjie Li, PhD

소개

선형 가변 차동 변압기(LVDT)는 선형 변위를 측정하는 데 사용되는 견고한 전기 변압기의 일종입니다. 파워 터빈, 유압, 자동화, 항공기, 인공위성, 원자로 등 다양한 산업 분야에서 널리 사용되고 있습니다.

본 연구에서는 NANOVEA의 LVDT 추가 기능과 고온 모듈을 소개합니다. 트라이보미터 이를 통해 고온에서 마모 과정 중에 테스트된 샘플의 마모 트랙 깊이 변화를 측정할 수 있습니다. 이를 통해 사용자는 마모 프로세스의 여러 단계를 COF의 진화와 연관시킬 수 있으며, 이는 고온 응용 분야용 재료의 마모 메커니즘 및 마찰 특성에 대한 근본적인 이해를 높이는 데 중요합니다.

측정 목표

이 연구에서는 고온에서 재료의 마모 과정의 진화를 현장에서 모니터링할 수 있는 나노베아 T50 트라이보미터의 성능을 선보이고자 합니다.

다양한 온도에서 알루미나 규산염 세라믹의 마모 과정을 제어 및 모니터링하는 방식으로 시뮬레이션합니다.

나노비아

T50

테스트 절차

알루미나 실리케이트 세라믹 플레이트의 마찰 계수, COF 및 내마모성과 같은 마찰 거동을 나노베아 트라이보미터로 평가했습니다. 알루미나 실리케이트 세라믹 플레이트를 상온인 RT에서 고온(400°C 및 800°C)으로 가열한 후 해당 온도에서 마모 테스트를 수행했습니다.

비교를 위해 샘플을 800°C에서 400°C로 식힌 다음 실온으로 식혔을 때 마모 테스트를 수행했습니다. AI2O3 볼 팁(직경 6mm, 100 등급)을 테스트 샘플에 적용했습니다. COF, 마모 깊이 및 온도는 현장에서 모니터링되었습니다.

테스트 매개변수

핀 온 디스크 측정의

마모율 K는 K=V/(Fxs)=A/(Fxn) 공식을 사용하여 평가했으며, 여기서 V는 마모 체적, F는 정상 하중, s는 슬라이딩 거리, A는 마모 트랙의 단면적, n은 회전 수입니다. 표면 거칠기와 마모 트랙 프로파일은 나노베아 광학 프로파일러로 평가하고, 마모 트랙 형태는 광학 현미경으로 검사했습니다.

결과 및 토론

현장에서 기록된 COF 및 마모 트랙 깊이는 각각 그림 1과 그림 2에 나와 있습니다. 그림 1에서 "-I"는 RT에서 고온으로 온도를 높였을 때 수행한 테스트를 나타냅니다. "-D"는 800°C의 고온에서 온도가 낮아졌을 때를 나타냅니다.

그림 1에서 볼 수 있듯이, 다양한 온도에서 테스트한 샘플은 측정 전반에 걸쳐 약 0.6의 비슷한 COF를 보였습니다. 이러한 높은 COF는 마모 과정을 가속화하여 상당한 양의 파편을 생성합니다. 마모 트랙 깊이는 그림 2에 표시된 바와 같이 LVDT로 마모 테스트 중에 모니터링되었습니다. 시료 가열 전과 시료 냉각 후 실온에서 수행한 테스트에서 알루미나 규산염 세라믹 플레이트는 RT에서 점진적인 마모 과정을 나타내며, 마모 테스트 내내 마모 트랙 깊이가 각각 ~170 및 ~150 μm로 점차 증가합니다.

이에 비해 고온(400°C 및 800°C)에서의 마모 테스트는 마모 과정 초기에 마모 트랙 깊이가 즉시 증가하고 테스트가 계속될수록 속도가 느려지는 등 다른 마모 거동을 보입니다. 400°C-I, 800°C 및 400°C-D 온도에서 수행된 테스트의 마모 트랙 깊이는 각각 ~140, ~350 및 ~210 μm입니다.

그림 1. 다양한 온도에서 핀 온 디스크 테스트 중 마찰 계수

그림 2. 다양한 온도에서 알루미나 실리케이트 세라믹 플레이트의 마모 트랙 깊이의 변화

다양한 온도에서 알루미나 규산염 세라믹 플레이트의 평균 마모율과 마모 트랙 깊이를 다음을 사용하여 측정했습니다. 나노비아 에 요약된 광학 프로파일러 그림 3. 마모 트랙 깊이는 LVDT를 사용하여 기록된 것과 일치합니다. 알루미나 규산염 세라믹 플레이트는 400°C 이하의 온도에서 0.2mm3/N 미만의 마모율에 비해 800°C에서 ~0.5mm3/Nm의 상당히 증가된 마모율을 보여줍니다. 규산알루미늄 세라믹 플레이트는 짧은 가열 공정 후에도 기계적/마모 특성이 크게 향상되지 않아 열처리 전후의 마모율이 비슷합니다.

용암과 원더스톤으로도 알려진 알루미나 규산염 세라믹은 열처리 전에는 부드럽고 가공이 가능합니다. 최대 1093°C의 고온에서 장시간 소성하는 과정을 거치면 경도와 강도가 크게 향상되며, 그 후에는 다이아몬드 가공이 필요합니다. 이러한 독특한 특성 덕분에 알루미나 실리케이트 세라믹은 조각에 이상적인 소재입니다.

이 연구에서는 단시간에 소성하는 데 필요한 온도보다 낮은 온도(800°C 대 1093°C)에서 열처리해도 알루미나 실리케이트 세라믹의 기계적 및 마찰학적 특성이 개선되지 않으므로 실제 응용 분야에서 사용하기 전에 적절한 소성이 필수적인 공정임을 보여줍니다.

