Kategoria: Profilometria | Tekstura i ziarno

Stent Coating Adhesion and Delamination Analysis Using Nano Scratch Testing

Application Note | Stent Coating Adhesion Testing

Stent Coating Adhesion and Delamination Analysis Using Nano Scratch Testing

Quantifying Coating Failure and Adhesion Performance on Drug-Eluting Stents

Research & Experimental Testing

Duanjie Li, PhD

Visual Design & Editorial

Andrew Shore

Wstęp

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 Dowiedz się więcej o nanoindentation and scratch testing lab services for coating adhesion and failure analysis.

Measurement Method

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

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

NANOVEA PB1000 Advanced

Tester mechaniczny

Warunki badania

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	Postępowe
Initial load	0.05 mN
Final load	300 and 100 mN
Sliding speed	0.5 mm/min
Sliding distance	0.5 mm
Indenter geometry	Stożkowa
Indenter material (tip)	Diament
Promień końcówki wgłębnika	20 µm
Temperatura	24°C (room)

Tabela 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	Postępowe
Initial load	0.1 mN
Final load	300 mN
Szybkość ładowania	300 mN/min
Scratch length	0.25 mm
Scratch speed	0.25 mm/min
Indenter geometry	40° cone
Indenter material (tip)	Diament
Promień końcówki wgłębnika	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.

Wyniki i dyskusja

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.

Wniosek

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.

Referencje

[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

Przygotowane przez

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

Wstęp

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 Dowiedz się więcej o non-contact optical profilometry and surface roughness measurement services.

Measurement Method

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

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

NANOVEA JR25 Portable
Profilometr optyczny

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.

Parametry pomiarowe

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	Średnia kwadratowa wysokości
Ssk	-0.102		Skośność
Sku	3.715		Kurtoza
Sp	18.861	µm	Maksymalna wysokość piku
Sv	16.553	µm	Maximum pit depth
Sz	35.414	µm	Maksymalna wysokość
Sa	1.888	µm	Średnia arytmetyczna wzrostu

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: Nic
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: Nic

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: Nic
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: Nic

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

Wniosek

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.

Referencje

[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?

Analiza powierzchni śrutowanej

ANALIZA POWIERZCHNI ŚRUTOWANEJ

Z WYKORZYSTANIEM BEZKONTAKTOWEGO PROFILOMETRU 3D

Przygotowane przez

CRAIG LEISING

WPROWADZENIE

Śrutowanie to proces, w którym podłoże jest bombardowane kulistymi kulkami metalowymi, szklanymi lub ceramicznymi — powszechnie określanymi jako „śrut” — z siłą mającą na celu wywołanie plastyczności na powierzchni. Analiza charakterystyki przed i po kulowaniu dostarcza kluczowych informacji dla lepszego zrozumienia procesu i kontroli. Szczególnie godnymi uwagi aspektami są chropowatość powierzchni i obszar pokrycia wgłębień pozostawionych przez śrut.

Znaczenie bezkontaktowego profilometru 3D do analizy powierzchni śrutowanych

W przeciwieństwie do tradycyjnych profilometrów kontaktowych, które tradycyjnie były używane do śrutowanej analizy powierzchni, bezkontaktowy pomiar 3D zapewnia pełny obraz 3D, który zapewnia pełniejsze zrozumienie obszaru pokrycia i topografii powierzchni. Bez funkcji 3D inspekcja będzie opierać się wyłącznie na informacjach 2D, które nie są wystarczające do scharakteryzowania powierzchni. Zrozumienie topografii, obszaru pokrycia i chropowatości w 3D jest najlepszym podejściem do kontrolowania lub usprawniania procesu śrutowania. NANOVEA Profilometry bezkontaktowe 3D wykorzystują technologię Chromatic Light z unikalną możliwością pomiaru stromych kątów występujących na obrobionych i śrutowanych powierzchniach. Dodatkowo, gdy inne techniki nie dostarczają wiarygodnych danych ze względu na kontakt sondy, zmienność powierzchni, kąt lub współczynnik odbicia, profilometry NANOVEA okazują się sukcesem.

CEL POMIARU

W tym zastosowaniu profilometr bezkontaktowy NANOVEA ST400 służy do pomiaru surowca i dwóch różnie polerowanych powierzchni w celu dokonania przeglądu porównawczego. Istnieje nieskończona lista parametrów powierzchni, które można automatycznie obliczyć po skanowaniu powierzchni 3D. Tutaj przejrzymy powierzchnię 3D i wybierzemy obszary zainteresowania do dalszej analizy, w tym ilościowego określenia i zbadania chropowatości, wgłębień i pola powierzchni.

NANOVEA ST400 Standard
Optyczny profilometr 3D

PRÓBKA

WYNIKI

POWIERZCHNIA STALOWA

ISO 25178 PARAMETRY SZRACHOWOŚCI 3D

SA	0,399 μm	Średnia szorstkość
Sq	0,516 μm	Chropowatość RMS
Sz	5,686 μm	Maksymalny szczyt do doliny
Sp	2,976 μm	Maksymalna wysokość szczytowa
Sv	2,711 μm	Maksymalna głębokość dołu
Sku	3.9344	Kurtoza
Ssk	-0.0113	Skośność
Sal	0,0028 mm	Długość autokorelacji
ul	0.0613	Współczynnik proporcji tekstury
Sdar	26,539 mm²	Powierzchnia
Szw	0,589 μm	Zmniejszona głębokość doliny

WYNIKI

POWIERZCHNIA PEEROWANA 1

POKRYCIE POWIERZCHNI 98.105%

ISO 25178 PARAMETRY SZRACHOWOŚCI 3D

Sa	4,102 μm	Średnia szorstkość
Sq	5,153 μm	Chropowatość RMS
Sz	44,975 μm	Maksymalny szczyt do doliny
Sp	24,332 μm	Maksymalna wysokość szczytowa
Sv	20,644 μm	Maksymalna głębokość dołu
Sku	3.0187	Kurtoza
Ssk	0.0625	Skośność
Sal	0,0976 mm	Długość autokorelacji
ul	0.9278	Współczynnik proporcji tekstury
Sdar	29,451 mm²	Powierzchnia
Szw	5,008 μm	Zmniejszona głębokość doliny

