Profilometria | Notas de aplicação de rugosidade e acabamento - NANOVEA: Advanced Profilometers, Tribometers, Nanoindenters, and Scratch Testers for Materials Testing

Pacing Lead Insulation Wear Testing in Hanks’ Solution

Andrew Shore — Wed, 17 Jun 2026 17:55:24 +0000

Application Note | Medical Device Tribology

Nano-Friction and Wear Testing of Pacing Lead Insulation in Hanks’ Solution

Tribological analysis of silicone and polyether-polyurethane endocardial lead materials

Research & Experimental Testing

Duanjie Li, PhD

Visual Design & Editorial

Andrew Shore

Introdução

A pacemaker is a medical device used to regulate heart rhythm and maintain an adequate heart rate. It is typically implanted in the chest or abdomen and sends electrical impulses to the heart muscle through endocardial pacing leads.

As pacemakers remain a widely used treatment for cardiac rhythm disorders, the quality and service life of pacing leads are critical to long-term device performance. Lead failures can create serious risks for patients and may require surgical replacement, making pacing lead insulation wear testing an important part of material evaluation for implantable cardiac devices.^1–5

Endocardial pacing leads transmit electrical impulses from a pacemaker to the heart while operating in a dynamic body-fluid environment.

Why Friction and Wear Matter for Endocardial Lead Insulation

The outer insulation material of an endocardial lead requires several key properties, including biological inertness, high flexibility, fracture toughness, and long service life. Low friction can reduce interaction between the lead and the blood vessel, helping minimize vessel irritation during implantation and movement.

Wear resistance is also critical. Endocardial leads experience continuous movement from the heart and surrounding body structures, while operating in a body-fluid environment that can influence friction, wear, and material response.

Because of this complex environment, endocardial lead insulation should be evaluated using controlled tribological methods that simulate relevant contact conditions. Testing in Hanks’ solution allows the friction and wear behavior of lead insulation materials to be compared under a simulated body-fluid condition rather than relying only on dry testing.

Nano-friction test setup used to evaluate endocardial pacing lead insulation materials under low-load contact conditions.

Objetivo da medição

This study compares the nano-friction and wear behavior of endocardial pacing lead insulation materials in Hanks’ solution. Silicone and polyether-polyurethane lead materials were evaluated to determine how each material responds under simulated body-fluid conditions.

Low-load nano-friction testing was performed using the Nano Module of the Testador Mecânico NANOVEA to measure coefficient of friction at controlled contact force. Reciprocating wear testing was then performed using a NANOVEA Tribometer to compare wear resistance under linear sliding contact.

NANOVEA T50 Compacto
Tribômetro de peso livre

NANOVEA PB1000 Plataforma Grande Testador Mecânico

Measurement Principle

Nano-Friction Measurement Principle

Nano-friction testing measures the coefficient of friction (COF) between the test surface and a controlled counter material under very low applied load. In this study, the indenter made contact with the pacing lead insulation surface while the Nano Module maintained a constant load throughout the measurement.

The Nano Module uses a fast piezoelectric system and load cell to adjust the ball position and keep the applied load stable during sliding. The sample is moved at a controlled speed while lateral force is measured and plotted against displacement.

A stainless steel ball with a 6 mm diameter is commonly used for this type of measurement, although other counter materials, shapes, and sizes can be selected to simulate different contact conditions. This allows pacing lead insulation materials to be evaluated under controlled low-load friction conditions relevant to biomedical device applications.

Nano-friction measurement schematic showing controlled low-load sliding contact and lateral force measurement during reciprocating motion.

Reciprocating Wear Principle

Reciprocating wear testing evaluates material response under repeated linear sliding contact. A flat or spherical counter material is loaded against the test sample with a precisely known force, while the sample moves back and forth in a controlled reciprocating motion.

The counter material, such as a pin or ball, is mounted on a stiff lever that functions as a low-friction force transducer. As the sample moves, frictional forces between the counter material and the sample are measured using a strain gauge sensor on the tribometer arm.

After the test, the resulting wear track can be examined to compare material damage, wear scar geometry, and surface response. This method allows friction and wear behavior to be studied under controlled conditions, including variations in time, contact pressure, sliding speed, temperature, humidity, and lubrication environment.

Linear reciprocating wear schematic showing a pin or ball counterface sliding across the sample to generate a wear track under controlled load.

Procedimento de teste

The coefficient of friction (COF) of the pacing lead materials was measured against a stainless steel 440 ball with a 6 mm diameter. Testing was performed using the Nano Module of the Nanovea Mechanical Tester.

The sample was immersed in Hanks’ solution to simulate a body-fluid environment. A low applied load of 50 mN was maintained throughout the test, while the ball slid against the lead surface at a constant speed of 20 mm/min over a total sliding distance of 10 mm.

Wear resistance was evaluated using a Nanovea Tribometer with the Linear Reciprocating Wear Module. During the wear test, a stainless steel 303 block measuring 10 × 10 mm² was used as the counter material, and the coefficient of friction was recorded in situ at 0.1 s intervals.

After testing, the resulting wear tracks were examined under an optical microscope to compare surface damage on the silicone and polyether-polyurethane lead materials. Stainless steel was used as the counter material in this study; however, custom fixtures and alternative counter materials can be used to simulate specific application conditions.

Parameter	Value
Sample	Leads made of silicone or polyether-polyurethane (PP)
Normal force	1 N
Velocidade	200 cycles/min
Duration of test	5 h
Meio Ambiente	Hanks’ solution

Wear test parameters used to evaluate silicone and polyether-polyurethane pacing lead materials in Hanks’ solution.

Resultados e Discussão

Nano-Friction Test

The nano-friction behavior of the silicone and polyether-polyurethane (PP) pacing lead materials was first evaluated using the Nano Module of the Nanovea Mechanical Tester. The coefficient of friction was measured in both dry conditions and Hanks’ solution to compare material response under ambient and simulated body-fluid environments.

Both materials showed significantly lower coefficient of friction in Hanks’ solution than under dry conditions. In Hanks’ solution, the silicone lead exhibited a COF of approximately 0.15, while the polyether-polyurethane lead exhibited a lower COF of approximately 0.05. Under dry conditions, the values were substantially higher, at approximately 0.6 for silicone and 0.5 for polyether-polyurethane.

These results demonstrate the importance of testing pacing lead insulation materials under application-relevant environmental conditions. Hanks’ solution had a strong effect on the measured friction behavior, showing that dry testing alone may not represent the tribological response of lead insulation materials in a simulated body-fluid environment.

The low-load control of the Nano Module allowed the applied force to remain constant at 50 mN during the measurement. This enabled controlled simulation of low-contact-force interaction between the lead material and surrounding biological structures.

Coefficient of friction comparison for silicone and polyether-polyurethane pacing lead materials in dry conditions and Hanks’ solution.

Wear Test

Wear resistance was evaluated using a Nanovea Tribometer to compare the silicone and polyether-polyurethane pacing lead materials in Hanks’ solution. After testing, the lead surfaces were examined visually and under optical microscopy to compare the extent of wear damage.

The silicone lead showed a large wear scar with a width of approximately 1.2 mm. Microscopic observation indicated severe wear on the silicone lead, with parallel deep grooves formed along the movement direction of the rubbing block.