그림 3. 다양한 온도에서 샘플의 마모 속도 및 마모 트랙 깊이

결론

이 연구의 종합적인 마찰학 분석에 따르면 알루미나 규산염 세라믹 플레이트는 상온에서 800°C에 이르는 다양한 온도에서 비슷한 마찰 계수를 나타냅니다. 그러나 800°C에서 마모율이 ~0.5mm3/Nm로 크게 증가하여 이 세라믹의 적절한 열처리가 중요하다는 것을 보여줍니다.

나노베아 트라이보미터는 최대 1000°C의 고온 응용 분야에서 재료의 마찰 특성을 평가할 수 있습니다. 현장 COF 및 마모 트랙 깊이 측정 기능을 통해 사용자는 고온에서 사용되는 재료의 마모 메커니즘 및 마찰 특성에 대한 근본적인 이해를 향상시키는 데 중요한 마모 공정의 여러 단계를 COF의 진화와 상호 연관시킬 수 있습니다.

나노베아 트라이보미터는 ISO 및 ASTM을 준수하는 회전 및 선형 모드를 사용하여 정밀하고 반복 가능한 마모 및 마찰 테스트를 제공하며, 고온 마모, 윤활 및 트리보 부식 모듈을 하나의 사전 통합된 시스템에서 옵션으로 사용할 수 있습니다. 나노베아의 탁월한 제품군은 얇거나 두꺼운, 연질 또는 경질 코팅, 필름 및 기판의 모든 범위의 마찰 특성을 측정하는 데 이상적인 솔루션입니다.

옵션으로 제공되는 3D 비접촉식 프로파일러는 거칠기와 같은 기타 표면 측정 외에도 마모 트랙의 고해상도 3D 이미징에 사용할 수 있습니다.

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3D 광학 프로파일러를 이용한 어류 비늘 표면 분석

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어류 비늘 표면 분석

3D 광학 프로파일러 사용

작성자

안드레아 노비츠키

소개

NANOVEA를 사용하여 물고기 비늘의 형태, 패턴 및 기타 특징을 연구합니다. 3D 비접촉식 광학 프로파일러. 매우 작고 높은 각도의 홈과 함께 이 생물학적 샘플의 섬세한 특성은 프로파일러의 비접촉 기술의 중요성을 강조합니다. 비늘의 홈을 원형이라고 하며 연구하여 물고기의 나이를 추정할 수 있으며 나무의 나이테와 유사하게 성장 속도가 다른 기간을 구별할 수도 있습니다. 이는 남획을 방지하기 위한 야생 어류 개체군 관리에 매우 중요한 정보입니다.

생물학적 연구를 위한 3D 비접촉식 프로파일 측정의 중요성

터치 프로브나 간섭 측정과 같은 다른 기술과 달리 축 색도법을 사용하는 3D 비접촉식 광학 프로파일러는 거의 모든 표면을 측정할 수 있습니다. 개방형 스테이징으로 인해 샘플 크기는 매우 다양할 수 있으며 샘플 준비가 필요하지 않습니다. 시료 반사율이나 흡수의 영향을 전혀 받지 않고 표면 프로파일 측정 중에 나노에서 매크로 범위의 특징을 얻을 수 있습니다. 이 기기는 결과를 소프트웨어로 조작하지 않고도 높은 표면 각도를 측정할 수 있는 고급 기능을 제공합니다. 투명, 불투명, 반사, 확산, 광택 또는 거칠기 등 모든 재료를 쉽게 측정할 수 있습니다. 이 기술은 2D 및 3D 기능 결합의 이점과 함께 표면 연구를 극대화할 수 있는 이상적이고 광범위하며 사용자 친화적인 기능을 제공합니다.

측정 목표

이 애플리케이션에서는 고속 센서가 장착된 3D 비접촉식 프로파일러인 나노베아 ST400을 통해 저울 표면을 종합적으로 분석할 수 있습니다.

이 기기는 전체 샘플을 스캔하는 데 사용되었으며 중앙 영역의 고해상도 스캔도 함께 수행되었습니다. 비교를 위해 저울의 외부 및 내부 표면 거칠기도 함께 측정했습니다.

나노비아

ST400

외부 스케일의 3D 및 2D 표면 특성화

외부 스케일의 3D 보기 및 가색 보기는 지문이나 나무의 나이테와 유사한 복잡한 구조를 보여줍니다. 이를 통해 사용자는 다양한 각도에서 스케일의 표면 특성을 직접 관찰할 수 있는 간단한 도구를 사용할 수 있습니다. 외부 저울의 다양한 측정값과 함께 저울의 바깥쪽과 안쪽을 비교하여 표시합니다.

표면 거칠기 비교

결론

이 애플리케이션에서는 나노베아 3D 비접촉 광학 프로파일러가 다양한 방식으로 어류 비늘의 특성을 분석하는 방법을 보여주었습니다.

비늘의 외부 표면과 내부 표면은 각각 15.92μm와 1.56μm의 거칠기 값으로 표면 거칠기만으로 쉽게 구분할 수 있습니다. 또한 비늘 외부 표면의 홈, 즉 서큘리를 분석하여 물고기 비늘에 대한 정확하고 정밀한 정보를 얻을 수 있습니다. 중심 초점으로부터 서큘리 띠의 거리를 측정한 결과, 서큘리의 높이는 평균 약 58μm인 것으로 나타났습니다.

여기에 표시된 데이터는 분석 소프트웨어에서 사용할 수 있는 계산의 일부에 불과합니다.