WYNIKI

POWIERZCHNIA PEEROWANA 2

POKRYCIE POWIERZCHNI 97.366%

ISO 25178 PARAMETRY SZRACHOWOŚCI 3D

Sa	4,330 μm	Średnia szorstkość
Sq	5,455 μm	Chropowatość RMS
Sz	54,013 μm	Maksymalny szczyt do doliny
Sp	25,908 μm	Maksymalna wysokość szczytowa
Sv	28,105 μm	Maksymalna głębokość dołu
Sku	3.0642	Kurtoza
Ssk	0.1108	Skośność
Sal	0,1034 mm	Długość autokorelacji
ul	0.9733	Współczynnik proporcji tekstury
Sdar	29,623 mm²	Powierzchnia
Szw	5,167 μm	Zmniejszona głębokość doliny

PODSUMOWANIE

W tej aplikacji do analizy śrutowanej powierzchni zademonstrowaliśmy, w jaki sposób NANOVEA ST400 3D Non-Contact Profiler precyzyjnie charakteryzuje zarówno topografię, jak i nanometrowe szczegóły śrutowanej powierzchni. Oczywiste jest, że zarówno Powierzchnia 1, jak i Powierzchnia 2 mają znaczący wpływ na wszystkie podane tutaj parametry w porównaniu z surowcem. Proste badanie wizualne obrazów ujawnia różnice między powierzchniami. Potwierdza to dodatkowo obserwacja obszaru pokrycia i wymienionych parametrów. W porównaniu z Surface 2, Surface 1 wykazuje niższą średnią chropowatość (Sa), płytsze wgniecenia (Sv) i zmniejszoną powierzchnię (Sdar), ale nieco większy obszar pokrycia.

Z tych pomiarów powierzchni 3D można łatwo zidentyfikować obszary zainteresowania i poddać je wszechstronnemu zestawowi pomiarów, w tym chropowatości, wykończenia, tekstury, kształtu, topografii, płaskości, wypaczenia, płaskości, objętości, wysokości stopnia i innych. Przekrój 2D można szybko wybrać do szczegółowej analizy. Informacje te pozwalają na kompleksowe badanie powierzchni toczonych, z wykorzystaniem pełnego zakresu zasobów do pomiaru powierzchni. Konkretne obszary zainteresowania można dalej badać za pomocą zintegrowanego modułu AFM. Profilometry 3D NANOVEA oferują prędkości do 200 mm/s. Można je dostosować pod względem rozmiaru, prędkości, możliwości skanowania, a nawet mogą być zgodne ze standardami pomieszczeń czystych klasy 1. Dostępne są również opcje, takie jak przenośnik indeksujący i integracja do użytku w trybie Inline lub Online.

Specjalne podziękowania dla pana Haydena z IMF za dostarczenie próbki pokazanej w tej notatce. Industrial Metal Finishing Inc. | indmetfin.com

Masz podobną aplikację?

Morfologia powierzchni farby

MORFOLOGIA POWIERZCHNI LAKIERU

AUTOMATYCZNE MONITOROWANIE EWOLUCJI W CZASIE RZECZYWISTYM
WYKORZYSTANIE PROFILOMETRU 3D NANOVEA

Przygotowane przez

DUANJIE LI, PhD

WPROWADZENIE

Ochronne i dekoracyjne właściwości farb odgrywają istotną rolę w różnych gałęziach przemysłu, w tym motoryzacyjnym, morskim, wojskowym i budowlanym. Aby osiągnąć pożądane właściwości, takie jak odporność na korozję, ochronę przed promieniowaniem UV i odporność na ścieranie, receptury i architektury farb są dokładnie analizowane, modyfikowane i optymalizowane.

ZNACZENIE BEZKONTAKTOWEGO PROFILOMETRU 3D DO ANALIZY MORFOLOGII SUSZENIA POWIERZCHNI LAKIEROWANEJ

Farbę nakłada się zwykle w postaci płynnej i poddaje procesowi suszenia, który polega na odparowaniu rozpuszczalników i przekształceniu ciekłej farby w stałą warstwę. Podczas procesu schnięcia powierzchnia farby stopniowo zmienia swój kształt i teksturę. Różne wykończenia powierzchni i tekstury można uzyskać, stosując dodatki modyfikujące napięcie powierzchniowe i właściwości płynięcia farby. Jednak w przypadku źle sformułowanej receptury farby lub niewłaściwej obróbki powierzchni mogą wystąpić niepożądane uszkodzenia powierzchni farby.

Dokładne monitorowanie morfologii powierzchni farby na miejscu w okresie schnięcia może zapewnić bezpośredni wgląd w mechanizm suszenia. Co więcej, ewolucja morfologii powierzchni w czasie rzeczywistym jest bardzo przydatną informacją w różnych zastosowaniach, takich jak druk 3D. NANOVEA Profilometry bezkontaktowe 3D mierzyć morfologię powierzchni farby materiałów bez dotykania próbki, unikając wszelkich zmian kształtu, które mogą być spowodowane przez technologie kontaktowe, takie jak przesuwany rysik.

CEL POMIARU

W tym zastosowaniu profilometr bezkontaktowy NANOVEA ST500, wyposażony w czujnik optyczny linii o dużej szybkości, służy do monitorowania morfologii powierzchni lakieru podczas jego 1-godzinnego okresu schnięcia. Prezentujemy możliwości bezkontaktowego profilometru NANOVEA w zapewnianiu zautomatyzowanego pomiaru profili 3D materiałów w czasie rzeczywistym z ciągłą zmianą kształtu.

NANOVEA ST500 Large Area
Optyczny profilometr 3D

WYNIKI I DYSKUSJA

Farbę nałożono na powierzchnię blachy, po czym natychmiast wykonano zautomatyzowane pomiary ewolucji morfologii schnącej farby in situ za pomocą profilometru NANOVEA ST500 Non-Contact Profilometer wyposażonego w szybki czujnik liniowy. Zaprogramowano makro do automatycznego pomiaru i rejestracji morfologii powierzchni 3D w określonych odstępach czasu: 0, 5, 10, 20, 30, 40, 50 i 60 min. Ta zautomatyzowana procedura skanowania umożliwia użytkownikom automatyczne wykonywanie zadań skanowania poprzez sekwencyjne uruchamianie ustalonych procedur, co znacznie zmniejsza wysiłek, czas i możliwe błędy użytkownika w porównaniu z testowaniem ręcznym lub powtarzanymi skanami. Ta automatyzacja okazuje się niezwykle przydatna w przypadku długotrwałych pomiarów obejmujących wiele skanów w różnych odstępach czasu.