In comparison, the polyether-polyurethane lead showed a narrower wear scar of approximately 0.6 mm. The observed wear was milder, with only several small scratches visible on the shallow surface.

Wear of the lead outer insulation can contribute to pacing and sensing abnormalities, making wear resistance an important factor in endocardial lead material selection.⁶ These results indicate that polyether-polyurethane provided lower friction and better wear resistance than silicone under the tested conditions.

Before-and-after wear comparison of silicone and polyether-polyurethane pacing lead surfaces, including 400x microscope images showing more severe wear on silicone and milder wear on polyether-polyurethane.

Silicone pacing lead surface before reciprocating wear testing.

Polyether-polyurethane pacing lead surface before reciprocating wear testing.

Silicone pacing lead surface after wear testing, showing a pronounced wear scar.

Polyether-polyurethane pacing lead surface after reciprocating wear testing.

400x microscope image of the silicone pacing lead after wear testing, showing deep parallel wear grooves.

400x microscope image of the polyether-polyurethane pacing lead after wear testing, showing comparatively mild surface wear.

Conclusão

This study demonstrated the use of low-load nano-friction testing and reciprocating wear testing to evaluate endocardial pacing lead insulation materials in Hanks’ solution. The Nano Module of the NANOVEA Mechanical Tester measured coefficient of friction under controlled low-load contact, while the NANOVEA Tribometer simulated wear behavior under reciprocating sliding motion.

Testing in Hanks’ solution showed a clear difference between silicone and polyether-polyurethane lead materials. Polyether-polyurethane exhibited lower coefficient of friction and better wear resistance than silicone under the tested conditions, making it the stronger candidate for the outer insulation material of endocardial pacing leads in this study.

These results highlight the importance of evaluating biomedical materials under application-relevant environments rather than relying only on dry testing. Controlled nano-friction and tribology testing can help compare candidate materials, quantify friction response, and evaluate wear resistance for implantable medical device components.

The NANOVEA Mechanical Tester’s Nano, Micro, and Macro modules operate within a single ISO and ASTM compliant platform, enabling consistent evaluation of hardness, elastic modulus, fracture toughness, and wear from a single system. The NANOVEA Tribometer similarly supports rotative and linear wear modes with optional high-temperature, corrosion, and liquid environment modules.

Referências

[1] Magney JE, Flynn DM, Parsons JA, Staplin DH, Chin-Purcell MV, Milstein S, Hunter DW. Pacing Clin Electrophysiol. 1993; 16:445–457.
[2] Jacobs DM, Fink AS, Miller RP, Anderson WR, McVenes RD, Lessar JF, Cobian KE, et al. Pacing Clin Electrophysiol. 1993; 16:434–444.
[3] Gupta K, Villareal RP, Rasekh A, Massumi A. Tex Heart Inst J. 2003; 30:84–85.
[4] Magney JE, Parsons JA, Flynn DM, Hunter DW. Pacing Clin Electrophysiol. 1995; 18:1509–1517.
[5] Kazama S, Nishiyama K, Machii M, Tanaka K, Amano T, Nomura T, Ohuchi M, et al. Jpn Heart J. 1993; 34:193–200.
[6] Andrzej K, Barbara M, Agnieszka K, Marcin G. Pacing Clin Electrophysiol. 2013; 36(12):1503–1511.

Frequently Asked Questions About Pacing Lead Insulation Wear Testing

How do you evaluate friction and wear behavior of pacing lead insulation?

Pacing lead insulation can be evaluated using low-load friction testing and reciprocating wear testing. These methods measure coefficient of friction, wear scar formation, and surface damage under controlled load, motion, and environmental conditions.

Why is low-load friction testing important for endocardial leads?

Endocardial leads operate under relatively low contact forces while interacting with blood vessels, tissue, and surrounding structures. Low-load friction testing helps evaluate how insulation materials behave under contact conditions that are closer to the application than high-force mechanical testing alone.

What does coefficient of friction indicate in pacing lead material testing?

Coefficient of friction indicates how much resistance occurs during sliding contact between the lead insulation and a counter material. In this study, lower COF values in Hanks’ solution showed that the test environment had a strong effect on the measured friction behavior of silicone and polyether-polyurethane materials.

Why compare silicone and polyether-polyurethane lead insulation materials?

Silicone and polyether-polyurethane are commonly considered for flexible biomedical insulation applications because they can provide different combinations of flexibility, durability, and surface response. Comparing them under the same test conditions helps identify which material provides lower friction and better wear resistance for the intended application.

Which NANOVEA instruments are used for low-load friction and wear testing?

Low-load coefficient of friction can be measured using the Nano Module of a NANOVEA Mechanical Tester, while reciprocating wear behavior can be evaluated using a NANOVEA Tribometer. Together, these systems allow controlled evaluation of friction, wear, and material response for biomedical components.

How is reciprocating wear testing used for pacing lead materials?

Reciprocating wear testing repeatedly slides a counter material across the sample surface under controlled load to create and evaluate a wear track. For pacing lead insulation materials, this allows comparison of wear scar width, surface damage, and material durability under simulated sliding contact.

Need Reliable Medical Device Friction and Wear Testing?

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Climbing Hold Surface Roughness Analysis

Andrew Shore — Thu, 28 May 2026 20:27:37 +0000

Application Note | 3D Optical Profilometry

Climbing Hold Surface Roughness Analysis Using 3D Optical Profilometry

Measuring Texture, Porosity, and Topography on Bouldering Holds

Research & Experimental Testing

Walter Alabiso, PhD

Visual Design & Editorial

Andrew Shore

Introdução

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

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

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

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

Why Use Non-Contact Profilometry for Climbing Hold Surface Analysis

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

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

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

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

Objetivo da medição

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

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

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

Measurement Method

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

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

NANOVEA JR25 Portable

Perfilômetro Óptico

Parâmetros de teste

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

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

Optical Profilometry Results

Yellow Grip Sample

Surface Roughness Analysis

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

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

ISO 25178-2 – Primary Surface
S-filter (λs): Gaussian, 2.5 µm, 1/2 cut-off
F-operation: [Workflow] Leveled (TLSPL)
Height Parameters
Sq	168.970	µm	Altura da raiz quadrada média
Ssk	-0.927		Skewness
SKU	4.117		Curtose
Sp	320.530	µm	Altura máxima do pico
Sv	868.116	µm	Maximum pit depth
Sz	1188.645	µm	Altura máxima
Sa	132.953	µm	Altura média aritmética

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

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

Pore Morphology Analysis

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

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

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

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

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

Functional Surface Parameters (Abbott-Firestone curve)

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

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

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

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

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

Blue Grip Sample

Surface Roughness Analysis

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

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

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

ISO 25178-2 – Primary Surface
S-filter (λs): Gaussian, 2.5 µm, 1/2 cut-off
F-operation: [Workflow] Leveled (TLSPL)
Height Parameters
Sq	211.440	µm	Altura da raiz quadrada média
Ssk	-0.682		Skewness
SKU	3.672		Curtose
Sp	522.404	µm	Altura máxima do pico
Sv	720.164	µm	Maximum pit depth
Sz	1242.568	µm	Altura máxima
Sa	166.719	µm	Altura média aritmética

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

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

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

Pore Morphology Analysis

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

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

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

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

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

Functional Surface Parameters (Abbott-Firestone curve)

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

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

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

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

Conclusão

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

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

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

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

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

Frequently Asked Questions About Climbing Hold Surface Roughness

What is climbing hold surface roughness?

