Categoria: Testes de laboratório

Stent Coating Adhesion and Delamination Analysis Using Nano Scratch Testing

Application Note | Stent Coating Adhesion Testing

Stent Coating Adhesion and Delamination Analysis Using Nano Scratch Testing

Quantifying Coating Failure and Adhesion Performance on Drug-Eluting Stents

Research & Experimental Testing

Duanjie Li, PhD

Visual Design & Editorial

Andrew Shore

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

ℹ️ Saiba mais sobre nanoindentation and scratch testing lab services for coating adhesion and failure analysis.

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?

Dental Surface Roughness Measurement & 3D Tooth Topography

Application Note | Dental Surface Characterization

Dental Surface Roughness Measurement and Full 3D Tooth Topography

Surface Roughness Analysis Using Non-Contact Optical Profilometry

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
Average (Avg)	1	1	1
Measurement Type	Direct	Direct	Direct
Acquisition Mode	Single Frequency	Single Frequency	Double Frequency
Acquisition Rate [Hz]	200	200	100–400
Light Intensity [%]	100	100	100

Optical Profilometry Results

Surface Roughness Analysis (Area)

The PS2 single-point optical sensor was used to investigate fine surface features on the side of the tooth. The image below shows a false-color 2D surface map of the scanned region obtained by non-contact optical profilometry.

A least-squares degree-8 polynomial form removal was applied to isolate the surface roughness component. The roughness filters S-Gaussian 2.5 µm and L-Gaussian 0.8 mm were then applied according to ISO 25178. The resulting filtered surface and corresponding roughness parameters are presented below.

ISO 25178 – Roughness (S-L)
S-filter (λs): Gaussian, 2.5 µm
F: [Workflow] Form removed (LS-poly 8)
L-filter (λc): Gaussian, 0.8 mm
Height Parameters
Sq	2.433	µm	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?

Teste de resistência a arranhões de protetores de tela de telefones

Preparado por

Stacey Pereira, Jocelyn Esparza e Pierre Leroux

Entendendo a resistência a arranhões nos protetores de tela de telefones

Os revestimentos de proteção nas telas dos telefones desempenham um papel fundamental na resistência a arranhões, na força de adesão e na durabilidade a longo prazo. Com o tempo, arranhões, microfissuras e delaminação do revestimento podem reduzir a clareza óptica e a confiabilidade, especialmente em ambientes de uso intenso. Para avaliar como os diferentes protetores de tela resistem a danos mecânicos, os testes de arranhões instrumentados fornecem uma visão quantificável dos mecanismos de falha do revestimento, incluindo adesão, coesão e comportamento de fratura.

Neste estudo, Testador Mecânico NANOVEA PB1000 é usado para comparar os protetores de tela de TPU com os de vidro temperado sob carga progressiva controlada. Usando a detecção precisa de emissões acústicas, identificamos cargas críticas de falha e caracterizamos como cada material responde ao aumento do estresse mecânico.

Por que o teste de resistência a arranhões é importante para os protetores de tela

Muitos usuários presumem que protetores mais espessos ou mais duros têm automaticamente um desempenho melhor, mas a durabilidade real depende de como o material se comporta sob carga progressiva, deformação da superfície e estresse localizado. Os testes de arranhões instrumentados permitem que os engenheiros meçam a adesão do revestimento, a força coesiva, a resistência ao desgaste da superfície e as cargas exatas nas quais as falhas se iniciam ou se propagam.

Ao analisar os pontos de início de rachaduras, o comportamento de delaminação e os modos de falha, os fabricantes podem validar o desempenho do protetor de tela para P&D, controle de qualidade ou benchmarking comparativo. Os testes de nano e micro arranhões oferecem uma visão repetível e orientada por dados sobre a durabilidade no mundo real, muito além das classificações tradicionais de dureza.

ℹ️ Saiba mais sobre Serviços de teste de arranhões e aderência para revestimentos e protetores de tela.

Objetivo do teste de raspagem:
Medição de cargas de falha em protetores de tela

O objetivo deste estudo é demonstrar como o NANOVEA PB1000 Mechanical Tester realiza testes padronizados e repetíveis de resistência a arranhões em protetores de tela poliméricos e de vidro. Ao aumentar progressivamente a carga aplicada, o sistema detecta cargas críticas para falhas coesivas e adesivas, captura sinais de emissão acústica e correlaciona esses eventos com a profundidade do arranhão, a força de fricção e a deformação da superfície.