Optyczny czujnik liniowy generuje jasną linię składającą się ze 192 punktów, jak pokazano na RYSUNKU 1. Te 192 punkty świetlne jednocześnie skanują powierzchnię próbki, znacznie zwiększając prędkość skanowania. Gwarantuje to, że każdy skan 3D zostanie ukończony szybko, aby uniknąć znacznych zmian powierzchni podczas każdego pojedynczego skanowania.

RYSUNEK 1: Optyczny czujnik liniowy skanujący powierzchnię schnącej farby.

Widok fałszywych kolorów, widok 3D i profil 2D topografii schnącej farby w reprezentatywnych czasach pokazano odpowiednio na FIGURZE 2, FIGURZE 3 i FIGURZE 4. Fałszywy kolor na obrazach ułatwia wykrywanie cech, które nie są łatwo dostrzegalne. Różne kolory reprezentują zmiany wysokości w różnych obszarach powierzchni próbki. Widok 3D stanowi idealne narzędzie dla użytkowników do obserwacji powierzchni lakieru pod różnymi kątami. W ciągu pierwszych 30 minut testu fałszywe kolory na powierzchni farby stopniowo zmieniają się z cieplejszych tonów na chłodniejsze, co wskazuje na stopniowe zmniejszanie się wysokości w czasie w tym okresie. Proces ten zwalnia, o czym świadczy łagodna zmiana koloru przy porównaniu farby po 30 i 60 minutach.

Średnią wysokość próbki i wartości Sa chropowatości w funkcji czasu schnięcia farby przedstawiono na RYSUNKU 5. Pełną analizę chropowatości farby po czasie schnięcia 0, 30 i 60 minut przedstawiono w TABELI 1. Można zauważyć, że średnia wysokość powierzchni farby szybko spada z 471 do 329 µm w ciągu pierwszych 30 minut schnięcia. Tekstura powierzchni rozwija się w tym samym czasie, gdy rozpuszczalnik odparowuje, co prowadzi do zwiększenia wartości Sa chropowatości z 7,19 do 22,6 µm. Następnie proces schnięcia farby spowalnia, co skutkuje stopniowym spadkiem wysokości próbki i wartości Sa do odpowiednio 317 µm i 19,6 µm po 60 minutach.

Badanie to podkreśla możliwości bezkontaktowego profilometru NANOVEA 3D w monitorowaniu zmian powierzchni 3D schnącej farby w czasie rzeczywistym, dostarczając cennych informacji na temat procesu schnięcia farby. Mierząc morfologię powierzchni bez dotykania próbki, profilometr pozwala uniknąć zmian kształtu niewyschniętej farby, które mogą wystąpić w przypadku technologii kontaktowych, takich jak przesuwny rysik. Takie bezkontaktowe podejście zapewnia dokładną i wiarygodną analizę morfologii powierzchni schnącej farby.

RYSUNEK 2: Ewolucja morfologii powierzchni schnącej farby w różnym czasie.

RYSUNEK 3: Widok 3D ewolucji powierzchni farby przy różnych czasach schnięcia.

RYSUNEK 4: Profil 2D na próbce farby po różnych czasach schnięcia.

RYSUNEK 5: Ewolucja średniej wysokości próbki i wartości chropowatości Sa w funkcji czasu schnięcia farby.

ISO 25178 - Parametry tekstury powierzchni

Czas schnięcia (min)	0	5	10	20	30	40	50	60
kwadratowy (µm)	7.91	9.4	10.8	20.9	22.6	20.6	19.9	19.6
Sku	26.3	19.8	14.6	11.9	10.5	9.87	9.83	9.82
sp (µm)	97.4	105	108	116	125	118	114	112
Sv (µm)	127	70.2	116	164	168	138	130	128
Sz (µm)	224	175	224	280	294	256	244	241
Sa (µm)	4.4	5.44	6.42	12.2	13.3	12.2	11.9	11.8

TABELA 1: Chropowatość farby przy różnych czasach schnięcia.

PODSUMOWANIE

W tej aplikacji pokazaliśmy możliwości bezkontaktowego profilometru 3D NANOVEA ST500 w monitorowaniu ewolucji morfologii powierzchni lakieru podczas procesu schnięcia. Szybki optyczny czujnik liniowy, generujący linię ze 192 punktami świetlnymi, które jednocześnie skanują powierzchnię próbki, sprawił, że badanie było oszczędne, zapewniając jednocześnie niezrównaną dokładność.

Funkcja makro w oprogramowaniu do akwizycji umożliwia programowanie automatycznych pomiarów morfologii powierzchni 3D in situ, dzięki czemu jest szczególnie przydatna do pomiarów długoterminowych obejmujących wiele skanów w określonych docelowych odstępach czasu. Znacznie zmniejsza czas, wysiłek i potencjalne błędy użytkownika. Stopniowe zmiany morfologii powierzchni są stale monitorowane i rejestrowane w czasie rzeczywistym w miarę wysychania farby, co zapewnia cenny wgląd w mechanizm schnięcia farby.

Przedstawione tutaj dane stanowią jedynie ułamek obliczeń dostępnych w oprogramowaniu do analizy. Profilometry NANOVEA są w stanie mierzyć praktycznie każdą powierzchnię, bez względu na to, czy jest przezroczysta, ciemna, odblaskowa czy nieprzezroczysta.

Masz podobną aplikację?

Analiza fraktografii z wykorzystaniem profilometrii 3D

ANALIZA FRAKTOGRAFICZNA

STOSOWANIE PROFILOMETRII 3D

Przygotowane przez

CRAIG LEISING

WPROWADZENIE

Fraktografia to badanie cech pękniętych powierzchni, które w przeszłości było badane za pomocą mikroskopu lub SEM. W zależności od wielkości cechy do analizy powierzchni wybiera się mikroskop (cechy makro) lub SEM (cechy nano i mikro). Obydwa ostatecznie pozwalają na identyfikację rodzaju mechanizmu pękania. Chociaż mikroskop jest skuteczny, ma wyraźne ograniczenia, a SEM w większości przypadków, z wyjątkiem analizy na poziomie atomowym, jest niepraktyczny do pomiaru powierzchni pęknięć i nie ma szerszych możliwości wykorzystania. Dzięki postępowi w technologii pomiarów optycznych, NANOVEA Bezkontaktowy profilometr 3D jest obecnie uważany za instrument z wyboru, umożliwiający pomiary powierzchni w skali nano w makroskali 2D i 3D

ZNACZENIE PROFILOMETRU BEZKONTAKTOWEGO 3D W KONTROLI PĘKNIĘĆ

W przeciwieństwie do SEM, bezkontaktowy profilometr 3D może mierzyć prawie każdą powierzchnię, wielkość próbki, przy minimalnym przygotowaniu próbki, oferując jednocześnie lepsze wymiary pionowe/poziome niż SEM. Dzięki profilometrowi, cechy w zakresie od nano do makro są rejestrowane w jednym pomiarze, bez wpływu odbicia próbki. Łatwo mierzyć dowolny materiał: przezroczysty, nieprzezroczysty, spekularny, dyfuzyjny, polerowany, chropowaty, itp. Profilometr bezdotykowy 3D zapewnia szerokie i przyjazne dla użytkownika możliwości maksymalizacji badań nad pękaniem powierzchni za ułamek kosztów SEM.