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폴리머에 대한 동적 기계 분석(DMA) 주파수 스윕

DMA 주파수 스윕

나노 인덴테이션을 사용하여 폴리머에

작성자

Duanjie Li, PhD

소개

동적 기계 분석 주파수 스윕 테스트의 중요성

응력의 빈도 변화는 종종 폴리머의 중요한 기계적 특성인 복합 계수의 변화로 이어집니다. 예를 들어, 타이어는 차량이 도로를 주행할 때 주기적으로 높은 변형을 겪습니다. 자동차가 더 높은 속도로 가속됨에 따라 압력과 변형의 빈도가 변경됩니다. 이러한 변화는 자동차 성능에 중요한 요소인 타이어의 점탄성 특성에 변화를 가져올 수 있습니다. 다양한 주파수에서 폴리머의 점탄성 거동에 대한 신뢰할 수 있고 반복 가능한 테스트가 필요합니다. NANOVEA의 나노모듈 기계 테스터 고정밀 피에조 액츄에이터로 정현파 하중을 생성하고 초민감 로드셀과 커패시터를 사용하여 힘과 변위의 변화를 직접 측정합니다. 쉬운 설정과 높은 정확도가 결합되어 동적 기계 분석(Dynamic Mechanical Analysis) 주파수 스윕에 이상적인 도구입니다.

점탄성 소재는 변형 시 점성과 탄성 특성을 모두 나타냅니다. 폴리머 소재의 긴 분자 사슬은 탄성 고체와 뉴턴 유체의 특성이 결합된 고유한 점탄성 특성에 기여합니다. 응력, 온도, 주파수 및 기타 요인이 모두 점탄성 특성에 영향을 미칩니다. 동적 기계 분석(DMA)은 정현파 응력을 가하고 변형률의 변화를 측정하여 재료의 점탄성 거동과 복합 계수를 연구합니다.

측정 목표

이 응용 분야에서는 가장 강력한 기계적 시험기인 NANOVEA PB1000을 사용하여 다양한 DMA 주파수에서 연마된 타이어 샘플의 점탄성 특성을 연구합니다. 나노 인덴테이션 모드로 전환합니다.

나노비아

PB1000

테스트 조건

주파수(Hz):

0.1, 1.5, 10, 20

각 주파수에서 크리프 시간입니다.

50초

진동 전압

0.1 V

부하 전압

1 V

들여쓰기 유형

구형

다이아몬드 | 100 μm

결과 및 토론

최대 하중에서의 동적 기계 분석 주파수 스윕을 사용하면 한 번의 테스트에서 다양한 하중 주파수에서 시료의 점탄성 특성을 빠르고 간단하게 측정할 수 있습니다. 다양한 주파수에서 하중 및 변위파의 위상 변화와 진폭을 사용하여 다음과 같은 다양한 기본 재료 점탄성 특성을 계산할 수 있습니다. 스토리지 모듈러스, 손실 계수 그리고 황갈색(δ) 다음 그래프에 요약되어 있습니다.

이 연구에서 1, 5, 10, 20Hz의 주파수는 시속 약 7, 33, 67, 134km의 속도에 해당합니다. 테스트 주파수가 0.1Hz에서 20Hz로 증가함에 따라 저장 탄성계수와 손실 탄성계수가 점진적으로 증가하는 것을 관찰할 수 있습니다. 탄성계수(δ)는 주파수가 0.1Hz에서 1Hz로 증가함에 따라 ~0.27에서 0.18로 감소하고, 20Hz의 주파수에 도달하면 ~0.55로 점차 증가합니다. DMA 주파수 스윕을 통해 저장탄성계수, 손실탄성계수 및 탄(δ)의 추세를 측정할 수 있으며, 이를 통해 고분자의 유리전이뿐만 아니라 단량체의 움직임과 가교에 대한 정보를 얻을 수 있습니다. 주파수 스윕 중에 가열판을 사용하여 온도를 높이면 다양한 테스트 조건에서 분자 운동의 특성에 대한 보다 완전한 그림을 얻을 수 있습니다.

부하 및 깊이의 진화

전체 DMA 주파수 스윕의

다양한 주파수에서의 부하 및 깊이와 시간 비교

스토리지 모듈러스

다른 주파수에서

손실률

다른 주파수에서

TAN(δ)

다른 주파수에서

결론

이 연구에서는 타이어 샘플에 대한 동적 기계 분석 주파수 스윕 테스트를 수행하여 나노베아 기계 테스터의 성능을 보여주었습니다. 이 테스트는 다양한 응력 주파수에서 타이어의 점탄성 특성을 측정합니다. 타이어는 하중 주파수가 0.1Hz에서 20Hz로 증가함에 따라 저장 및 손실 계수가 증가하는 것으로 나타났습니다. 이 테스트는 다양한 속도로 주행하는 타이어의 점탄성 거동에 대한 유용한 정보를 제공하며, 이는 더 부드럽고 안전한 주행을 위해 타이어의 성능을 개선하는 데 필수적입니다. DMA 주파수 스윕 테스트는 다양한 온도에서 수행하여 다양한 날씨에서 타이어의 실제 작업 환경을 모방할 수 있습니다.

나노베아 메카니컬 테스터의 나노 모듈에서 고속 피에조를 사용한 하중 적용은 별도의 고감도 스트레인 게이지로 수행되는 하중 측정과 독립적입니다. 이는 센서에서 수집한 데이터에서 깊이와 하중 사이의 위상을 직접 측정하기 때문에 동적 기계 분석 시 뚜렷한 이점을 제공합니다. 위상 계산은 직접적으로 이루어지며 결과 손실 및 저장 탄성률에 부정확성을 더하는 수학적 모델링이 필요하지 않습니다. 코일 기반 시스템에서는 그렇지 않습니다.