Essa metodologia fornece um perfil mecânico completo de cada revestimento protetor, permitindo que os fabricantes e as equipes de P&D avaliem as formulações de materiais, a força de adesão do revestimento, a durabilidade da superfície e a espessura ideal do revestimento para melhorar o desempenho do produto. Essas avaliações de riscos fazem parte do conjunto mais amplo da NANOVEA de soluções para testes mecânicos usado para caracterizar revestimentos, filmes e substratos em ambientes de P&D, controle de qualidade e produção.

NANOVEA PB1000 Plataforma de grande porte
Testador Mecânico

Parâmetros do teste de raspagem e configuração do instrumento

A avaliação da resistência a arranhões dos protetores de tela de TPU e vidro temperado foi realizada em condições controladas para garantir a repetibilidade e a detecção precisa da carga de falha. Os parâmetros a seguir definem a configuração do teste de arranhões de carga progressiva usado no NANOVEA PB1000 Mechanical Tester.

TIPO CARREGADO	PROGRESSIVO
CARGA INICIAL	0.1 N
CARGA FINAL	12 N
VELOCIDADE DE DESLIZAMENTO	3,025 mm/min
DISTÂNCIA DE DESLIZAMENTO	3 mm
GEOMETRIA INDENTER	ROCKWELL (CONE DE 120°)
MATERIAL DO INDENTADOR (PONTA)	DIAMANTE
RAIO DA PONTA INDENTADA	50 µm
ATMOSPHERE	AR
TEMPERATURA	24 °C (TEMPERATURA AMBIENTE)

TABELA 1: Parâmetros de teste usados para testes de arranhões

Amostra de protetor de tela montada no NANOVEA PB1000 Mechanical Tester durante a medição de arranhões com carga progressiva.

Amostras de protetores de tela usadas para testes de resistência a arranhões

Dois materiais protetores de tela disponíveis no mercado foram selecionados para comparar as diferenças de resistência a arranhões, comportamento de falha e durabilidade mecânica. Ambas as amostras foram montadas com segurança no NANOVEA PB1000 Mechanical Tester e avaliadas sob condições idênticas de carga progressiva para garantir uma comparação consistente e imparcial.

O protetor de tela TPU representa um filme polimérico flexível com alta elasticidade, mas menor resistência à abrasão, enquanto o protetor de tela de vidro temperado representa um material rígido e quebradiço projetado para alta dureza e maior proteção contra impactos. O teste de ambos os materiais sob o mesmo perfil de carga permite uma avaliação clara de como a composição do material, a elasticidade e a dureza influenciam os modos de falha de arranhões.

Protetor de tela TPU

Vidro temperado

FIGURA 1: Protetores de tela de TPU e vidro temperado preparados para testes de resistência a arranhões.

Resultados do teste de arranhões: Modos de falha em protetores de tela de TPU vs. vidro temperado

TIPO DE PROTETOR DE TELA	CARGA CRÍTICA #1 (N)	CARGA CRÍTICA #2 (N)
TPU	n/a	2.004 ± 0.063
VIDRO TEMPERADO	3.608 ± 0.281	7.44 ± 0.995

TABELA 2: Resumo das cargas críticas para cada amostra de protetor de tela.

Como os protetores de tela de TPU e de vidro temperado têm propriedades mecânicas fundamentalmente diferentes, cada amostra apresentou modos de falha distintos e limites de carga crítica durante o teste de arranhões com carga progressiva. A Tabela 2 resume as cargas críticas medidas para cada material.

A carga crítica #1 representa o primeiro ponto observável de falha coesiva sob microscopia óptica, como início de rachadura ou fratura radial.

A Carga Crítica #2 corresponde ao primeiro grande evento detectado por meio do monitoramento de emissão acústica (AE), normalmente representando uma falha estrutural maior ou um evento de penetração.

Protetor de tela TPU - Comportamento de polímero flexível

O protetor de tela TPU apresentou apenas um evento crítico significativo (Carga crítica #2). Essa carga corresponde ao ponto ao longo da trilha de arranhões em que o filme começou a se levantar, descascar ou delaminar da superfície da tela do telefone.

Quando a carga crítica #2 (≈2,00 N) foi excedida, o indentador penetrou o suficiente para causar um arranhão visível diretamente na tela do telefone durante o restante do teste. Nenhum evento separado de Carga Crítica #1 foi detectável, o que é consistente com a alta elasticidade do material e a baixa resistência de coesão.

Protetor de tela de vidro temperado - Comportamento de falha frágil

O protetor de tela de vidro temperado apresentou duas cargas críticas distintas, características de materiais frágeis:

Carga crítica #1 (≈3,61 N): Fraturas radiais e início de rachaduras foram observados no microscópio, indicando falha coesiva precoce da camada de vidro.
Carga crítica #2 (≈7,44 N): Um grande pico de EA e um aumento acentuado na profundidade do arranhão indicaram a penetração do protetor em cargas mais altas.