CEL POMIARU

W tej aplikacji, NANOVEA ST400 jest używana do pomiaru spękanej powierzchni próbki stalowej. W tym opracowaniu zaprezentujemy obszar 3D, ekstrakcję profilu 2D oraz mapę kierunkową powierzchni.

NANOVEA

ST400

WYNIKI

POWIERZCHNIA GÓRNA

Tekstura powierzchni 3D Kierunek

Izotropia	51.26%
Pierwszy kierunek	123.2º
Drugi kierunek	116.3º
Trzeci Kierunek	0.1725º

Powierzchnia, Objętość, Chropowatość i wiele innych mogą być automatycznie obliczone z tego wyciągu.

Wydobywanie profili 2D

WYNIKI

POWIERZCHNIA BOCZNA

Tekstura powierzchni 3D Kierunek

Izotropia	15.55%
Pierwszy kierunek	0.1617º
Drugi kierunek	110.5º
Trzeci Kierunek	171.5º

Powierzchnia, Objętość, Chropowatość i wiele innych mogą być automatycznie obliczone z tego wyciągu.

Wydobywanie profili 2D

PODSUMOWANIE

W tej aplikacji pokazaliśmy, jak bezkontaktowy profilometr NANOVEA ST400 3D może precyzyjnie scharakteryzować pełną topografię (nano, mikro i makro cechy) spękanej powierzchni. Z obszaru 3D, powierzchnia może być wyraźnie zidentyfikowana, a podobszary lub profile/przekroje mogą być szybko wyodrębnione i przeanalizowane z nieskończoną listą obliczeń powierzchni. Sub-nanometrowe cechy powierzchni mogą być dalej analizowane za pomocą zintegrowanego modułu AFM.

Dodatkowo, NANOVEA wprowadziła do swojej oferty przenośną wersję Profilometru, szczególnie istotną w badaniach terenowych, gdzie powierzchnia szczelin jest nieruchoma. Dzięki tak szerokiej liście możliwości pomiaru powierzchni, analiza powierzchni szczelin nigdy nie była łatwiejsza i wygodniejsza przy użyciu jednego urządzenia.

Masz podobną aplikację?

Topografia powierzchni włókna szklanego z wykorzystaniem profilometrii 3D

TOPOGRAFIA POWIERZCHNI WŁÓKNA SZKLANEGO

STOSOWANIE PROFILOMETRII 3D

Przygotowane przez

CRAIG LEISING

WPROWADZENIE

Fiberglass to materiał wykonany z niezwykle drobnych włókien szklanych. Jest on stosowany jako środek wzmacniający w wielu produktach polimerowych; powstały w ten sposób materiał kompozytowy, prawidłowo znany jako polimer wzmocniony włóknem (FRP) lub tworzywo sztuczne wzmocnione włóknem szklanym (GRP), jest w powszechnym użyciu nazywany "włóknem szklanym".

ZNACZENIE KONTROLI METROLOGICZNEJ POWIERZCHNI DLA KONTROLI JAKOŚCI

Chociaż istnieje wiele zastosowań dla wzmocnień z włókna szklanego, w większości przypadków najważniejsze jest, aby były one jak najmocniejsze. Kompozyty z włókna szklanego mają jeden z najwyższych dostępnych współczynników wytrzymałości do wagi, a w niektórych przypadkach są mocniejsze od stali. Poza wysoką wytrzymałością ważne jest również, aby ich powierzchnia była jak najmniejsza. Duże powierzchnie włókna szklanego mogą sprawić, że konstrukcja będzie bardziej podatna na atak chemiczny i ewentualne rozszerzanie się materiału. Dlatego kontrola powierzchni ma kluczowe znaczenie dla kontroli jakości produkcji.

CEL POMIARU

W tej aplikacji, NANOVEA ST400 jest używana do pomiaru chropowatości i płaskości powierzchni kompozytu z włókna szklanego. Poprzez ilościowe określenie tych cech powierzchni możliwe jest stworzenie lub optymalizacja mocniejszego, bardziej trwałego materiału kompozytowego z włókna szklanego.

NANOVEA

ST400

PARAMETRY POMIAROWE

PROBE	1 mm
WSKAŹNIK NABYCIA	300 Hz
AVERAGING	1
MIERZONA POWIERZCHNIA	5 mm x 2 mm
ROZMIAR KROKU	5 µm x 5 µm
TRYB SKANOWANIA	Stała prędkość

SPECYFIKACJA SONDY

**POMIAR RANGE**	1 mm
Z REZOLUCJI	25 nm
Z DOKŁADNOŚĆ	200 nm
ROZDZIELCZOŚĆ POPRZECZNA	2 μm

WYNIKI

WIDOK FAŁSZYWEGO KOLORU

Płaskość powierzchni 3D

Chropowatość powierzchni 3D

Sa	15,716 μm	Średnia arytmetyczna Wysokość
Sq	19,905 μm	Root Mean Square Height
Sp	116,74 μm	Maksymalna wysokość szczytowa
Sv	136,09 μm	Maksymalna wysokość szybu
Sz	252,83 μm	Maksymalna wysokość
Ssk	0.556	Skośność
Ssu	3.654	Kurtoza

PODSUMOWANIE

Jak pokazano w wynikach, NANOVEA ST400 Optical Profiler był w stanie dokładnie zmierzyć chropowatość i płaskość powierzchni kompozytu z włókna szklanego. Dane można mierzyć dla wielu partii kompozytów z włókien szklanych i/lub w danym okresie, aby dostarczyć kluczowych informacji na temat różnych procesów produkcji włókna szklanego i ich reakcji w czasie. Zatem ST400 jest realną opcją wzmacniającą proces kontroli jakości materiałów kompozytowych z włókna szklanego.