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

How can climbing hold surface roughness be measured?

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

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

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

What does Sa mean in surface roughness analysis?

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

What does Sz mean in optical profilometry results?

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

Why is pore morphology important for climbing grips?

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

Need Reliable Surface Roughness Analysis?

The post Climbing Hold Surface Roughness Analysis appeared first on NANOVEA: Advanced Profilometers, Tribometers, Nanoindenters, and Scratch Testers for Materials Testing.

Stent Coating Adhesion and Delamination Analysis Using Nano Scratch Testing

Andrew Shore — Wed, 25 Mar 2026 20:57:16 +0000

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

Introdução

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

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Measurement Method

Nano scratch testing is performed using the Testador Mecânico 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

Testador Mecânico

Condições de teste

1. Regular Stent Samples

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

Parameter	Value
Load type	Progressivo
Initial load	0.05 mN
Final load	300 and 100 mN
Sliding speed	0.5 mm/min
Sliding distance	0.5 mm
Indenter geometry	Cônico
Indenter material (tip)	Diamante
Raio da ponta do indentador	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	Progressivo
Initial load	0.1 mN
Final load	300 mN
Taxa de carregamento	300 mN/min
Scratch length	0.25 mm
Scratch speed	0.25 mm/min
Indenter geometry	40° cone
Indenter material (tip)	Diamante
Raio da ponta do indentador	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.

Resultados e Discussão

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.

Conclusão

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.

Referências

[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?

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Dental Surface Roughness Measurement & 3D Tooth Topography

Andrew Shore — Thu, 05 Mar 2026 21:02:01 +0000

Application Note | Dental Surface Characterization

Dental Surface Roughness Measurement and Full 3D Tooth Topography

Surface Roughness Analysis Using Non-Contact Optical Profilometry

Preparado por

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

Introdução

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 Saiba mais sobre non-contact optical profilometry and surface roughness measurement services.

Measurement Method

Nesta aplicação, o 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
Perfilômetro Óptico

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.

Parâmetros de medição

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

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

Optical Profilometry Results

Yellow Grip Sample

Surface Roughness Analysis

The image below shows a full 3D rendering of the yellow block’s surface.

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	Altura da raiz quadrada média
Ssk	-0.102		Skewness
SKU	3.715		Curtose
Sp	18.861	µm	Altura máxima do pico
Sv	16.553	µm	Maximum pit depth
Sz	35.414	µm	Altura máxima
Sa	1.888	µm	Altura média aritmética

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: Nenhum
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: Nenhum

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: Nenhum
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: Nenhum

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

Conclusão

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.

Referências

[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?

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Análise de Superfície com Shot Peened

nanovea — Quarta, 16 de agosto de 2023 14:19:21 +0000

ANÁLISE DE SUPERFÍCIE SHOT PEENED

USANDO PROFILÔMETRO 3D SEM CONTATO

Preparado por

CRAIG LEISING

INTRODUÇÃO

O shot peening é um processo no qual um substrato é bombardeado com esferas esféricas de metal, vidro ou cerâmica - comumente chamadas de "shot" - com uma força destinada a induzir plasticidade na superfície. Analisar as características antes e depois do peening fornece informações cruciais para melhorar a compreensão e o controle do processo. A rugosidade da superfície e a área de cobertura das ondulações deixadas pelo disparo são aspectos de interesse especialmente notáveis.

Importância do perfilômetro 3D sem contato para análise de superfície com shot peened

Ao contrário dos perfilômetros de contato tradicionais, que têm sido tradicionalmente usados para análise de superfícies shotpeened, a medição 3D sem contato fornece uma imagem 3D completa para oferecer uma compreensão mais abrangente da área de cobertura e da topografia da superfície. Sem capacidades 3D, uma inspeção dependerá apenas de informações 2D, que são insuficientes para caracterizar uma superfície. Compreender a topografia, a área de cobertura e a rugosidade em 3D é a melhor abordagem para controlar ou melhorar o processo de peening. NANOVEA Perfilômetros 3D sem contato utilizam a tecnologia Chromatic Light com uma capacidade única de medir ângulos acentuados encontrados em superfícies usinadas e marteladas. Além disso, quando outras técnicas falham em fornecer dados confiáveis devido ao contato da sonda, variação da superfície, ângulo ou refletividade, os perfilômetros NANOVEA são bem-sucedidos.

OBJETIVO DA MEDIÇÃO

Nesta aplicação, o perfilômetro sem contato NANOVEA ST400 é usado para medir a matéria-prima e duas superfícies perfuradas de forma diferente para uma análise comparativa. Existe uma lista interminável de parâmetros de superfície que podem ser calculados automaticamente após a digitalização da superfície 3D. Aqui, revisaremos a superfície 3D e selecionaremos as áreas de interesse para análise posterior, incluindo a quantificação e investigação da rugosidade, reentrâncias e área da superfície.

NANOVEA Padrão ST400
Profilômetro óptico 3D

A AMOSTRA

RESULTADOS

SUPERFÍCIE DE AÇO

ISO 25178 PARÂMETROS DE RUGOSIDADE 3D

SA	0,399 μm	Rugosidade Média
Sq	0,516 μm	Rugosidade RMS
Sz	5,686 μm	Pico a Vale Máximo
Sp	2,976 μm	Altura máxima de pico
Sv	2,711 μm	Profundidade Máxima do Poço
SKU	3.9344	Curtose
Ssk	-0.0113	Skewness
Sal	0,0028 mm	Comprimento da autocorrelação
Str	0.0613	Taxa de Aspecto da Textura
Sdar	26,539 mm²	Área de Superfície
Svk	0,589 μm	Profundidade Reduzida do Vale

RESULTADOS

SUPERFÍCIE PEENADA 1

COBERTURA DE SUPERFÍCIE 98.105%

ISO 25178 PARÂMETROS DE RUGOSIDADE 3D

Sa	4,102 μm	Rugosidade Média
Sq	5,153 μm	Rugosidade RMS
Sz	44,975 μm	Pico a Vale Máximo
Sp	24,332 μm	Altura máxima de pico
Sv	20,644 μm	Profundidade Máxima do Poço
SKU	3.0187	Curtose
Ssk	0.0625	Skewness
Sal	0,0976 milímetros	Comprimento da autocorrelação
Str	0.9278	Taxa de Aspecto da Textura
Sdar	29,451 mm²	Área de Superfície
Svk	5,008 μm	Profundidade Reduzida do Vale

RESULTADOS

SUPERFÍCIE PEENADA 2

COBERTURA DE SUPERFÍCIE 97.366%

ISO 25178 PARÂMETROS DE RUGOSIDADE 3D

Sa	4,330 μm	Rugosidade Média
Sq	5,455 μm	Rugosidade RMS
Sz	54,013 μm	Pico a Vale Máximo
Sp	25,908 μm	Altura máxima de pico
Sv	28,105 μm	Profundidade Máxima do Poço
SKU	3.0642	Curtose
Ssk	0.1108	Skewness
Sal	0,1034 mm	Comprimento da autocorrelação
Str	0.9733	Taxa de Aspecto da Textura
Sdar	29,623 mm²	Área de Superfície
Svk	5,167 μm	Profundidade Reduzida do Vale

CONCLUSÃO

Neste aplicativo de análise de superfície perfurada, demonstramos como o NANOVEA ST400 3D Non-Contact Profiler caracteriza com precisão a topografia e os detalhes nanométricos de uma superfície perfurada. É evidente que tanto a Superfície 1 quanto a Superfície 2 têm um impacto significativo em todos os parâmetros aqui relatados quando comparados à matéria-prima. Um simples exame visual das imagens revela as diferenças entre as superfícies. Isso é confirmado observando a área de cobertura e os parâmetros listados. Em comparação com a Superfície 2, a Superfície 1 apresenta uma rugosidade média menor (Sa), mossas mais rasas (Sv) e área superficial reduzida (Sdar), mas uma área de cobertura ligeiramente maior.