결론적으로 DMA는 접촉 깊이, 시간 및 주파수의 함수로서 손실 및 저장 계수, 복합 계수 및 탄(δ)을 측정합니다. 가열 단계(옵션)를 통해 DMA 중 재료 상전이 온도를 측정할 수 있습니다. 나노베아 기계식 테스터는 단일 플랫폼에서 타의 추종을 불허하는 다기능 나노 및 마이크로 모듈을 제공합니다. 나노 및 마이크로 모듈 모두 스크래치 테스터, 경도 테스터 및 마모 테스터 모드가 포함되어 있어 단일 모듈에서 가장 광범위하고 사용자 친화적인 테스트 범위를 제공합니다.

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프레넬 렌즈 지형

프레넬 렌즈 지형사용 3D 비접촉식 광학 프로파일 측정기

작성자

두안지에 리 & 벤자민 멜

소개

렌즈는 빛을 투과하고 굴절시키는 축 대칭의 광학 장치입니다. 간단한 렌즈는 빛을 수렴하거나 발산하기 위한 단일 광학 부품으로 구성됩니다. 구면은 렌즈를 만드는 데 이상적인 모양은 아니지만 유리를 갈고 연마할 수 있는 가장 단순한 모양으로 자주 사용됩니다.

프레넬 렌즈는 일련의 동심원 고리로 구성되며, 폭이 수천분의 1인치 정도로 작은 단순한 렌즈의 얇은 부분입니다. 프레넬 렌즈는 조리개가 크고 초점 거리가 짧으며, 컴팩트한 디자인으로 동일한 광학 특성을 가진 기존 렌즈에 비해 필요한 재료의 무게와 부피를 줄입니다. 프레넬 렌즈의 얇은 기하학적 구조로 인해 흡수로 인해 손실되는 빛의 양은 매우 적습니다.

프레넬 렌즈 검사를 위한 3D 비접촉식 프로파일 측정의 중요성

프레넬 렌즈는 자동차 산업, 등대, 태양 에너지 및 항공모함의 광학 착륙 시스템에 광범위하게 사용됩니다. 투명한 플라스틱으로 렌즈를 성형하거나 스탬핑하면 생산 비용을 효율적으로 만들 수 있습니다. 프레넬 렌즈의 서비스 품질은 주로 동심 링의 정밀도와 표면 품질에 따라 달라집니다. NANOVEA는 터치 프로브 방식과 달리 광학 프로파일러 표면을 건드리지 않고 3D 표면 측정을 수행하여 새로운 긁힘 위험을 방지합니다. Chromatic Light 기술은 다양한 형상의 렌즈와 같이 복잡한 모양을 정밀하게 스캐닝하는 데 이상적입니다.

프레넬 렌즈 회로도

투명 플라스틱 프레넬 렌즈는 몰딩 또는 스탬핑으로 제조할 수 있습니다. 정확하고 효율적인 품질 관리는 생산 금형이나 스탬프의 결함을 발견하는 데 매우 중요합니다. 동심 링의 높이와 피치를 측정하여 측정값을 렌즈 제조업체에서 제공한 사양 값과 비교함으로써 생산 변동을 감지할 수 있습니다.

렌즈 프로파일을 정밀하게 측정해야 금형이나 스탬프가 제조업체 사양에 맞게 적절하게 가공됩니다. 또한 스탬프는 시간이 지남에 따라 점진적으로 마모되어 초기 모양을 잃을 수 있습니다. 렌즈 제조업체 사양에서 일관되게 벗어나면 금형을 교체해야 한다는 긍정적인 신호입니다.

측정 목표

이 애플리케이션에서는 고속 센서가 장착된 3D 비접촉식 프로파일러인 나노베아 ST400을 통해 복잡한 형상의 광학 부품에 대한 포괄적인 3D 프로파일 분석을 제공합니다. 크로매틱 라이트 기술의 놀라운 성능을 보여주기 위해 프레넬 렌즈에서 윤곽 분석이 수행됩니다.

나노비아 ST400 대면적
광학 3D 프로파일로미터

이 연구에 사용된 2.3" x 2.3" 아크릴 프레넬 렌즈는 다음과 같이 구성됩니다.

일련의 동심원 링과 복잡한 톱니 모양의 단면 프로파일이 있습니다.

초점 거리는 1.5인치, 유효 크기 직경은 2.0인치입니다,

인치당 125개의 홈과 1.49의 굴절률.

프레넬 렌즈를 스캔한 나노베아 ST400은 동심원 고리의 높이가 중앙에서 바깥쪽으로 이동하면서 눈에 띄게 증가하는 것을 보여줍니다.

2D 거짓 색상

높이 표현

3D 보기

추출된 프로필

피크 & 밸리

프로필의 차원 분석

결론

이 애플리케이션에서 나노베아 ST400 비접촉식 광학 프로파일러가 프레넬 렌즈의 표면 형상을 정확하게 측정하는 것을 보여주었습니다.

나노베아 분석 소프트웨어를 사용하여 복잡한 톱니 모양의 프로파일에서 높이와 피치의 치수를 정확하게 측정할 수 있습니다. 사용자는 제조된 렌즈의 링 높이와 피치 치수를 이상적인 링 사양과 비교하여 생산 금형 또는 스탬프의 품질을 효과적으로 검사할 수 있습니다.

여기에 표시된 데이터는 분석 소프트웨어에서 사용할 수 있는 계산의 일부에 불과합니다.

나노베아 광학 프로파일러는 반도체, 마이크로일렉트로닉스, 태양광, 광섬유, 자동차, 항공우주, 야금, 기계 가공, 코팅, 제약, 생의학, 환경 등의 분야에서 거의 모든 표면을 측정합니다.