Embora a magnitude do EA tenha sido maior do que a do TPU, nenhum dano foi transferido para a tela do telefone, demonstrando a capacidade do protetor de vidro temperado de absorver e distribuir a carga antes de uma falha catastrófica.

Em ambos os materiais, a Carga Crítica #2 correspondeu ao momento em que o indentador rompeu o protetor de tela, confirmando o limite de proteção de cada amostra.

Protetor de tela TPU: Dados do teste de arranhões e análise de falhas

SCRATCH	CARGA CRÍTICA #2 (N)
1	2.033
2	2.047
3	1.931
MÉDIA	2.003
DESVIO PADRÃO	0.052

TABELA 3: Cargas críticas medidas durante o teste de arranhões do protetor de tela TPU.

FIGURA 2: Força de atrito, carga normal, emissão acústica (AE) e profundidade do arranhão vs. comprimento do arranhão para o protetor de tela TPU. (B) Carga crítica #2

FIGURA 3: Imagem de microscopia óptica do protetor de tela TPU na Carga Crítica #2 (ampliação de 5×; largura da imagem 0,8934 mm).

FIGURA 4: Imagem completa pós-arranhão do protetor de tela TPU mostrando o rastro completo do arranhão após o teste de carga progressiva.

Protetor de tela de vidro temperado: Dados de carga crítica e comportamento de fratura

SCRATCH	CARGA CRÍTICA #1 (N)	CARGA CRÍTICA #2 (N)
1	3.923	7.366
2	3.382	6.483
3	3.519	8.468
MÉDIA	3.653	6.925
DESVIO PADRÃO	0.383	0.624

TABELA 4: Cargas críticas medidas durante o teste de arranhões do protetor de tela de vidro temperado.

ℹ️ Para comparação com revestimentos de polímeros sem silicato, consulte nosso estudo sobre Teste de desgaste do revestimento de PTFE, que destaca o comportamento de falha em filmes de polímero de baixo atrito sob condições semelhantes de carga progressiva.

FIGURA 5: Força de atrito, carga normal, emissão acústica (AE) e profundidade do arranhão vs. comprimento do arranhão para o protetor de tela de vidro temperado. (A) Carga crítica #1 (B) Carga crítica #2

FIGURA 6: Imagens de microscopia óptica mostrando os locais de falha da Carga Crítica #1 (esquerda) e da Carga Crítica #2 (direita) com ampliação de 5× (largura da imagem: 0,8934 mm).

FIGURA 7: Imagem de microscopia óptica pós-teste da trilha de arranhões de vidro temperado, destacando o início da fratura (CL#1) e a zona de penetração final (CL#2) após o teste de carga progressiva.

Conclusão: Comparação do desempenho contra arranhões de protetores de tela de TPU vs. vidro temperado

Este estudo demonstra como o NANOVEA PB1000 Mechanical Tester fornece medições de resistência a arranhões controladas, repetíveis e altamente sensíveis usando carga progressiva e detecção de emissão acústica (AE). Ao capturar com precisão os eventos de falha coesiva e adesiva, o sistema permite uma comparação clara de como os protetores de tela de TPU e de vidro temperado se comportam sob crescente estresse mecânico.

Os resultados experimentais confirmam que o vidro temperado apresenta cargas críticas significativamente mais altas do que o TPU, proporcionando resistência superior a arranhões, início retardado da fratura e proteção confiável contra a penetração do indentador. A menor resistência coesiva do TPU e a delaminação precoce destacam suas limitações em ambientes de alta tensão.

Depois de identificar as cargas de falha, os rastros resultantes também podem ser analisados usando um Perfilômetro óptico 3D sem contato para medir a profundidade da ranhura, a deformação residual e a topografia pós-risco. Isso ajuda a completar o perfil mecânico de cada material.

O NANOVEA Mechanical Tester foi projetado para testes precisos e repetíveis de indentação, arranhões e desgaste, e suporta nano e micro módulos em conformidade com as normas ISO e ASTM. Sua versatilidade o torna uma solução ideal para avaliar o perfil mecânico completo de filmes finos, revestimentos, polímeros, vidros e substratos em P&D, produção e controle de qualidade.

Perguntas frequentes
Sobre o teste de resistência a arranhões

O que é o teste de resistência a arranhões?