A partir dessas medições de superfície 3D, as áreas de interesse podem ser prontamente identificadas e submetidas a uma ampla gama de medições, incluindo rugosidade, acabamento, textura, forma, topografia, nivelamento, empenamento, planaridade, volume, altura do degrau e outros. Uma seção transversal 2D pode ser rapidamente escolhida para uma análise detalhada. Esta informação permite uma investigação abrangente de superfícies marteladas, utilizando uma gama completa de recursos de medição de superfície. Áreas específicas de interesse podem ser examinadas com um módulo AFM integrado. Os perfilômetros 3D NANOVEA oferecem velocidades de até 200 mm/s. Eles podem ser personalizados em termos de tamanho, velocidade, recursos de digitalização e podem até mesmo atender aos padrões de Sala Limpa Classe 1. Opções como Indexing Conveyor e integração para uso Inline ou Online também estão disponíveis.

Um agradecimento especial ao Sr. Hayden, da IMF, por fornecer a amostra mostrada nesta nota. Industrial Metal Finishing Inc. | indmetfin.com

Tem um aplicativo semelhante?

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Morfologia da superfície da tinta

nanovea — Sex, 04 de agosto de 2023 16:44:00 +0000

MORFOLOGIA DA SUPERFÍCIE DA PINTURA

MONITORAMENTO AUTOMATIZADO DA EVOLUÇÃO EM TEMPO REAL
USANDO O PERFILÔMETRO NANOVEA 3D

Preparado por

DUANJIE LI, PhD

INTRODUÇÃO

As propriedades protetoras e decorativas da tinta desempenham um papel significativo em uma variedade de indústrias, incluindo automotiva, naval, militar e de construção. Para obter as propriedades desejadas, como resistência à corrosão, proteção UV e resistência à abrasão, as fórmulas e arquiteturas de tintas são cuidadosamente analisadas, modificadas e otimizadas.

IMPORTÂNCIA DO PERFILÔMETRO 3D SEM CONTATO PARA ANÁLISE DE MORFOLOGIA DE SUPERFÍCIE DE TINTA DE SECAGEM

A tinta geralmente é aplicada na forma líquida e passa por um processo de secagem, que envolve a evaporação de solventes e a transformação da tinta líquida em um filme sólido. Durante o processo de secagem, a superfície pintada muda progressivamente de forma e textura. Diferentes acabamentos de superfície e texturas podem ser desenvolvidos usando aditivos para modificar a tensão superficial e as propriedades de fluxo da tinta. No entanto, em casos de receita de tinta mal formulada ou tratamento de superfície inadequado, podem ocorrer falhas indesejadas na superfície da tinta.

O monitoramento in situ preciso da morfologia da superfície da tinta durante o período de secagem pode fornecer informações diretas sobre o mecanismo de secagem. Além disso, a evolução em tempo real das morfologias da superfície é uma informação muito útil em diversas aplicações, como a impressão 3D. A NANOVEA Perfilômetros 3D sem contato medir a morfologia da superfície da tinta dos materiais sem tocar na amostra, evitando qualquer alteração de forma que possa ser causada por tecnologias de contato, como uma caneta deslizante.

OBJETIVO DA MEDIÇÃO

Nesta aplicação, o perfilômetro sem contato NANOVEA ST500, equipado com um sensor óptico de linha de alta velocidade, é usado para monitorar a morfologia da superfície da tinta durante seu período de secagem de 1 hora. Mostramos a capacidade do perfilômetro sem contato NANOVEA em fornecer medição de perfil 3D automatizada em tempo real de materiais com mudança de forma contínua.

NANOVEA ST500 Área Grande
Profilômetro óptico 3D

RESULTADOS & DISCUSSÃO

A tinta foi aplicada na superfície de uma folha de metal, seguida imediatamente por medições automatizadas da evolução da morfologia da tinta de secagem in situ usando o NANOVEA ST500 Non-Contact Profilometer equipado com um sensor de linha de alta velocidade. Uma macro foi programada para medir e registrar automaticamente a morfologia da superfície 3D em intervalos de tempo específicos: 0, 5, 10, 20, 30, 40, 50 e 60 min. Este procedimento de verificação automatizado permite que os usuários executem tarefas de verificação automaticamente, executando procedimentos definidos em sequência, reduzindo significativamente o esforço, o tempo e os possíveis erros do usuário em comparação com o teste manual ou verificações repetidas. Essa automação prova ser extremamente útil para medições de longo prazo envolvendo várias varreduras em diferentes intervalos de tempo.

O sensor de linha óptica gera uma linha brilhante composta por 192 pontos, conforme mostrado na FIGURA 1. Esses 192 pontos de luz varrem a superfície da amostra simultaneamente, aumentando significativamente a velocidade de varredura. Isso garante que cada escaneamento 3D seja concluído rapidamente para evitar mudanças substanciais na superfície durante cada escaneamento individual.

FIGURA 1: Sensor óptico de linha escaneando a superfície da tinta que está secando.

A visualização em cores falsas, a visualização 3D e o perfil 2D da topografia da tinta de secagem em tempos representativos são mostrados na FIGURA 2, FIGURA 3 e FIGURA 4, respectivamente. A cor falsa nas imagens facilita a detecção de características que não são facilmente discerníveis. Diferentes cores representam variações de altura em diferentes áreas da superfície da amostra. A visualização 3D fornece uma ferramenta ideal para os usuários observarem a superfície pintada de diferentes ângulos. Durante os primeiros 30 minutos do teste, as cores falsas na superfície da tinta mudam gradualmente de tons mais quentes para tons mais frios, indicando uma diminuição progressiva da altura ao longo do tempo neste período. Esse processo fica mais lento, como mostra a leve mudança de cor ao comparar a tinta em 30 e 60 minutos.

Os valores médios da altura da amostra e da rugosidade Sa em função do tempo de secagem da tinta estão representados na FIGURA 5. A análise completa da rugosidade da tinta após 0, 30 e 60 minutos de secagem está listada na TABELA 1. Pode-se observar que a altura média da superfície da tinta diminui rapidamente de 471 para 329 µm nos primeiros 30 minutos de tempo de secagem. A textura da superfície se desenvolve ao mesmo tempo que o solvente vaporiza, levando a um aumento do valor de rugosidade Sa de 7,19 para 22,6 µm. O processo de secagem da tinta desacelera a partir daí, resultando em uma diminuição gradual da altura da amostra e do valor de Sa para 317 µm e 19,6 µm, respectivamente, em 60 min.