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가공 부품 검사

기계 부품

3D 프로파일 측정을 사용한 CAD 모델 검사

작성자:

Duanjie Li, PhD

개정자

조슬린 에스파르자

소개

복잡한 형상을 만들 수 있는 정밀 가공에 대한 수요는 다양한 산업 분야에서 증가하고 있습니다. 항공우주, 의료, 자동차부터 기술 기어, 기계, 악기에 이르기까지 지속적인 혁신과 진화로 인해 기대치와 정확도 기준이 새로운 차원으로 높아지고 있습니다. 이에 따라 제품의 최고 품질을 보장하기 위한 엄격한 검사 기술과 기기에 대한 수요가 증가하고 있습니다.

부품 검사를 위한 3D 비접촉식 프로파일 측정의 중요성

공차 및 생산 표준 준수 여부를 확인하려면 가공된 부품의 특성을 CAD 모델과 비교하는 것이 필수적입니다. 부품의 마모로 인해 교체가 필요할 수 있으므로 서비스 기간 동안의 검사도 매우 중요합니다. 필요한 사양에서 벗어난 부분을 적시에 식별하면 비용이 많이 드는 수리, 생산 중단 및 평판 손상을 방지하는 데 도움이 됩니다.

NANOVEA는 터치 프로브 방식과 달리 광학 프로파일러 접촉 없이 3D 표면 스캔을 수행하여 가장 높은 정확도로 복잡한 형상을 빠르고 정밀하며 비파괴적으로 측정할 수 있습니다.

측정 목표

이 애플리케이션에서는 치수, 반경 및 거칠기에 대한 포괄적인 표면 검사를 수행하는 고속 센서가 장착된 3D 비접촉식 프로파일러인 NANOVEA HS2000을 소개합니다.

40초 이내에 모두 완료됩니다.

나노비아

HS2000

CAD 모델

가공된 부품이 원하는 사양, 공차 및 표면 마감을 충족하는지 확인하려면 부품의 치수와 표면 거칠기를 정밀하게 측정하는 것이 중요합니다. 검사 대상 부품의 3D 모델과 엔지니어링 도면이 아래에 제시되어 있습니다.

거짓 색상 보기

CAD 모델과 스캔한 가공 부품 표면의 가색 보기를 그림 3에서 비교합니다. 샘플 표면의 높이 변화는 색상의 변화로 확인할 수 있습니다.

그림 2에 표시된 대로 3D 표면 스캔에서 3개의 2D 프로파일을 추출하여 가공된 부품의 치수 공차를 추가로 확인합니다.

프로필 비교 및 결과

프로파일 1 ~ 3은 그림 3 ~ 5에 나와 있습니다. 정량적 공차 검사는 엄격한 제조 표준을 준수하기 위해 측정된 프로파일을 CAD 모델과 비교하여 수행됩니다. 프로파일 1과 프로파일 2는 곡면 가공 부품에서 서로 다른 영역의 반경을 측정합니다. 프로파일 2의 높이 변화는 156mm 길이에 걸쳐 30µm로 원하는 ±125µm 공차 요건을 충족합니다.

공차 한계값을 설정하면 분석 소프트웨어가 가공된 부품의 합격 여부를 자동으로 판단할 수 있습니다.

가공된 부품 표면의 거칠기와 균일성은 품질과 기능을 보장하는 데 중요한 역할을 합니다. 그림 6은 표면 조도를 정량화하는 데 사용된 가공된 부품의 상위 스캔에서 추출한 표면 영역입니다. 평균 표면 거칠기(Sa)는 2.31µm로 계산되었습니다.

결론

이 연구에서는 고속 센서가 장착된 나노베아 HS2000 비접촉식 프로파일러가 치수 및 거칠기에 대한 포괄적인 표면 검사를 수행하는 방법을 보여주었습니다.

고해상도 스캔을 통해 사용자는 가공된 부품의 세부적인 형태와 표면 특징을 측정하고 이를 CAD 모델과 정량적으로 비교할 수 있습니다. 또한 이 기기는 스크래치 및 균열을 포함한 모든 결함을 감지할 수 있습니다.

고급 윤곽 분석은 가공된 부품이 설정된 사양을 충족하는지 여부를 판단할 뿐만 아니라 마모된 부품의 고장 메커니즘을 평가하는 데도 탁월한 도구로 사용됩니다.

여기에 표시된 데이터는 모든 나노베아 광학 프로파일러에 장착된 고급 분석 소프트웨어로 가능한 계산의 일부에 불과합니다.

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프레팅 마모 평가

작성자:

Duanjie Li, PhD

개정자

조슬린 에스파르자

소개

프레팅은 "하중을 받고 진동이나 기타 힘에 의해 미세한 상대 운동을 받는 두 재료 사이의 접촉 영역에서 발생하는 특수 마모 과정"입니다. 기계가 작동 중일 때 볼트로 고정되거나 고정된 조인트, 움직이지 않으려는 구성 요소 사이, 진동하는 커플링과 베어링에서 진동이 필연적으로 발생합니다. 이러한 상대적인 슬라이딩 동작의 진폭은 종종 마이크로미터에서 밀리미터 정도입니다. 이러한 반복적인 저진폭 동작은 표면에서 심각한 국부적인 기계적 마모와 재료 이동을 유발하여 생산 효율성, 기계 성능을 저하시키거나 심지어 기계에 손상을 입힐 수 있습니다.