O teste de resistência a arranhões avalia como um material ou revestimento responde quando uma ponta de diamante aplica uma carga progressivamente crescente. O teste identifica as cargas críticas em que ocorrem falhas coesivas ou adesivas, fornecendo uma medida quantificável de durabilidade, força de adesão e resistência a danos na superfície.

Qual é a diferença entre falha coesiva e adesiva?

Ocorre uma falha coesiva dentro de o revestimento ou o material, como rachaduras, rasgos ou fraturas internas.
A falha do adesivo ocorre quando o revestimento se desprende do substrato, indicando uma força de adesão insuficiente.

O NANOVEA PB1000 detecta ambos usando monitoramento de emissão acústica sincronizada, rastreamento de profundidade de arranhões e análise de fricção.

Por que usar um testador mecânico em vez de métodos manuais?

Um testador mecânico como o NANOVEA PB1000 fornece medições precisas, repetíveis e padronizadas, garantindo dados confiáveis para P&D, validação de produção e controle de qualidade. Ele também oferece recursos avançados, como detecção de emissão acústica e monitoramento de profundidade em tempo real, que os métodos manuais não podem oferecer.

Precisa de testes de arranhões confiáveis para seus materiais?

Teste de abrasividade de rochas com o tribômetro NANOVEA

TRIBOLOGIA DE ROCHAS:TESTE DE ABRASIVIDADE DE ROCHAS UTILIZANDO O TRIBÔMETRO NANOVEA

Preparado por

DUANJIE LI, PhD

INTRODUÇÃO

As rochas são compostas por grãos de minerais. O tipo e a abundância destes minerais, bem como a força de ligação química entre os grãos minerais, determinam as propriedades mecânicas e tribológicas das rochas. Dependendo dos ciclos geológicos das rochas, as rochas podem sofrer transformações e são normalmente classificadas em três tipos principais: ígneas, sedimentares e metamórficas. Essas rochas apresentam diferentes composições minerais e químicas, permeabilidades e tamanhos de partículas, e tais características contribuem para sua variada resistência ao desgaste. A tribologia das rochas explora os comportamentos de desgaste e fricção das rochas em diversas condições geológicas e ambientais.

IMPORTÂNCIA DOS TESTES DE ABRASIVIDADE DE ROCHAS

Vários tipos de desgaste contra rochas, incluindo abrasão e fricção, ocorrem durante o processo de perfuração de poços, levando a significativas perdas diretas e consequentes atribuídas ao reparo e substituição de brocas e ferramentas de corte. Portanto, o estudo da perfurabilidade, perfurabilidade, capacidade de corte e abrasividade das rochas é fundamental nas indústrias de petróleo, gás e mineração. A pesquisa em tribologia de rochas desempenha um papel fundamental na seleção das estratégias de perfuração mais eficientes e econômicas, aumentando assim a eficiência geral e contribuindo para a conservação de materiais, energia e meio ambiente. Além disso, minimizar o atrito superficial é altamente vantajoso na redução da interação entre a broca de perfuração e a rocha, resultando na diminuição do desgaste da ferramenta e na melhoria da eficiência de perfuração/corte.

OBJETIVO DA MEDIÇÃO

Neste estudo, simulamos e comparamos as propriedades tribológicas de dois tipos de rochas para demonstrar a capacidade do Tribômetro NANOVEA T50 na medição do coeficiente de atrito e da taxa de desgaste das rochas de forma controlada e monitorada.

NANOVEA T50 Compacto
Tribômetro de peso livre

AS AMOSTRAS

PROCEDIMENTO DE TESTE

O coeficiente de atrito, COF e a resistência ao desgaste de duas amostras de rocha foram avaliados pelo Tribômetro NANOVEA T50 usando o Módulo de Desgaste Pin-on-Disc. Uma bola de Al2O3 (6 mm de diâmetro) foi usada como contra-material. A trilha de desgaste foi examinada usando o perfilômetro sem contato NANOVEA após os testes. Os parâmetros de teste estão resumidos abaixo.

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 da superfície e os perfis dos rastros de desgaste foram avaliados com o perfilômetro óptico NANOVEA, e a morfologia dos rastros de desgaste foi examinada usando um microscópio óptico.

Observe que a bola de Al2O3 como contra-material foi usada como exemplo neste estudo. Qualquer material sólido com formatos diferentes pode ser aplicado usando um acessório personalizado para simular a situação real da aplicação.