Este estudo destaca os recursos do perfilômetro sem contato 3D NANOVEA no monitoramento das alterações da superfície 3D da tinta que está secando em tempo real, fornecendo informações valiosas sobre o processo de secagem da tinta. Ao medir a morfologia da superfície sem tocar na amostra, o perfilômetro evita a introdução de alterações de forma na tinta não seca, o que pode ocorrer com tecnologias de contato como a caneta deslizante. Essa abordagem sem contato garante uma análise precisa e confiável da morfologia da superfície da tinta de secagem.

FIGURA 2: Evolução da morfologia da superfície da tinta de secagem em diferentes tempos.

FIGURA 3: Visualização 3D da evolução da superfície da tinta em diferentes tempos de secagem.

FIGURA 4: Perfil 2D na amostra de tinta após diferentes tempos de secagem.

FIGURA 5: Evolução da altura média da amostra e valor de rugosidade Sa em função do tempo de secagem da tinta.

ISO 25178 - Parâmetros de textura de superfície

Tempo de secagem (min)	0	5	10	20	30	40	50	60
quadrados (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: Rugosidade da pintura em diferentes tempos de secagem.

CONCLUSÃO

Nesta aplicação, mostramos os recursos do perfilômetro sem contato 3D NANOVEA ST500 no monitoramento da evolução da morfologia da superfície da tinta durante o processo de secagem. O sensor óptico de linha de alta velocidade, gerando uma linha com 192 pontos de luz que examinam a superfície da amostra simultaneamente, tornou o estudo eficiente em termos de tempo, garantindo uma precisão incomparável.

A função macro do software de aquisição permite a programação de medições automatizadas da morfologia da superfície 3D in situ, tornando-o particularmente útil para medições de longo prazo envolvendo várias varreduras em intervalos de tempo específicos. Reduz significativamente o tempo, o esforço e o potencial de erros do usuário. As mudanças progressivas na morfologia da superfície são continuamente monitoradas e registradas em tempo real à medida que a tinta seca, fornecendo informações valiosas sobre o mecanismo de secagem da tinta.

Os dados mostrados aqui representam apenas uma fração dos cálculos disponíveis no software de análise. Os perfilômetros NANOVEA são capazes de medir praticamente qualquer superfície, seja ela transparente, escura, refletiva ou opaca.

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Inspeção de mapeamento de rugosidade usando perfilometria 3D

nanovea — Seg, 01 de maio de 2023 18:42:24 +0000

INSPEÇÃO DE MAPEAMENTO DE RUGOSIDADE

USANDO A PROFILOMETRIA 3D

Preparado por

DUANJIE, PhD

INTRODUÇÃO

A rugosidade e a textura da superfície são fatores críticos que afetam a qualidade final e o desempenho de um produto. Uma compreensão completa da rugosidade, da textura e da consistência da superfície é essencial para selecionar as melhores medidas de processamento e controle. A inspeção em linha rápida, quantificável e confiável das superfícies dos produtos é necessária para identificar os produtos defeituosos a tempo e otimizar as condições da linha de produção.

IMPORTÂNCIA DO PROFILÔMETRO 3D SEM CONTATO PARA A INSPEÇÃO DE SUPERFÍCIE EM LINHA

Defeitos superficiais em produtos resultam do processamento de materiais e da fabricação do produto. A inspeção de qualidade de superfície em linha garante o mais rigoroso controle de qualidade dos produtos finais. NANOVEA Perfiladores ópticos 3D sem contato utilizam a tecnologia Chromatic Light com capacidade exclusiva para determinar a rugosidade de uma amostra sem contato. O sensor de linha permite a digitalização do perfil 3D de uma grande superfície em alta velocidade. O limite de rugosidade, calculado em tempo real pelo software de análise, serve como uma ferramenta de aprovação/reprovação rápida e confiável.

OBJETIVO DA MEDIÇÃO

Neste estudo, o NANOVEA ST400 equipado com um sensor de alta velocidade é usado para inspecionar a superfície de uma amostra de teflon com defeito para mostrar a capacidade do NANOVEA

Proﬁlômetros sem contato para fornecer inspeção de superfície rápida e confiável em uma linha de produção.

NANOVEA

ST400

RESULTADOS & DISCUSSÃO

Análise de superfície 3D do Amostra padrão de rugosidade

A superfície de um padrão de rugosidade foi escaneada usando um NANOVEA ST400 equipado com um sensor de alta velocidade que gera uma linha brilhante de 192 pontos, conforme mostrado na FIGURA 1. Esses 192 pontos escaneiam a superfície da amostra ao mesmo tempo, o que resulta em um aumento significativo da velocidade de escaneamento.

A FIGURA 2 mostra visualizações em falsa cor do Mapa de Altura da Superfície e do Mapa de Distribuição de Rugosidade da Amostra Padrão de Rugosidade. Na FIGURA 2a, o padrão de rugosidade exibe uma superfície ligeiramente inclinada, conforme representado pelo gradiente de cores variadas em cada um dos blocos de rugosidade padrão. Na FIGURA 2b, a distribuição homogênea da rugosidade é mostrada em diferentes blocos de rugosidade, cuja cor representa a rugosidade nos blocos.

A FIGURA 3 mostra os exemplos dos mapas de aprovação/reprovação gerados pelo software de análise com base em diferentes limites de rugosidade. Os blocos de rugosidade são destacados em vermelho quando a rugosidade da superfície está acima de um determinado valor limite definido. Isso fornece uma ferramenta para o usuário configurar um limite de rugosidade para determinar a qualidade do acabamento da superfície de uma amostra.

FIGURA 1: Varredura do sensor de linha óptica na amostra Roughness Standard

a. Mapa de altura da superfície:

b. Mapa de rugosidade:

FIGURA 2: Visualizações em falsa cor do mapa de altura da superfície e do mapa de distribuição de rugosidade da amostra padrão de rugosidade.

FIGURA 3: Mapa de aprovação/reprovação com base no limite de rugosidade.

Inspeção da superfície de uma amostra de teflon com defeitos

O Mapa de Altura da Superfície, o Mapa de Distribuição de Rugosidade e o Mapa de Limite de Rugosidade Aprovado/Reprovado da superfície da amostra Teflon são mostrados na FIGURA 4. A amostra de Teflon tem uma forma de cume no centro direito da amostra, conforme mostrado no mapa de altura da superfície.

a. Mapa de altura da superfície:

As diferentes cores na paleta da FIGURA 4b representam o valor da rugosidade na superfície local. O mapa de rugosidade exibe uma rugosidade homogênea na área intacta da amostra de Teflon. No entanto, os defeitos, na forma de um anel recuado e uma cicatriz de desgaste, são destacados em cores vivas. O usuário pode configurar facilmente um limite de rugosidade de Aprovado/Reprovado para localizar os defeitos de superfície, conforme mostrado na FIGURA 4c. Essa ferramenta permite aos usuários monitorar in situ a qualidade da superfície do produto na linha de produção e descobrir produtos defeituosos a tempo. O valor de rugosidade em tempo real é calculado e registrado à medida que os produtos passam pelo sensor óptico em linha, o que pode servir como uma ferramenta rápida e confiável para o controle de qualidade.

b. Mapa de rugosidade:

c. Mapa de limiar de rugosidade de aprovação/reprovação:

FIGURA 4: Mapa de altura da superfície, mapa de distribuição de rugosidade e Mapa de limiar de rugosidade de aprovação/reprovação da superfície da amostra do Teflon.