정량적 지표의 중요성
프레팅 마모 평가

프레팅 마모는 종종 2체 마모, 접착 및/또는 프레팅 피로 마모를 포함하여 접촉 표면에서 발생하는 여러 복잡한 마모 메커니즘을 포함합니다. 프레팅 마모 메커니즘을 이해하고 프레팅 마모 보호를 위한 최상의 재료를 선택하려면 신뢰할 수 있고 정량적인 프레팅 마모 평가가 필요합니다. 프레팅 마모 거동은 변위 진폭, 정상 하중, 부식, 온도, 습도 및 윤활과 같은 작업 환경에 의해 크게 영향을 받습니다. 다재다능한 트라이보미터 다양한 현실적인 작업 조건을 시뮬레이션할 수 있는 것은 프레팅 마모 평가에 이상적입니다.

스티븐 R. 램프만, ASM 핸드북: 19권: 피로와 골절
http://www.machinerylubrication.com/Read/693/fretting-wear

측정 목표

이 연구에서는 다양한 진동 속도와 온도에서 스테인리스 스틸 SS304 샘플의 프레팅 마모 거동을 평가하여 다음과 같은 성능을 보여주었습니다. 나노비아 T50 트라이보미터는 금속의 프레팅 마모 과정을 잘 제어하고 모니터링하는 방식으로 시뮬레이션합니다.

나노비아

T50

테스트 조건

스테인리스 스틸 SS304 샘플의 프레팅 내마모성은 다음과 같이 평가되었습니다. 나노비아 선형 왕복 마모 모듈을 사용한 트라이보미터. 카운터 재료로는 WC(직경 6mm) 볼이 사용되었습니다. 마모 트랙은 다음을 사용하여 검사했습니다. 나노비아 3D 비접촉식 프로파일러.

프레팅 테스트는 실온(RT)과 200°C에서 수행되었습니다. °C에서 고온이 SS304 샘플의 프레팅 내마모성에 미치는 영향을 연구했습니다. 샘플 스테이지의 가열판은 프레팅 테스트 중에 샘플을 200°C에서 가열했습니다. °C. 마모율입니다, K는 다음 공식을 사용하여 평가되었습니다. K=V/(F×s)여기서 V 는 착용한 볼륨입니다, F 는 정상 부하이고 s 는 슬라이딩 거리입니다.

이 연구에서는 카운터 재료로 WC 볼을 예로 사용했습니다. 실제 적용 상황을 시뮬레이션하기 위해 맞춤형 픽스처를 사용하여 모양과 표면 마감이 다른 모든 고체 소재를 적용할 수 있습니다.

테스트 매개변수

마모 측정값의

결과 및 토론

3D 마모 트랙 프로파일을 사용하면 다음과 같이 계산된 마모 트랙 체적 손실을 직접적이고 정확하게 측정할 수 있습니다. 나노비아 산악 분석 소프트웨어.

100rpm의 저속 및 실온에서 왕복 마모 테스트 결과 0.014mm의 작은 마모 트랙이 나타났습니다.³. 이에 비해 1000rpm의 고속에서 수행된 프레팅 마모 테스트는 0.12mm의 부피로 상당히 큰 마모 트랙을 생성합니다.³. 이러한 가속 마모 과정은 프레팅 마모 테스트 중에 발생하는 고열과 강한 진동으로 인해 금속 파편의 산화를 촉진하고 심각한 삼체 마모가 발생하기 때문일 수 있습니다. 200°C의 고온에서 프레팅 마모 테스트를 진행합니다. °C는 0.27mm의 더 큰 마모 트랙을 형성합니다.³.

1000rpm에서 프레팅 마모 테스트의 마모율은 1.5×10입니다.^-4 mm³/Nm으로, 이는 100rpm에서 왕복 마모 테스트의 마모 속도에 비해 거의 9배에 달하는 수치입니다. 고온에서의 프레팅 마모 테스트는 마모 속도를 3.4×10으로 더욱 가속화합니다.^-4 mm³/Nm. 다양한 속도와 온도에서 측정된 내마모성의 현저한 차이는 실제 적용을 위해 프레팅 마모에 대한 적절한 시뮬레이션이 중요하다는 것을 보여줍니다.

트라이보시스템에 테스트 조건의 작은 변화가 도입되면 마모 거동이 크게 달라질 수 있습니다. 다재다능한 나노비아 트라이보미터는 고온, 윤활, 부식 등 다양한 조건에서 마모를 측정할 수 있습니다. 고급 모터에 의한 정확한 속도 및 위치 제어를 통해 사용자는 0.001 ~ 5000rpm 범위의 속도에서 마모 테스트를 수행할 수 있으므로 다양한 마찰 조건에서 프레팅 마모를 조사하는 연구/테스트 실험실에 이상적인 도구입니다.

다양한 조건에서의 프레팅 마모 트랙

광학 현미경으로

3D 웨어 트랙 프로필

근본적인 이해에 대한 더 많은 인사이트 제공
프레팅 마모 메커니즘의

마모 트랙 결과 요약

다양한 테스트 매개변수를 사용하여 측정

결론

이 연구에서는 다음과 같은 역량을 보여주었습니다. 나노비아 스테인리스 스틸 SS304 시료의 프레팅 마모 거동을 잘 제어되고 정량적인 방식으로 평가하는 트라이보미터입니다.

테스트 속도와 온도는 소재의 프레팅 내마모성에 중요한 역할을 합니다. 프레팅 중 높은 열과 강한 진동으로 인해 SS304 샘플의 마모 속도가 9배 가까이 빨라졌습니다. 200°C의 높은 온도 °C는 마모율을 3.4×10으로 더욱 증가시켰습니다.^-4 mm³/Nm.

다재다능한 나노비아 트라이보미터는 고온, 윤활, 부식 등 다양한 조건에서 프렛팅 마모를 측정하는 데 이상적인 도구입니다.