PARÂMETROS DE TESTE

AMOSTRAS	Calcário, Mármore
RAIO DO ANEL DE DESGASTE	5 mm
FORÇA NORMAL	10 N
DURAÇÃO DO TESTE	10 minutos
SPEED	100 rpm

RESULTADOS & DISCUSSÃO

A dureza (H) e o módulo de elasticidade (E) das amostras de calcário e mármore são comparados na FIGURA 1, utilizando o módulo Micro Indentation do NANOVEA Mechanical Tester. A amostra de calcário apresentou valores mais baixos de H e E, medindo 0,53 e 25,9 GPa, respectivamente, em contraste com o mármore, que registrou valores de 1,07 para H e 49,6 GPa para E. A variabilidade relativamente maior nos valores de H e E observados no A amostra de calcário pode ser atribuída à sua maior heterogeneidade superficial, decorrente de suas características granuladas e porosas.

A evolução do COF durante os testes de desgaste das duas amostras de rocha está representada na FIGURA 2. O calcário inicialmente experimenta um rápido aumento no COF para aproximadamente 0,8 no início do teste de desgaste, mantendo este valor durante toda a duração do teste. Esta mudança abrupta no COF pode ser atribuída à penetração da bola de Al2O3 na amostra de rocha, resultante de um rápido desgaste e processo de rugosidade que ocorre na face de contato dentro da trilha de desgaste. Em contraste, a amostra de mármore apresenta um aumento notável no COF para valores mais elevados após aproximadamente 5 metros de distância de deslizamento, significando a sua resistência ao desgaste superior quando comparada com o calcário.

FIGURA 1: Comparação entre a dureza e o módulo de Young de amostras de calcário e mármore.

FIGURA 2: Evolução do Coeficiente de Atrito (COF) em amostras de calcário e mármore durante ensaios de desgaste.

A FIGURA 3 compara perfis transversais das amostras de calcário e mármore após os testes de desgaste, e a Tabela 1 resume os resultados da análise dos traços de desgaste. A FIGURA 4 mostra as marcas de desgaste das amostras ao microscópio óptico. A avaliação da trilha de desgaste está alinhada com a observação da evolução do COF: a amostra de mármore, que mantém um COF baixo por um período mais longo, apresenta uma taxa de desgaste menor de 0,0046 mm³/N m, em comparação com 0,0353 mm³/N m para o calcário. As propriedades mecânicas superiores do mármore contribuem para a sua melhor resistência ao desgaste do que o calcário.

FIGURA 3: Perfis transversais das trilhas de desgaste.

TABELA 1: Resumo dos resultados da análise do rastro de desgaste.

FIGURA 4: Desgaste de trilhos sob microscópio ótico.

CONCLUSÃO

Neste estudo, demonstramos a capacidade do Tribômetro NANOVEA em avaliar o coeficiente de atrito e resistência ao desgaste de duas amostras de rocha, nomeadamente mármore e calcário, de forma controlada e monitorada. As propriedades mecânicas superiores do mármore contribuem para a sua excepcional resistência ao desgaste. Esta propriedade torna difícil perfurar ou cortar na indústria de petróleo e gás. Por outro lado, prolonga significativamente a sua vida útil quando utilizado como material de construção de alta qualidade, como ladrilhos.

Os tribometros NANOVEA oferecem recursos de teste de desgaste e fricção precisos e repetíveis, aderindo aos padrões ISO e ASTM nos modos rotativo e linear. Além disso, ele fornece módulos opcionais para desgaste em alta temperatura, lubrificação e tribocorrosão, todos perfeitamente integrados em um sistema. A linha incomparável da NANOVEA é uma solução ideal para determinar toda a gama de propriedades tribológicas de revestimentos finos ou espessos, macios ou duros, filmes, substratos e tribologia de rochas.

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Análise de Superfície com Shot Peened

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

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Morfologia da superfície da tinta

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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Teste de Desgaste do Revestimento de PTFE

TESTE DE DESGASTE DE REVESTIMENTO DE PTFE

USANDO TRIBÔMETRO E TESTE MECÂNICO

Preparado por

DUANJIE LI, PhD

INTRODUÇÃO

O politetrafluoretileno (PTFE), comumente conhecido como Teflon, é um polímero com coeficiente de atrito (COF) excepcionalmente baixo e excelente resistência ao desgaste, dependendo das cargas aplicadas. O PTFE exibe inércia química superior, alto ponto de fusão de 327°C (620°F) e mantém alta resistência, tenacidade e autolubrificação em baixas temperaturas. A excepcional resistência ao desgaste dos revestimentos de PTFE os torna altamente procurados em uma ampla gama de aplicações industriais, como automotiva, aeroespacial, médica e, principalmente, utensílios de cozinha.