CONCLUSÃO

Nessa aplicação, mostramos como o NANOVEA ST400 3D Non-Contact Optical Profiler equipado com um sensor de linha óptica funciona como uma ferramenta confiável de controle de qualidade de maneira eficaz e eficiente.

O sensor de linha óptica gera uma linha brilhante de 192 pontos que escaneiam a superfície da amostra ao mesmo tempo, o que resulta em um aumento significativo da velocidade de escaneamento. Ele pode ser instalado na linha de produção para monitorar a rugosidade da superfície dos produtos in situ. O limite de rugosidade funciona como um critério confiável para determinar a qualidade da superfície dos produtos, permitindo que os usuários percebam os produtos defeituosos a tempo.

Os dados mostrados aqui representam apenas uma parte dos cálculos disponíveis no software de análise. Os Profilômetros NANOVEA medem praticamente qualquer superfície em campos como Semicondutores, Microeletrônica, Solar, Fibra Ótica, Automotivo, Aeroespacial, Metalurgia, Usinagem, Revestimentos, Farmacêutico, Biomédico, Ambiental e muitos outros.

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Inspeção de superfície de solda usando um Perfilômetro portátil 3D

nanovea — Qui, 14 de julho de 2022 15:16:39 +0000

Inspeção de superfície WELd

usando um profilômetro portátil 3d

Preparado por

CRAIG LEISING

INTRODUÇÃO

Pode tornar-se crítico que uma determinada solda, normalmente feita por inspeção visual, seja investigada com um nível extremo de precisão. Áreas específicas de interesse para análises precisas incluem fissuras superficiais, porosidade e crateras não preenchidas, independentemente dos procedimentos de inspeção subseqüentes. As características da solda, tais como dimensão/formato, volume, rugosidade, tamanho, etc., podem ser todas medidas para avaliação crítica.

IMPORTÂNCIA DO PROFILÔMETRO 3D SEM CONTATO PARA A INSPEÇÃO DA SUPERFÍCIE DE SOLDA

Ao contrário de outras técnicas, como sondas de toque ou interferometria, o NANOVEA Perfilômetro 3D sem contato, usando cromatismo axial, pode medir praticamente qualquer superfície, os tamanhos das amostras podem variar amplamente devido ao preparo aberto e não há necessidade de preparação da amostra. A faixa nano a macro é obtida durante a medição do perfil da superfície com influência zero da refletividade ou absorção da amostra, possui capacidade avançada para medir ângulos de superfície elevados e não há manipulação de resultados por software. Meça facilmente qualquer material: transparente, opaco, especular, difusivo, polido, áspero, etc. Os recursos 2D e 2D dos perfilômetros portáteis NANOVEA os tornam instrumentos ideais para inspeção completa da superfície da solda, tanto no laboratório quanto no campo.

OBJETIVO DA MEDIÇÃO

Nesta aplicação, o perfilador portátil NANOVEA JR25 é utilizado para medir a rugosidade da superfície, forma e volume de uma solda, bem como a área circundante. Estas informações podem fornecer informações críticas para investigar adequadamente a qualidade da solda e do processo de soldagem.

NANOVEA

JR25

RESULTADOS DO TESTE

A imagem abaixo mostra a visão 3D completa da solda e da área circundante juntamente com os parâmetros de superfície da solda apenas. O perfil da seção transversal 2D é mostrado abaixo.

a amostra

Com o perfil de seção transversal 2D acima removido do 3D, as informações dimensionais da solda são calculadas abaixo. Área de superfície e volume de material calculado para a solda somente abaixo.

	HOLE	PEAK
SUPERFÍCIE	1,01 mm²	14,0 mm²
VOLUME	8.799e-5 mm³	23,27 mm³
PROFUNDIDADE/ALTURA MÁXIMA	0,0276 mm	0,6195 mm
PROFUNDIDADE/ALTURA MÉDIA	0,004024 mm	0,2298 mm

CONCLUSÃO

Nesta aplicação, mostramos como o NANOVEA 3D Non-Contact Profiler pode caracterizar com precisão as características críticas de uma solda e a área de superfície circundante. A partir da rugosidade, dimensões e volume, um método quantitativo de qualidade e repetibilidade pode ser determinado e ou investigado mais detalhadamente. As amostras de solda, como o exemplo nesta nota de aplicação, podem ser facilmente analisadas, com uma mesa padrão ou com o Profiler NANOVEA portátil para testes internos ou de campo.

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Avaliação de Riscos e Desgaste de Revestimentos Industriais

nanovea — Sex, 27 de maio de 2022 22:23:41 +0000

REVESTIMENTO INDUSTRIAL

AVALIAÇÃO DE ARRANHÕES E DESGASTE USANDO UM TRIBÔMETRO

Preparado por

DUANJIE LI, PhD & ANDREA HERRMANN

INTRODUÇÃO

A tinta acrílica uretânica é um tipo de revestimento de proteção de secagem rápida amplamente utilizado em uma variedade de aplicações industriais, como pintura de piso, pintura automotiva e outras. Quando usada como tinta de piso, pode servir áreas com tráfego intenso de pés e rodas de borracha, tais como passarelas, calçadas e estacionamentos.

IMPORTÂNCIA DOS TESTES DE ARRANHÕES E DESGASTE PARA O CONTROLE DE QUALIDADE

Tradicionalmente, eram realizados testes de abrasão Taber para avaliar a resistência ao desgaste da tinta acrílica uretânica para piso de acordo com a norma ASTM D4060. Entretanto, como mencionado na norma, "Para alguns materiais, os testes de abrasão utilizando o Abraser Taber podem estar sujeitos a variações devido a mudanças nas características abrasivas do rebolo durante os testes "1. Isto pode resultar em má reprodutibilidade dos resultados dos testes e criar dificuldade na comparação dos valores relatados por diferentes laboratórios. Além disso, nos testes de abrasão Taber, a resistência à abrasão é calculada como perda de peso em um número especificado de ciclos de abrasão. Entretanto, as tintas acrílicas de uretano para piso têm uma espessura de película seca recomendada de 37,5-50 μm2.

O processo de abrasão agressivo da Taber Abraser pode desgastar rapidamente o revestimento de uretano acrílico e gerar perda de massa para o substrato, levando a erros substanciais no cálculo da perda de peso da tinta. O implante de partículas abrasivas na tinta durante o teste de abrasão também contribui para os erros. Portanto, uma medição bem controlada, quantificável e confiável é fundamental para garantir uma avaliação reprodutível do desgaste da tinta. Além disso, a teste de raspagem permite que os usuários detectem falhas prematuras de adesivos/coesivos em aplicações reais.

OBJETIVO DA MEDIÇÃO

Neste estudo, mostramos que NANOVEA Tribômetros e Testadores Mecânicos são ideais para avaliação e controle de qualidade de revestimentos industriais.