나노비아 트라이보미터는 ISO 및 ASTM을 준수하는 회전 및 선형 모드를 사용하여 정밀하고 반복 가능한 마모 및 마찰 테스트를 제공하며, 고온 마모, 윤활 및 트리보 부식 모듈을 하나의 사전 통합된 시스템에서 옵션으로 사용할 수 있습니다. 당사의 독보적인 제품군은 얇거나 두꺼운, 연질 또는 경질 코팅, 필름 및 기판의 전체 범위의 마찰 특성을 측정하는 데 이상적인 솔루션입니다.

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볼 베어링: 높은 힘의 내마모성 연구

소개

볼 베어링은 볼을 사용하여 회전 마찰을 줄이고 반경방향 및 축방향 하중을 지원합니다. 베어링 레이스 사이의 롤링 볼은 서로 미끄러지는 두 개의 평평한 표면에 비해 훨씬 낮은 마찰 계수(COF)를 생성합니다. 볼 베어링은 종종 높은 접촉 응력 수준, 마모 및 고온과 같은 극한 환경 조건에 노출됩니다. 따라서 높은 하중과 극한 환경 조건에서 볼의 내마모성은 볼 베어링의 수명을 연장하고 수리 및 교체에 드는 비용과 시간을 줄이는 데 중요합니다.
볼 베어링은 움직이는 부품과 관련된 거의 모든 응용 분야에서 찾을 수 있습니다. 이는 항공우주, 자동차 등 운송 산업뿐만 아니라 피젯 스피너 및 스케이트보드와 같은 품목을 제조하는 장난감 산업에서도 일반적으로 사용됩니다.

높은 하중에서의 볼 베어링 마모 평가

볼 베어링은 광범위한 재료 목록으로 만들 수 있습니다. 일반적으로 사용되는 재료는 스테인리스강과 크롬강 같은 금속이나 텅스텐 카바이드(WC), 실리콘 질화물(Si3n4) 같은 세라믹 사이입니다. 제조된 볼 베어링이 해당 응용 분야의 조건에 이상적으로 요구되는 내마모성을 갖도록 보장하려면 높은 하중에서 신뢰할 수 있는 마찰 공학 평가가 필요합니다. 마찰 공학 테스트는 제어 및 모니터링 방식으로 다양한 볼 베어링의 마모 동작을 정량화하고 대조하여 대상 응용 분야에 가장 적합한 후보를 선택하는 데 도움이 됩니다.

측정 목표

이번 연구에서는 Nanovea를 선보입니다. 트라이보미터 높은 하중에서 다양한 볼 베어링의 내마모성을 비교하기 위한 이상적인 도구입니다.

그림 1: 베어링 테스트 설정.

테스트 절차

다양한 재료로 만들어진 볼 베어링의 마찰 계수, COF 및 내마모성은 Nanovea Tribometer를 사용하여 평가되었습니다. 카운터 재료로는 P100 그릿 사포를 사용했습니다. 볼 베어링의 마모 흔적은 다음을 사용하여 검사되었습니다. 나노베아 마모 테스트가 완료된 후의 3D 비접촉 프로파일러. 테스트 매개변수는 표 1에 요약되어 있습니다. 마모율, K는 다음 공식을 사용하여 평가되었습니다. K=V/(F×s)여기서 V 는 착용한 볼륨입니다, F 는 정상 부하이고 s 슬라이딩 거리입니다. 볼 마모 흉터는 나노베아 3D 비접촉 프로파일러는 정확한 마모량 측정을 보장합니다.
자동화된 전동 방사형 위치 지정 기능을 통해 마찰계는 테스트 기간 동안 마모 트랙의 반경을 줄일 수 있습니다. 이 테스트 모드를 나선형 테스트라고 하며 볼 베어링이 항상 사포의 새 표면에서 미끄러지는지 확인합니다(그림 2). 이는 볼의 내마모성 테스트의 반복성을 크게 향상시킵니다. 내부 속도 제어를 위한 고급 20비트 인코더와 외부 위치 제어를 위한 16비트 인코더는 정밀한 실시간 속도 및 위치 정보를 제공하여 회전 속도를 지속적으로 조정하여 접점에서 일정한 선형 슬라이딩 속도를 달성할 수 있습니다.
본 연구에서는 다양한 볼 재료 간의 마모 거동을 단순화하기 위해 P100 Grit 사포를 사용했으며 다른 재료 표면으로 대체할 수 있습니다. 액체 또는 윤활제와 같은 실제 적용 조건에서 다양한 재료 커플링의 성능을 시뮬레이션하기 위해 모든 고체 재료를 대체할 수 있습니다.

그림 2: 사포 위의 볼 베어링에 대한 나선형 패스 그림.

표 1: 마모 측정의 테스트 매개변수.

결과 및 토론

마모율은 볼 베어링의 수명을 결정하는 중요한 요소이며, 베어링 성능과 효율성을 향상시키려면 낮은 COF가 바람직합니다. 그림 3은 테스트 중 사포에 대한 다양한 볼 베어링의 COF 변화를 비교합니다. Cr 강철 볼은 SS440 및 Al2O3 볼 베어링의 ~0.32 및 ~0.28에 비해 마모 테스트 중 ~0.4의 증가된 COF를 나타냅니다. 반면, WC 볼은 마모 테스트 전반에 걸쳐 ~0.2의 일정한 COF를 나타냅니다. 거친 사포 표면에 대한 볼 베어링의 슬라이딩 움직임으로 인해 발생하는 진동으로 인해 각 테스트 전반에 걸쳐 관찰 가능한 COF 변화를 볼 수 있습니다.