IMPORTÂNCIA DA AVALIAÇÃO QUANTITATIVA DE REVESTIMENTOS DE PTFE

A combinação de um coeficiente de fricção (COF) superbaixo, excelente resistência ao desgaste e inércia química excepcional em altas temperaturas torna o PTFE a escolha ideal para revestimentos antiaderentes. Para aprimorar ainda mais seus processos mecânicos durante a P&D, bem como garantir o controle ideal sobre prevenção de mau funcionamento e medidas de segurança no processo de Controle de Qualidade, é crucial ter uma técnica confiável para avaliação quantitativa dos processos tribomecânicos de revestimentos de PTFE. O controle preciso sobre o atrito da superfície, desgaste e adesão dos revestimentos é essencial para garantir o desempenho pretendido.

OBJETIVO DA MEDIÇÃO

Nesta aplicação, o processo de desgaste de um revestimento de PTFE para uma panela antiaderente é simulado usando o NANOVEA Tribometer no modo recíproco linear.

NANOVEA T50 Compacto
Tribômetro de peso livre

Além disso, o testador mecânico NANOVEA foi usado para realizar um teste de adesão de microarranhões para determinar a carga crítica da falha de adesão do revestimento de PTFE.

NANOVEA PB1000 Plataforma Grande Testador Mecânico

PROCEDIMENTO DE TESTE

TESTE DE GUERRA

DESGASTE LINEAR RECIPROCANTE USANDO UM TRIBÔMETRO

O comportamento tribológico da amostra de revestimento de PTFE, incluindo o coeficiente de atrito (COF) e resistência ao desgaste, foi avaliado usando o NANOVEA Tribômetro no modo recíproco linear. Uma ponta esférica de aço inoxidável 440 com diâmetro de 3 mm (Grau 100) foi usada contra o revestimento. O COF foi monitorado continuamente durante o teste de desgaste do revestimento de PTFE.

A taxa de desgaste, K, foi calculada usando a fórmula K=V/(F×s)=A/(F×n), onde V representa 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 cursos. Os perfis de desgaste foram avaliados usando o NANOVEA Perfilômetro Óptico, e a morfologia da trilha de desgaste foi examinada usando um microscópio óptico.

PARÂMETROS DE TESTE DE DESGASTE

CARREGAR	30 N
DURAÇÃO DO TESTE	5 minutos
TAXA DE DESLIZAMENTO	80 rpm
AMPLITUDE DA PISTA	8mm
REVOLUÇÕES	300
DIÂMETRO DA ESFERA	3 mm
MATERIAL DA ESFERA	Aço inoxidável 440
LUBRICANTE	Nenhum
ATMOSPHERE	Ar
TEMPERATURA	230C (RT)
UMIDADE	43%

PROCEDIMENTO DE TESTE

TESTE DE SCRATCH

TESTE DE ADESÃO DE MICRO RISCOS USANDO TESTE MECÂNICO

A medição da adesão ao risco de PTFE foi realizada usando o NANOVEA Testador Mecânico com uma ponta de diamante Rockwell C 1200 (raio de 200 μm) no modo Micro Scratch Tester.

Para garantir a reprodutibilidade dos resultados, três testes foram realizados em condições de teste idênticas.

PARÂMETROS DE TESTE DE ARRANHÕES

TIPO CARREGADO	Progressivo
CARGA INICIAL	0,01 mN
CARGA FINAL	20 mN
TAXA DE CARREGAMENTO	40mN/min
COMPRIMENTO DE SCRATCH	3 mm
VELOCIDADE DE REPRESENTAÇÃO, dx/dt	6,0 mm/min
GEOMETRIA INDENTER	120o Rockwell C
MATERIAL INDENTERIAL (dica)	Diamante
RAIO DA PONTA INDENTADA	200 μm

RESULTADOS & DISCUSSÃO

DESGASTE LINEAR RECIPROCANTE USANDO UM TRIBÔMETRO

O COF registrado in situ é mostrado na FIGURA 1. A amostra de teste exibiu um COF de ~0,18 durante as primeiras 130 rotações, devido à baixa pegajosidade do PTFE. No entanto, houve um aumento repentino no COF para ~1 quando o revestimento rompeu, revelando o substrato por baixo. Após os testes alternativos lineares, o perfil de desgaste foi medido usando o NANOVEA Perfilômetro óptico sem contato, conforme mostrado na FIGURA 2. A partir dos dados obtidos, a taxa de desgaste correspondente foi calculada como sendo ~2,78 × 10-3 mm3/Nm, enquanto a profundidade da trilha de desgaste foi determinada como sendo 44,94 µm.

Configuração do teste de desgaste do revestimento de PTFE no Tribômetro NANOVEA T50.