O processo de desgaste das tintas acrílicas de uretano para pisos com diferentes camadas de acabamento é simulado de forma controlada e monitorada usando o Tribômetro NANOVEA. O teste de micro-risco é usado para medir a carga necessária para causar falha coesiva ou adesiva na tinta.

NANOVEA T100

O Tribômetro Pneumático Compacto

NANOVEA PB1000

O Testador Mecânico de Grandes Plataformas

PROCEDIMENTO DE TESTE

Este estudo avalia quatro revestimentos de piso acrílico à base de água disponíveis comercialmente que têm o mesmo primário (camada de base) e diferentes camadas de acabamento da mesma fórmula com uma pequena alternância nas misturas de aditivos com o objetivo de aumentar a durabilidade. Estes quatro revestimentos são identificados como amostras A, B, C e D.

TESTE DE GUERRA

O Tribômetro NANOVEA foi aplicado para avaliar o comportamento tribológico, por exemplo, coeficiente de atrito, COF e resistência ao desgaste. Uma ponta esférica SS440 (6 mm de diâmetro, Grau 100) foi aplicada contra as tintas testadas. O COF foi registrado in situ. A taxa de desgaste, K, foi avaliada usando a fórmula K=V/(F×s)=A/(F×n), onde V é o volume desgastado, F é a carga normal, s é a distância de deslizamento, A é a área da seção transversal da trilha de desgaste e n é o número de revoluções. A rugosidade superficial e os perfis de desgaste foram avaliados pelo NANOVEA Perfilômetro Óptico, e a morfologia da trilha de desgaste foi examinada usando microscópio óptico.

PARÂMETROS DE TESTE DE DESGASTE

FORÇA NORMAL

20 N

SPEED

15 m/min

DURAÇÃO DO TESTE

100, 150, 300 e 800 ciclos

TESTE DE SCRATCH

O Testador Mecânico NANOVEA equipado com uma ponta de diamante Rockwell C (raio de 200 μm) foi usado para realizar testes progressivos de risco de carga nas amostras de tinta usando o Modo Testador de Micro-Risco. Duas cargas finais foram usadas: 5 N de carga final para investigar a delaminação da tinta a partir do primer, e 35 N para investigar a delaminação do primer a partir dos substratos metálicos. Três testes foram repetidos nas mesmas condições de teste em cada amostra para garantir a reprodutibilidade dos resultados.

Imagens panorâmicas de todo o comprimento dos arranhões foram geradas automaticamente e suas localizações críticas de falha foram correlacionadas com as cargas aplicadas pelo software do sistema. Esta característica do software facilita aos usuários realizar análises nos rastros de risco a qualquer momento, em vez de ter que determinar a carga crítica sob o microscópio imediatamente após os testes de risco.

PARÂMETROS DE TESTE DE ARRANHÕES

TIPO CARREGADO	Progressivo
CARGA INICIAL	0,01 mN
CARGA FINAL	5 N / 35 N
TAXA DE CARREGAMENTO	10 / 70 N/min
COMPRIMENTO DE SCRATCH	3 mm
VELOCIDADE DE REPRESENTAÇÃO, dx/dt	6,0 mm/min
GEOMETRIA INDENTER	120º cone
MATERIAL INDENTERIAL (dica)	Diamante
RAIO DA PONTA INDENTADA	200 μm

RESULTADOS DO TESTE DE DESGASTE

Quatro testes de desgaste pino-a-disco em diferentes números de rotações (100, 150, 300 e 800 ciclos) foram realizados em cada amostra, a fim de monitorar a evolução do desgaste. A morfologia da superfície das amostras foi medida com um Profiler NANOVEA 3D sem contato para quantificar a rugosidade da superfície antes da realização dos testes de desgaste. Todas as amostras tinham uma rugosidade de superfície comparável de aproximadamente 1 μm, como mostrado na FIGURA 1. O COF foi registrado in situ durante os testes de desgaste, como mostrado na FIGURA 2. O FIGURA 4 apresenta a evolução das pistas de desgaste após 100, 150, 300 e 800 ciclos, e o FIGURA 3 resumiu a taxa média de desgaste de diferentes amostras em diferentes estágios do processo de desgaste.

Em comparação com um valor COF de ~0,07 para as outras três amostras, a Amostra A exibe um COF muito mais alto de ~0,15 no início, que aumenta gradualmente e se estabiliza em ~0,3 após 300 ciclos de desgaste. Um COF tão alto acelera o processo de desgaste e cria uma quantidade substancial de resíduos de tinta como indicado na FIGURA 4 - a camada superior da Amostra A começou a ser removida nas primeiras 100 revoluções. Como mostrado na FIGURA 3, a amostra A apresenta a maior taxa de desgaste de ~5 μm2/N nos primeiros 300 ciclos, que diminui ligeiramente para ~3,5 μm2/N devido à melhor resistência ao desgaste do substrato metálico. A camada superior da Amostra C começa a falhar após 150 ciclos de desgaste, como mostrado na FIGURA 4, o que também é indicado pelo aumento de COF na FIGURA 2.

Em comparação, a amostra B e a amostra D mostram propriedades tribológicas aprimoradas. A Amostra B mantém um COF baixo durante todo o teste - o COF aumenta ligeiramente de~0,05 para ~0,1. Tal efeito lubrificante aumenta substancialmente sua resistência ao desgaste - a camada superior ainda proporciona proteção superior ao primer por baixo, após 800 ciclos de desgaste. A menor taxa média de desgaste de apenas ~0,77 μm2/N é medida para a Amostra B a 800 ciclos. A camada superior da Amostra D começa a delaminar após 375 ciclos, como refletido pelo aumento abrupto do COF na FIGURA 2. A taxa média de desgaste da Amostra D é de ~1,1 μm2/N a 800 ciclos.

Em comparação com as medidas convencionais de abrasão Taber, o Tribômetro NANOVEA fornece avaliações de desgaste quantificáveis e confiáveis bem controladas que garantem avaliações reprodutíveis e controle de qualidade de tintas comerciais para pisos/auto pinturas. Além disso, a capacidade de medições in situ do COF permite aos usuários correlacionar as diferentes etapas de um processo de desgaste com a evolução do COF, o que é fundamental para melhorar a compreensão fundamental do mecanismo de desgaste e das características tribológicas de vários revestimentos de tintas.

FIGURA 1: Morfologia 3D e rugosidade das amostras de tinta.

FIGURA 2: COF durante os testes pin-on-disk.

FIGURA 3: Evolução da taxa de desgaste de diferentes tintas.

FIGURA 4: Evolução das pistas de desgaste durante os testes pin-on-disk.

RESULTADOS DO TESTE DE RASPAGEM

O FIGURA 5 mostra a trama de força normal, força de fricção e profundidade verdadeira em função do comprimento do risco para a Amostra A como exemplo. Um módulo opcional de emissão acústica pode ser instalado para fornecer mais informações. Conforme a carga normal aumenta linearmente, a ponta de recuo afunda gradualmente na amostra testada, conforme refletido pelo aumento progressivo da profundidade verdadeira. A variação nas inclinações da força de atrito e das curvas de profundidade verdadeira pode ser usada como uma das implicações que as falhas no revestimento começam a ocorrer.