Masz podobną aplikację?

Zużycie i tarcie pasów polimerowych przy użyciu tribometru

PASY POLIMEROWE

ZUŻYCIE I ROZDRAŻNIENIE PRZY UŻYCIU TRIBOMETRU

Przygotowane przez

DUANJIE LI, PhD

WPROWADZENIE

Napęd pasowy przenosi moc i śledzi względny ruch pomiędzy dwoma lub więcej obracającymi się wałami. Jako proste i niedrogie rozwiązanie o minimalnej konserwacji, napędy pasowe są szeroko stosowane w różnych aplikacjach, takich jak piły ręczne, tartaki, młockarnie, dmuchawy silosowe i przenośniki. Napędy pasowe mogą chronić maszyny przed przeciążeniem, jak również tłumić i izolować wibracje.

ZNACZENIE OCENY ZUŻYCIA DLA NAPĘDÓW PASOWYCH

Tarcie i zużycie są nieuniknione w przypadku pasów w maszynach napędzanych pasami. Wystarczające tarcie zapewnia skuteczne przenoszenie mocy bez poślizgu, ale nadmierne tarcie może spowodować szybkie zużycie pasa. Podczas pracy napędu pasowego mają miejsce różne rodzaje zużycia, takie jak zmęczenie, ścieranie i tarcie. W celu wydłużenia okresu eksploatacji pasa oraz zmniejszenia kosztów i czasu naprawy i wymiany pasa, wiarygodna ocena wydajności zużycia pasów jest pożądana w celu poprawy żywotności pasa, wydajności produkcji i wydajności aplikacji. Dokładny pomiar współczynnika tarcia i szybkości zużycia pasa ułatwia badania i rozwój oraz kontrolę jakości produkcji pasów.

CEL POMIARU

W tym badaniu przeprowadziliśmy symulację i porównanie zachowania się pasów o różnych teksturach powierzchni, aby pokazać możliwości NANOVEA Tribometr T2000 w symulacji procesu zużycia pasa w sposób kontrolowany i monitorowany.

NANOVEA

T2000

PROCEDURY BADAWCZE

Współczynnik tarcia, COF, oraz odporność na zużycie dwóch pasów o różnej chropowatości i teksturze powierzchni oceniano za pomocą NANOVEA Wysokie obciążenia Tribometr przy użyciu liniowego modułu zużycia posuwisto-zwrotnego. Jako materiał przeciwny zastosowano kulkę ze stali 440 (średnica 10 mm). Do badania chropowatości powierzchni i śladu zużycia wykorzystano zintegrowane urządzenie Bezkontaktowy profilometr 3D. Stopień zużycia, K, oceniono według wzoru K=Vl(Fxs)gdzie V jest objętością zużytą, F jest obciążeniem normalnym, a s jest odległością przesuwu.

Należy pamiętać, że gładki odpowiednik kuli Steel 440 został użyty jako przykład w tym badaniu, dowolny materiał stały o różnych kształtach i wykończeniu powierzchni może być zastosowany przy użyciu niestandardowych uchwytów, aby zasymulować rzeczywistą sytuację zastosowania.

WYNIKI I DYSKUSJA

Taśma teksturowana i gładka mają chropowatość powierzchni Ra wynoszącą odpowiednio 33,5 i 8,7 um, zgodnie z analizowanymi profilami powierzchni wykonanymi za pomocą sondy NANOVEA Bezkontaktowy profiler optyczny 3D. COF i szybkość zużycia dwóch testowanych pasów zmierzono odpowiednio przy 10 N i 100 N, aby porównać zachowanie się pasów przy różnych obciążeniach.

RYSUNEK 1 Przedstawiono ewolucję współczynnika COF pasów podczas badań zużycia. Pasy o różnej fakturze wykazują zasadniczo różne zachowania podczas zużywania. Interesujące jest to, że po okresie docierania, podczas którego współczynnik COF stopniowo wzrasta, pas teksturowany osiąga niższy współczynnik COF wynoszący ~0,5 w obu testach przeprowadzonych przy obciążeniu 10 N i 100 N. Dla porównania, pas gładki testowany przy obciążeniu 10 N wykazuje znacznie wyższy współczynnik COF wynoszący ~1,4, gdy współczynnik COF staje się stabilny i utrzymuje się powyżej tej wartości przez resztę testu. Gładki pas testowany pod obciążeniem 100 N szybko uległ zużyciu przez stalową kulkę 440 i utworzył duży ślad zużycia. Dlatego też test został zatrzymany na 220 obrotach.

RYSUNEK 1: Ewolucja COF pasów przy różnych obciążeniach.

RYSUNEK 2 porównuje obrazy śladów zużycia 3D po testach przy 100 N. Bezkontaktowy profilometr NANOVEA 3D oferuje narzędzie do analizy szczegółowej morfologii śladów zużycia, zapewniając większy wgląd w fundamentalne zrozumienie mechanizmu zużycia.

TABELA 1: Wynik analizy śladów zużycia.

RYSUNEK 2: Widok 3D obu pasów
po badaniach przy 100 N.

Profil ścieżki zużycia 3D pozwala na bezpośrednie i dokładne określenie objętości ścieżki zużycia obliczonej przez zaawansowane oprogramowanie analityczne, jak pokazano w TABELI 1. W teście zużycia dla 220 obrotów, pas gładki ma znacznie większy i głębszy ślad zużycia o objętości 75,7 mm3, w porównaniu do objętości zużycia 14,0 mm3 dla pasa teksturowanego po teście zużycia dla 600 obrotów. Znacznie wyższe tarcie pasa gładkiego o stalową kulkę prowadzi do 15-krotnie wyższego wskaźnika zużycia w porównaniu z pasem teksturowanym.

Tak drastyczna różnica COF pomiędzy taśmą teksturowaną a gładką jest prawdopodobnie związana z wielkością powierzchni styku pomiędzy taśmą a stalową kulką, co również prowadzi do ich różnej wydajności zużycia. RYSUNEK 3 przedstawia ślady zużycia obu taśm pod mikroskopem optycznym. Badanie śladów zużycia zgadza się z obserwacjami dotyczącymi ewolucji COF: Pas teksturowany, który utrzymuje niski współczynnik COF wynoszący ~0,5, nie wykazuje żadnych oznak zużycia po teście zużycia pod obciążeniem 10 N. Pas gładki wykazuje niewielki ślad zużycia przy 10 N. Testy zużycia przeprowadzone przy 100 N tworzą znacznie większe ślady zużycia zarówno na pasie teksturowanym, jak i gładkim, a szybkość zużycia zostanie obliczona przy użyciu profili 3D, co zostanie omówione w następnym paragrafie.