그림 3: 마모 테스트 중 COF의 진화.

그림 4와 그림 5는 각각 광학현미경과 Nanovea 비접촉 광학 프로파일러로 측정한 후 볼 베어링의 마모 흔적을 비교하고 있으며, 표 2는 마모 추적 분석 결과를 요약한 것입니다. Nanovea 3D 프로파일러는 볼 베어링의 마모량을 정확하게 결정하여 다양한 볼 베어링의 마모율을 계산하고 비교할 수 있습니다. Cr강과 SS440 볼은 마모 테스트 후 세라믹 볼, 즉 Al2O3 및 WC에 비해 훨씬 더 큰 편평한 마모 흉터를 나타내는 것을 볼 수 있습니다. Cr 강철 및 SS440 볼은 각각 3.7×10-3 및 3.2×10-3 m3/N·m의 유사한 마모율을 갖습니다. 이에 비해 Al2O3 볼은 7.2×10-4m3/Nm의 마모율로 향상된 내마모성을 나타냅니다. WC 볼은 얕은 마모 트랙 영역에서 작은 긁힘을 거의 나타내지 않아 마모율이 3.3×10-6mm3/Nm로 크게 감소했습니다.

그림 4: 테스트 후 볼 베어링의 마모 흉터.

그림 5: 볼 베어링 마모 흉터의 3D 형태.

표 2: 볼 베어링의 마모 흉터 분석.

그림 6은 4개의 볼 베어링에 의해 사포에 생성된 마모 트랙의 현미경 이미지를 보여줍니다. WC 볼이 가장 심각한 마모 트랙(경로에 있는 거의 모든 모래 입자 제거)을 생성하고 최고의 내마모성을 갖고 있다는 것이 분명합니다. 이에 비해 Cr Steel과 SS440 볼은 샌드 페이퍼의 마모 트랙에 많은 양의 금속 파편을 남겼습니다.
이러한 관찰은 나선형 테스트의 이점의 중요성을 더욱 입증합니다. 이는 볼 베어링이 항상 사포의 새로운 표면에서 미끄러지도록 보장하여 내마모성 테스트의 반복성을 크게 향상시킵니다.

그림 6: 다양한 볼 베어링에 대해 사포 위의 트랙을 마모시킵니다.

결론

고압에서 볼 베어링의 내마모성은 서비스 성능에 중요한 역할을 합니다. 세라믹 볼 베어링은 높은 응력 조건에서 내마모성이 크게 향상되었으며 베어링 수리 또는 교체로 인한 시간과 비용을 줄여줍니다. 본 연구에서 WC 볼 베어링은 강철 베어링에 비해 훨씬 더 높은 내마모성을 나타내므로 심각한 마모가 발생하는 베어링 응용 분야에 이상적인 후보입니다.
Nanovea 트라이보미터는 최대 2000N의 부하에 대한 높은 토크 성능과 0.01~15,000rpm의 회전 속도에 대해 정밀하고 제어되는 모터로 설계되었습니다. ISO 및 ASTM 준수 회전 및 선형 모드를 사용하여 반복 가능한 마모 및 마찰 테스트를 제공하며, 사전 통합된 하나의 시스템에서 선택적으로 고온 마모 및 윤활 모듈을 사용할 수 있습니다. 이 비교할 수 없는 범위를 통해 사용자는 높은 응력, 마모 및 고온 등을 포함한 볼 베어링의 다양한 가혹한 작업 환경을 시뮬레이션할 수 있습니다. 또한 높은 하중에서 우수한 내마모성 재료의 마찰학적 거동을 정량적으로 평가하는 이상적인 도구 역할을 합니다.
Nanovea 3D 비접촉 프로파일러는 정확한 마모량 측정을 제공하고 마모 트랙의 상세한 형태를 분석하는 도구 역할을 하여 마모 메커니즘에 대한 근본적인 이해에 대한 추가 통찰력을 제공합니다.

작성자
Duanjie Li, PhD, 조나단 토마스, 피에르 르루

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제품

프로파일러

PS50 - Advanced Compact

JR25 - Portable Compact

JR100 - Portable High Speed

ST400 - Modular Standard

ST500 - Modular Large Area

AFM Pro - Extended Range

In-Line QC - Roughness, Texture & Finish

Nanoindenters & Scratch Testers

CB500 - Advanced Compact

PB1000 - Advanced Large Platform

진공 시스템

트라이보미터

T50 - Free Weight Benchtop

T200 - Pneumatic Compact

T2000 - Pneumatic High Load

T2000 MAX - High Torque Friction Tester

CR-8R - Ball Cratering Coating Thickness

진공 시스템

랩 서비스

비접촉 프로파일 측정 분석

들여쓰기 및 스크래치 테스트

마찰 및 마모 테스트

표면 토폴로지 및 화학 분석

테스트 솔루션

프로파일 측정

러프니스 및 마감

기하학 및 도형

평탄도 및 뒤틀림

볼륨 및 면적

스텝 높이 및 두께

텍스처 및 그레인

기계적 테스트

들여쓰기 | 경도 및 탄성

들여쓰기 | 스트레스 대 변형

들여쓰기 | 크립 및 릴랙스

들여쓰기 | 분실 및 보관

압흔 | 파단 인성

압흔 | 수율 강도 및 피로도

고온

습도

진공

스크래치 | 접착 실패

스크래치 | 응집 실패

스크래치 | 스크래치 경도

스크래치 | 멀티 패스 착용

마찰 | 마찰 계수

저온

액체

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리니어

회전

링에 차단

링 온 링

스크래치 테스트

브레이크 마찰 테스트

고온

저온

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액체

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진공

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