FIGURA 1: Evolução do COF durante o teste de desgaste do revestimento de PTFE.

FIGURA 2: Extração de perfil de pista de desgaste PTFE.

PTFE Antes da descoberta

COF máximo	0.217
Mínimo COF	0.125
COF médio	0.177

PTFE Após avanço

COF máximo	0.217
Mínimo COF	0.125
COF médio	0.177

TABELA 1: COF antes e depois do rompimento durante o teste de desgaste.

RESULTADOS & DISCUSSÃO

TESTE DE ADESÃO DE MICRO RISCOS USANDO TESTE MECÂNICO

A adesão do revestimento de PTFE ao substrato é medida usando testes de arranhão com uma ponta de diamante de 200 µm. A micrografia é mostrada na FIGURA 3 e FIGURA 4, Evolução do COF e profundidade de penetração na FIGURA 5. Os resultados do teste de arranhão do revestimento de PTFE estão resumidos na TABELA 4. À medida que a carga na ponta de diamante aumentou, ela penetrou progressivamente no revestimento, resultando em um aumento no COF. Quando uma carga de ~8,5 N foi atingida, o rompimento do revestimento e a exposição do substrato ocorreram sob alta pressão, levando a um alto COF de ~0,3. O St Dev baixo mostrado na TABELA 2 demonstra a repetibilidade do teste de arranhão do revestimento de PTFE conduzido usando o testador mecânico NANOVEA.

FIGURA 3: Micrografia do arranhão completo em PTFE (10X).

FIGURA 4: Micrografia do arranhão completo em PTFE (10X).

FIGURA 5: Gráfico de atrito mostrando a linha do ponto crítico de falha do PTFE.

*ARRANHÃO*	*Ponto de Falha [N]*	*Força de Atrito [N]*	*COF*
1	0.335	0.124	0.285
2	0.337	0.207	0.310
3	0.380	0.229	0.295
Média	8.52	2.47	0.297
St dev	0.17	0.16	0.012

TABELA 2: Resumo da carga crítica, força de atrito e COF durante o teste de raspagem.

CONCLUSÃO

Neste estudo, realizamos uma simulação do processo de desgaste de um revestimento de PTFE para panelas antiaderentes usando o Tribômetro NANOVEA T50 no modo recíproco linear. O revestimento de PTFE exibiu um baixo COF de ~0,18, o revestimento experimentou um avanço em torno de 130 revoluções. A avaliação quantitativa da adesão do revestimento de PTFE ao substrato de metal foi realizada usando o NANOVEA Mechanical Tester, que determinou a carga crítica da falha de adesão do revestimento em ~8,5 N neste teste.

Os tribômetros NANOVEA oferecem recursos de teste de atrito e desgaste precisos e repetíveis usando modos rotativos e lineares compatíveis com ISO e ASTM. Eles fornecem módulos opcionais para desgaste em alta temperatura, lubrificação e tribocorrosão, todos integrados em um único sistema. Essa versatilidade permite que os usuários simulem ambientes de aplicação do mundo real com mais precisão e compreendam melhor os mecanismos de desgaste e as propriedades tribológicas de diferentes materiais.

Os Testadores Mecânicos NANOVEA oferecem módulos Nano, Micro e Macro, cada um dos quais inclui modos de teste de indentação, arranhão e desgaste compatíveis com ISO e ASTM, fornecendo a mais ampla e amigável gama de recursos de teste disponíveis em um único sistema.

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Mapeamento de desgaste progressivo de pisos usando tribômetro

Teste de desgaste do piso

Mapeamento progressivo do desgaste do piso usando tribômetro com perfilômetro integrado

Preparado por

LIU FRANCA

INTRODUÇÃO

Os materiais do piso são projetados para serem duráveis, mas muitas vezes sofrem desgaste devido às atividades cotidianas, como movimento e uso de móveis. Para garantir sua longevidade, a maioria dos tipos de piso possui uma camada protetora contra desgaste que resiste a danos. No entanto, a espessura e a durabilidade da camada de desgaste variam dependendo do tipo de piso e do nível de tráfego de pedestres. Além disso, diferentes camadas dentro da estrutura do piso, como revestimentos UV, camadas decorativas e esmaltes, apresentam taxas de desgaste variadas. É aí que entra o mapeamento de desgaste progressivo. Usando o Tribômetro NANOVEA T2000 com um Perfilômetro 3D sem contato, monitoramento preciso e análise do desempenho e longevidade dos materiais de piso podem ser feitos. Ao fornecer informações detalhadas sobre o comportamento de desgaste de vários materiais de piso, cientistas e profissionais técnicos podem tomar decisões mais informadas ao selecionar e projetar novos sistemas de piso.