RYSUNEK 3: Ślady zużycia w mikroskopie optycznym.

PODSUMOWANIE

W niniejszej pracy zaprezentowano możliwości Tribometru NANOVEA T2000 w zakresie oceny współczynnika tarcia i szybkości zużycia pasów w sposób kontrolowany i ilościowy. Tekstura powierzchni odgrywa krytyczną rolę w tarciu i odporności na zużycie pasów podczas ich eksploatacji. Teksturowany pas wykazuje stabilny współczynnik tarcia ~0,5 i posiada długą żywotność, co skutkuje zmniejszeniem czasu i kosztów naprawy lub wymiany narzędzi. Dla porównania, nadmierne tarcie gładkiego pasa o stalową kulkę powoduje szybkie zużycie pasa. Ponadto, obciążenie taśmy jest istotnym czynnikiem wpływającym na jej żywotność. Przeciążenie powoduje bardzo duże tarcie, co prowadzi do przyspieszonego zużycia taśmy.

Tribometr NANOVEA T2000 oferuje precyzyjne i powtarzalne badania zużycia i tarcia z wykorzystaniem trybów obrotowych i liniowych zgodnych z normami ISO i ASTM, z opcjonalnymi modułami zużycia w wysokiej temperaturze, smarowania i trybokorozji dostępnymi w jednym, wstępnie zintegrowanym systemie. NANOVEA'S Niezrównana oferta jest idealnym rozwiązaniem do określenia pełnego zakresu właściwości trybologicznych cienkich lub grubych, miękkich lub twardych powłok, filmów i podłoży.

Masz podobną aplikację?

Mikrostruktura skamieniałości z wykorzystaniem profilometrii 3D

MIKROSTRUKTURA KOPALNA

STOSOWANIE PROFILOMETRII 3D

Przygotowane przez

DUANJIE LI, PhD

WPROWADZENIE

Skamieniałości to zachowane szczątki śladów roślin, zwierząt i innych organizmów pogrzebanych w osadach pod dawnymi morzami, jeziorami i rzekami. Miękka tkanka ciała zwykle rozkłada się po śmierci, ale twarde skorupy, kości i zęby ulegają skamienieniu. Cechy powierzchni mikrostruktury są często zachowane, gdy następuje wymiana mineralna oryginalnych muszli i kości, co daje wgląd w ewolucję pogody i mechanizm powstawania skamieniałości.

ZNACZENIE PROFILOMETRU BEZKONTAKTOWEGO 3D W BADANIACH SKAMIENIAŁOŚCI

Profile 3D skamieniałości pozwalają nam obserwować szczegółowe cechy powierzchni próbki skamieniałości z bliższego kąta. Wysoka rozdzielczość i dokładność profilometru NANOVEA może nie być widoczna gołym okiem. Oprogramowanie analityczne profilometru oferuje szeroki zakres badań mających zastosowanie do tych unikalnych powierzchni. W przeciwieństwie do innych technik, takich jak sondy dotykowe, NANOVEA Bezkontaktowy profilometr 3D mierzy cechy powierzchni bez dotykania próbki. Pozwala to na zachowanie prawdziwych cech powierzchni niektórych delikatnych próbek skamieniałości. Ponadto przenośny profilometr model Jr25 umożliwia pomiary 3D na stanowiskach kopalnych, co znacznie ułatwia analizę skamieniałości i zabezpieczenie po wykopaliskach.

CEL POMIARU

W tym badaniu, profilometr NANOVEA Jr25 został użyty do pomiaru powierzchni dwóch reprezentatywnych próbek skamieniałości. Cała powierzchnia każdej skamieliny została zeskanowana i przeanalizowana w celu scharakteryzowania cech jej powierzchni, które obejmują chropowatość, kontur i kierunek tekstury.

NANOVEA

Jr25

SKAMIELINA BRACHIOPODA

Pierwszą próbką skamieniałości przedstawioną w tym raporcie jest skamieniałość brachiopoda, pochodząca od zwierzęcia morskiego, które ma twarde "zawory" (muszle) na swojej górnej i dolnej powierzchni. Po raz pierwszy pojawiły się one w okresie kambryjskim, czyli ponad 550 milionów lat temu.

Widok 3D skanu pokazany jest na RYSUNKU 1, a widok False Color na RYSUNKU 2.

RYSUNEK 1: Widok 3D na próbkę skamieniałości brachiopoda.

RYSUNEK 2: False Color View próbki skamieniałości brachiopoda.

Ogólna forma została następnie usunięta z powierzchni w celu zbadania lokalnej morfologii powierzchni i konturu skamieniałości Brachiopoda, jak pokazano na RYSUNKU 3. Na próbce skamieniałości Brachiopoda można teraz zaobserwować osobliwą teksturę rozbieżnych rowków.

RYSUNEK 3: Widok fałszywego koloru i widok linii konturowych po usunięciu formularza.

Profil liniowy jest wyodrębniony z obszaru teksturowanego, aby pokazać widok poprzeczny powierzchni kopalnej na RYS. 4. Badanie Step Height mierzy dokładne wymiary cech powierzchni. Rowki mają średnią szerokość ~0,38 mm i głębokość ~0,25 mm.

RYSUNEK 4: Badania profilu linii i Step Height powierzchni teksturowanej.

SKAMIELINA Z PNIA KRYNOIDU

Druga próbka skamieniałości to skamieniałość macierzysta Crinoidów. Crinoidy po raz pierwszy pojawiły się w morzach okresu środkowego kambru, około 300 milionów lat przed dinozaurami.

Widok 3D skanu pokazany jest na RYSUNKU 5, a widok False Color na RYSUNKU 6.

RYSUNEK 5: Widok 3D próbki skamieniałości z Crinoidów.

Izotropia i chropowatość tekstury powierzchni skamieniałości macierzystej Crinoidów analizowana jest na RYS. 7.

Skamielina ta ma preferencyjny kierunek tekstury w kącie bliskim 90°, co prowadzi do izotropii tekstury 69%.

RYSUNEK 6: False Color View of the Łodyga krynoidu próbka.