FIGURA 5: Força normal, força de fricção e profundidade verdadeira em função do comprimento do arranhão para teste de risco da amostra A com uma carga máxima de 5 N.

FIGURA 6 e FIGURA 7 mostram os riscos completos de todas as quatro amostras de tinta testadas com uma carga máxima de 5 N e 35 N, respectivamente. A amostra D exigiu uma carga maior de 50 N para delaminar o primer. Os testes de arranhões com carga final de 5 N (FIGURA 6) avaliam a falha coesiva/adesiva da tinta superior, enquanto os testes com 35 N (FIGURA 7) avaliam a delaminação do primer. As setas nas micrografias indicam o ponto em que o revestimento superior ou o primer começa a ser completamente removido do primer ou do substrato. A carga neste ponto, denominada Carga Crítica, Lc, é usada para comparar as propriedades coesivas ou adesivas da tinta, conforme resumido na Tabela 1.

É evidente que a amostra de tinta D tem a melhor aderência interfacial - apresentando os maiores valores de Lc de 4,04 N na delaminação da tinta e 36,61 N na delaminação de primer. A amostra B mostra a segunda melhor resistência a arranhões. A partir da análise de risco, mostramos que a otimização da fórmula da tinta é crítica para os comportamentos mecânicos, ou mais especificamente, a resistência a riscos e a propriedade de adesão das tintas acrílicas para piso.

Tabela 1: Resumo das cargas críticas.

FIGURA 6: Micrográficos de arranhão total com carga máxima de 5 N.

FIGURA 7: Micrográficos de arranhão total com carga máxima de 35 N.

CONCLUSÃO

Em comparação com as medidas convencionais de abrasão Taber, o NANOVEA Mechanical Tester and Tribometer são ferramentas superiores para avaliação e controle de qualidade de pisos comerciais e revestimentos automotivos. O Testador Mecânico NANOVEA no modo Scratch pode detectar problemas de aderência/coesão em um sistema de revestimento. O Tribômetro NANOVEA fornece análises tribológicas quantificáveis e repetíveis bem controladas sobre a resistência ao desgaste e o coeficiente de atrito das tintas.

Com base nas análises tribológicas e mecânicas abrangentes sobre os revestimentos acrílicos à base de água para pisos testados neste estudo, mostramos que a amostra B possui a menor taxa de COF e desgaste e a segunda melhor resistência a riscos, enquanto a amostra D exibe a melhor resistência a riscos e a segunda melhor resistência ao desgaste. Esta avaliação nos permite avaliar e selecionar o melhor candidato, visando as necessidades em diferentes ambientes de aplicação.

Os módulos Nano e Micro do Testador Mecânico NANOVEA incluem todos os modos de indentação, teste de arranhões e desgaste em conformidade com a ISO e ASTM, proporcionando a mais ampla gama de testes disponíveis para avaliação de pintura em um único módulo. O Tribômetro NANOVEA oferece testes de desgaste e atrito precisos e repetíveis usando os modos rotativo e linear conforme ISO e ASTM, com módulos opcionais de desgaste em alta temperatura, lubrificação e tribo-corrosão disponíveis em um sistema pré-integrado. A gama inigualável da NANOVEA é uma solução ideal para determinar a gama completa de propriedades mecânicas/tribológicas de revestimentos, filmes e substratos finos ou grossos, macios ou duros, incluindo dureza, módulo Young, resistência à fratura, aderência, resistência ao desgaste e muitos outros. Os Profilers Opcionais NANOVEA Non-Contact Optical Profilers estão disponíveis para imagens 3D de alta resolução de rastros de arranhões e desgaste, além de outras medidas de superfície, como rugosidade.

AGORA, VAMOS FALAR SOBRE SUA APLICAÇÃO

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Análise de Fractografia usando a Perfilometria 3D

nanovea — Ter, 05 de abril de 2022 17:27:55 +0000

ANÁLISE DA FRACTOGRAFIA

USANDO A PROFILOMETRIA 3D

Preparado por

CRAIG LEISING

INTRODUÇÃO

A fractografia é o estudo de características em superfícies fraturadas e tem sido historicamente investigada via microscópio ou SEM. Dependendo do tamanho do recurso, um microscópio (recursos macro) ou SEM (recursos nano e micro) são selecionados para a análise de superfície. Em última análise, ambos permitem a identificação do tipo de mecanismo de fratura. Embora eficaz, o microscópio tem limitações claras e o SEM na maioria dos casos, além da análise em nível atômico, é impraticável para medição de superfície de fratura e carece de capacidade de uso mais ampla. Com os avanços na tecnologia de medição óptica, o NANOVEA Perfilômetro 3D sem contato é agora considerado o instrumento de escolha, com sua capacidade de fornecer nanometria por meio de medições de superfície 2D e 3D em macroescala

IMPORTÂNCIA DO PROFILÔMETRO 3D SEM CONTATO PARA A INSPEÇÃO DE FRATURAS

Ao contrário de um SEM, um Perfilômetro 3D sem contato pode medir quase qualquer superfície, tamanho de amostra, com o mínimo de preparação de amostra, tudo isso enquanto oferece dimensões verticais/horizontais superiores às de um SEM. Com um perfilador, as características de nano através de macro range são capturadas em uma única medição com influência zero da refletividade da amostra. Mede facilmente qualquer material: transparente, opaco, especular, difusivo, polido, rugoso, etc. O Profilômetro 3D sem contato oferece uma ampla e amigável capacidade para maximizar os estudos de fratura superficial a uma fração do custo de um SEM.

OBJETIVO DA MEDIÇÃO

Nesta aplicação, o NANOVEA ST400 é utilizado para medir a superfície fraturada de uma amostra de aço. Neste estudo, mostraremos uma área 3D, extração do perfil 2D e mapa direcional da superfície.

NANOVEA

ST400

RESULTADOS

SUPERFÍCIE TOP SUPERFÍCIE

Direção da textura da superfície 3D

Isotropia	51.26%
Primeira Direção	123.2º
Segunda Direção	116.3º
Terceira direção	0.1725º

Área de superfície, volume, rugosidade e muitos outros podem ser calculados automaticamente a partir desta extração.

Extração de perfil 2D

RESULTADOS

SUPERFÍCIE LATERAL

Direção da textura da superfície 3D

Isotropia	15.55%
Primeira Direção	0.1617º
Segunda Direção	110.5º
Terceira direção	171.5º

Área de superfície, volume, rugosidade e muitos outros podem ser calculados automaticamente a partir desta extração.

Extração de perfil 2D

CONCLUSÃO

Nesta aplicação, mostramos como o NANOVEA ST400 3D Non-Contact Profilometer pode caracterizar com precisão a topografia completa (nano, micro e macro características) de uma superfície fraturada. Da área 3D, a superfície pode ser claramente identificada e sub-áreas ou perfis/seções transversais podem ser rapidamente extraídas e analisadas com uma lista interminável de cálculos de superfície. As características da superfície sub nanométrica podem ser analisadas com um módulo AFM integrado.

Além disso, a NANOVEA incluiu uma versão portátil em sua linha de Perfisômetros, especialmente crítica para estudos de campo onde uma superfície de fratura é imóvel. Com esta ampla lista de capacidades de medição de superfície, a análise da superfície de fratura nunca foi tão fácil e mais conveniente com um único instrumento.

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