RYSUNEK 7: Izotropia tekstury powierzchni i chropowatość skamieniałości macierzystych Crinoidów.

Profil 2D wzdłuż kierunku osiowego skamieniałości macierzystej Crinoida przedstawiono na RYS. 8.

Wielkość pików faktury powierzchniowej jest dość jednolita.

RYSUNEK 8: Analiza profilowa 2D skamieniałości macierzystej Crinoid.

PODSUMOWANIE

W tej aplikacji, kompleksowo zbadaliśmy cechy powierzchni 3D skamieniałości macierzystych brachiopodów i krynoidów przy użyciu przenośnego profilometru bezkontaktowego NANOVEA Jr25. Pokazaliśmy, że urządzenie może precyzyjnie scharakteryzować morfologię 3D próbek kopalnych. Interesujące cechy powierzchni i tekstura próbek są następnie analizowane. Próbka Brachiopoda posiada rozbieżną teksturę rowków, podczas gdy skamielina z trzonu Crinoida wykazuje preferencyjną izotropię tekstury. Szczegółowe i precyzyjne skany powierzchni 3D okazują się idealnym narzędziem dla paleontologów i geologów do badania ewolucji życia i powstawania skamieniałości.

Przedstawione tu dane stanowią jedynie część obliczeń dostępnych w oprogramowaniu analitycznym. Profilometry NANOVEA mierzą praktycznie każdą powierzchnię w takich dziedzinach jak: półprzewodniki, mikroelektronika, energia słoneczna, światłowody, przemysł samochodowy, lotniczy, metalurgia, obróbka, powłoki, przemysł farmaceutyczny, biomedyczny, ochrona środowiska i wiele innych.

Masz podobną aplikację?

Wykończenie powierzchni skóry z wykorzystaniem profilometrii 3D

SKÓRA PRZETWORZONA

WYKOŃCZENIE POWIERZCHNI Z WYKORZYSTANIEM PROFILOMETRII 3D

Przygotowane przez

CRAIG LEISING

WPROWADZENIE

Po zakończeniu procesu garbowania skóry, jej powierzchnia może zostać poddana kilku procesom wykończeniowym, aby uzyskać różnorodny wygląd i dotyk. Te mechaniczne procesy mogą obejmować rozciąganie, polerowanie, szlifowanie, wytłaczanie, powlekanie itp. W zależności od końcowego przeznaczenia skóry niektóre z nich mogą wymagać bardziej precyzyjnego, kontrolowanego i powtarzalnego przetwarzania.

ZNACZENIE KONTROLI PROFILOMETRYCZNEJ DLA BADAŃ I ROZWOJU ORAZ KONTROLI JAKOŚCI

Ze względu na duże zróżnicowanie i zawodność metod kontroli wizualnej narzędzia, które są w stanie dokładnie określić ilościowo cechy w skali mikro i nano, mogą usprawnić procesy wykańczania skóry. Zrozumienie wykończenia powierzchni skóry w wymierny sposób może prowadzić do lepszego wyboru obróbki powierzchni opartej na danych w celu uzyskania optymalnych rezultatów wykończenia. NANOVEA 3D Bezkontaktowy Profilometry wykorzystują chromatyczną technologię konfokalną do pomiaru wykończonych powierzchni skórzanych i oferują najwyższą powtarzalność i dokładność na rynku. Tam, gdzie inne techniki nie zapewniają wiarygodnych danych ze względu na kontakt sondy, zmienność powierzchni, kąt, absorpcję lub współczynnik odbicia, profilemetry NANOVEA odnoszą sukces.

CEL POMIARU

W tej aplikacji, NANOVEA ST400 jest używana do pomiaru i porównania wykończenia powierzchni dwóch różnych, ale ściśle przetworzonych próbek skóry. Kilka parametrów powierzchni jest automatycznie obliczanych na podstawie profilu powierzchni.

Tutaj skupimy się na chropowatości powierzchni, głębokości wgłębienia, skoku wgłębienia i średnicy wgłębienia dla oceny porównawczej.

NANOVEA

ST400

WYNIKI: PRÓBKA 1

ISO 25178

PARAMETRY WYSOKOŚCI

INNE PARAMETRY 3D

WYNIKI: PRÓBA 2

ISO 25178

PARAMETRY WYSOKOŚCI

INNE PARAMETRY 3D

GŁĘBOKOŚĆ PORÓWNAWCZA

Rozkład głębokości dla każdej próbki.
Duża liczba głębokich wgłębień została zaobserwowana w PRÓBA 1.

NACHYLENIE PORÓWNAWCZE

Odstępy między wgłębieniami na PRÓBA 1 jest nieco mniejszy
niż PRÓBA 2ale oba mają podobny rozkład

ŚREDNIA ŚREDNICA PORÓWNAWCZA

Podobne rozkłady średniej średnicy wgłębień,
z PRÓBA 1 wykazując średnio nieco mniejsze średnie średnice.

PODSUMOWANIE

W tej aplikacji pokazaliśmy, jak profilometr NANOVEA ST400 3D może precyzyjnie scharakteryzować wykończenie powierzchni przetworzonej skóry. W tym badaniu, posiadanie możliwości pomiaru chropowatości powierzchni, głębokości wgłębienia, skoku wgłębienia i średnicy wgłębienia pozwoliło nam na ilościowe określenie różnic pomiędzy wykończeniem i jakością dwóch próbek, które mogą nie być oczywiste przy kontroli wzrokowej.

Ogólnie rzecz biorąc nie było widocznych różnic w wyglądzie skanów 3D pomiędzy PRÓBKĄ 1 a PRÓBKĄ 2. Jednak w analizie statystycznej widać wyraźną różnicę między tymi dwoma próbkami. Próbka 1 zawiera większą ilość wgłębień o mniejszych średnicach, większych głębokościach i mniejszym skoku wgłębienia do wgłębienia w porównaniu z próbką 2.

Należy pamiętać, że dostępne są dodatkowe badania. Specjalne obszary zainteresowania mogły być dalej analizowane za pomocą zintegrowanego modułu AFM lub Mikroskopu. Prędkość profilometru NANOVEA 3D wynosi od 20 mm/s do 1 m/s i jest przeznaczona dla laboratoriów lub badań naukowych, aby sprostać potrzebom szybkiej kontroli; może być zbudowana z niestandardowymi rozmiarami, prędkościami, możliwościami skanowania, zgodnością z klasą 1 pomieszczeń czystych, przenośnikiem indeksującym lub do integracji w linii lub online.

Masz podobną aplikację?

Topografia powierzchni organicznych z wykorzystaniem przenośnego profilometru 3D

TOPOGRAFIA POWIERZCHNI ORGANICZNEJ

STOSOWANIE PRZENOŚNEGO PROFILOMETRU 3D

Przygotowane przez

CRAIG LEISING

WPROWADZENIE

Natura stała się ważnym źródłem inspiracji dla rozwoju ulepszonej struktury powierzchni. Zrozumienie struktur powierzchni występujących w przyrodzie doprowadziło do badań adhezji opartych na stopach gekonów, badań odporności opartych na zmianach tekstury ogórków morskich oraz badań repelentów opartych na liściach, wśród wielu innych. Powierzchnie te mają wiele potencjalnych zastosowań, od biomedycznych po odzieżowe i motoryzacyjne. Aby którykolwiek z tych przełomowych odkryć w dziedzinie powierzchni odniósł sukces, należy opracować techniki wytwarzania, które pozwolą naśladować i odtwarzać właściwości powierzchni. To właśnie ten proces będzie wymagał identyfikacji i kontroli.

ZNACZENIE PRZENOŚNEGO BEZDOTYKOWEGO PROFILERA OPTYCZNEGO 3D DLA POWIERZCHNI ORGANICZNYCH

Wykorzystując technologię światła chromatycznego, przenośny NANOVEA Jr25 Profiler optyczny ma doskonałe możliwości pomiaru prawie każdego materiału. Obejmuje to unikalne i strome kąty, powierzchnie odblaskowe i pochłaniające występujące w szerokim zakresie cech powierzchni natury. Bezdotykowe pomiary 3D zapewniają pełny obraz 3D, co pozwala na pełniejsze zrozumienie cech powierzchni. Bez możliwości analizy 3D identyfikacja powierzchni natury opierałaby się wyłącznie na informacjach 2D lub obrazach mikroskopowych, które nie dostarczają informacji wystarczających do prawidłowego odwzorowania badanej powierzchni. Zrozumienie pełnego zakresu właściwości powierzchni, w tym tekstury, formy, wymiarów i wielu innych, będzie miało kluczowe znaczenie dla pomyślnej produkcji.

Możliwość łatwego uzyskania w terenie wyników o jakości laboratoryjnej otwiera drzwi do nowych możliwości badawczych.

CEL POMIARU

W tej aplikacji NANOVEA Jr25 służy do pomiaru powierzchni liścia. Istnieje niekończąca się lista parametrów powierzchni, które mogą być automatycznie obliczone po skanowaniu powierzchni 3D.

Tutaj dokonamy przeglądu powierzchni 3D i wybierzemy
obszary zainteresowania do dalszej analizy, w tym
ilościowe określenie i zbadanie chropowatości powierzchni, kanałów i topografii

NANOVEA

JR25

WARUNKI BADANIA

GŁĘBOKOŚĆ RUNA

Średnia gęstość bruzd: 16,471 cm/cm2
Średnia głębokość bruzd: 97,428 μm
Maksymalna głębokość: 359,769 μm

PODSUMOWANIE

W tej aplikacji pokazaliśmy, jak NANOVEA Jr25 przenośny 3D Non-Contact Optical Profiler może precyzyjnie scharakteryzować zarówno topografię jak i szczegóły w skali nanometrowej powierzchni liścia w terenie. Na podstawie tych pomiarów powierzchni 3D można szybko zidentyfikować obszary zainteresowania, a następnie przeanalizować je za pomocą listy nieskończonych badań (Wymiar, Chropowatość Tekstura wykończenia, Kształt Topografia, Płaskość Wypaczenie Planarność, Objętość Powierzchnia, Wysokość kroku i inne). Przekrój 2D może być łatwo wybrany do analizy dalszych szczegółów. Dzięki tym informacjom powierzchnie organiczne mogą być szeroko badane przy użyciu kompletnego zestawu środków do pomiaru powierzchni. Specjalne obszary zainteresowania mogły być dalej analizowane przy użyciu zintegrowanego modułu AFM na modelach stołowych.

NANOVEA oferuje również przenośne szybkie profilometry do badań terenowych oraz szeroki zakres systemów laboratoryjnych, a także świadczy usługi laboratoryjne.

Masz podobną aplikację?

Strona 1 z 312 3

Produkty

Profilometry

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

Systemy podciśnieniowe

Tribometry

T50 - Free Weight Benchtop

T200 - Pneumatic Compact

T2000 - Pneumatic High Load

T2000 MAX - High Torque Friction Tester

CR-8R - Ball Cratering Coating Thickness

Systemy podciśnieniowe

Usługi laboratoryjne

Analiza profilometrii bezkontaktowej

Próba wgniecenia i zarysowania

Badanie tarcia i zużycia

Topologia powierzchni i analiza chemiczna

Rozwiązania w zakresie badań

Profilometria

Szorstkość i wykończenie

Geometria i kształt

Płaskość i wypaczenia

Objętość i powierzchnia

Wysokość i grubość stopnia

Tekstura i ziarno

Badania mechaniczne

Wgłębianie | Twardość i sprężystość

Wgłębianie | Stress vs Strain

Wcięcie | Pełzanie i odprężenie

Wgniecenie | Utrata i przechowywanie

Wytrzymałość na wgniatanie | Wytrzymałość na złamanie

Wgniecenie | Granica plastyczności i zmęczenie

Wysoka temperatura

Wilgotność

Próżnia

Zarysowanie | Awaria kleju

Zarysowanie | Uszkodzenie spoiwa

Scratch | Scratch Hardness

Zarysowania | Zużycie wieloprzebiegowe

Tarcie | Współczynnik tarcia

Niska temperatura

Płyn

Badania tribologiczne

Linear

Rotacyjne

Blok na pierścieniu

Pierścień na pierścieniu

Test na zarysowania

Test tarcia hamulców

Wysoka temperatura

Niska temperatura

Korozja

Płyn

Wilgotność i gazy obojętne

Próżnia

Aplikacje

Przez przemysł

Bio & Biotechnologia

Materiały budowlane

Produkty konsumenckie

Urządzenia medyczne

Produkcja i obróbka metali

Ropa naftowa i kopalnie

Optyka

Farby i powłoki

Farmaceutyczny

Półprzewodniki i elektronika

Tekstylia, skóra i papier

Oprzyrządowanie i maszyny

Transport naziemny

Kosmos i lotnictwo

Wojsko i obrona