IMPORTÂNCIA DO MAPEAMENTO DE DESGASTE PROGRESSIVO PARA PAINÉIS DE PISO

Tradicionalmente, os testes de pisos têm se concentrado na taxa de desgaste de uma amostra para determinar sua durabilidade contra o desgaste. No entanto, o mapeamento de desgaste progressivo permite analisar a taxa de desgaste da amostra durante todo o teste, fornecendo informações valiosas sobre seu comportamento de desgaste. Essa análise aprofundada permite correlações entre os dados de atrito e a taxa de desgaste, o que pode identificar as causas principais do desgaste. Deve-se observar que as taxas de desgaste não são constantes durante os testes de desgaste. Portanto, observar a progressão do desgaste proporciona uma avaliação mais precisa do desgaste da amostra. Indo além dos métodos de teste tradicionais, a adoção do mapeamento de desgaste progressivo contribuiu para avanços significativos no campo de testes de pisos.

O Tribômetro NANOVEA T2000 com perfilômetro 3D sem contato integrado é uma solução inovadora para testes de desgaste e medições de perda de volume. Sua capacidade de se mover com precisão entre o pino e o perfilômetro garante a confiabilidade dos resultados, eliminando qualquer desvio no raio ou localização da trilha de desgaste. Mas isso não é tudo – os recursos avançados do perfilômetro sem contato 3D permitem medições de superfície em alta velocidade, reduzindo o tempo de digitalização para meros segundos. Com capacidade de aplicar cargas de até 2.000 N e atingir velocidades de fiação de até 5.000 rpm, a NANOVEA T2000 Tribômetro oferece versatilidade e precisão no processo de avaliação. Está claro que este equipamento desempenha um papel vital no mapeamento do desgaste progressivo.

FIGURA 1: Configuração da amostra antes do teste de desgaste (esquerda) e profilometria da trilha de desgaste após o teste de desgaste (direita).

OBJETIVO DA MEDIÇÃO

O teste de mapeamento de desgaste progressivo foi realizado em dois tipos de materiais de piso: pedra e madeira. Cada amostra foi submetida a um total de 7 ciclos de teste, com durações crescentes de 2, 4, 8, 20, 40, 60 e 120 s, permitindo uma comparação do desgaste ao longo do tempo. Após cada ciclo de teste, a trilha de desgaste foi perfilada usando o NANOVEA 3D Non-Contact Profilometer. A partir dos dados coletados pelo perfilômetro, o volume do furo e a taxa de desgaste podem ser analisados usando os recursos integrados do software NANOVEA Tribometer ou do nosso software de análise de superfície, Mountains.

NANOVEA T2000 Alta Carga
Tribômetro pneumático

AS AMOSTRAS

PARÂMETROS DE TESTE DE MAPEAMENTO DE DESGASTE

CARREGAR	40 N
DURAÇÃO DO TESTE	varia
SPEED	200 rpm
RADIUS	10 mm
DISTÂNCIA	varia
MATERIAL DA ESFERA	Carbeto de tungstênio
DIÂMETRO DA ESFERA	10 mm

A duração do teste usada nos 7 ciclos foi 2, 4, 8, 20, 40, 60 e 120 segundosrespectivamente. As distâncias percorridas foram 0,40, 0,81, 1,66, 4,16, 8,36, 12,55 e 25,11 metros.

RESULTADOS DO MAPEAMENTO DE DESGASTE

Piso de madeira

*Ciclo de teste*	*COF máximo*	*Mínimo COF*	*Avg. COF*
1	0.335	0.124	0.275
2	0.337	0.207	0.295
3	0.380	0.229	0.329
4	0.393	0.265	0.354
5	0.352	0.205	0.314
6	0.345	0.199	0.312
7	0.315	0.211	0.293

ORIENTAÇÃO RADIAL

*Ciclo de teste*	*Perda de volume total (µm3)*	Distância total Percorrida (m)	Taxa de desgaste (mm/Nm) x10^-5	Taxa de desgaste instantâneo (mm/Nm) x10^-5
1	296247687	0.40	1833.746	1833.746
2	355245227	1.22	1093.260	181.5637
3	596371326	2.88	898.242	363.1791
4	883747767	7.04	530.629	172.5496
5	1207179951	15.40	360.889	96.69074
6	1472745318	27.95	293.329	52.89311
7	1851319210	53.06	184.343	37.69599

FIGURA 2: Taxa de desgaste versus distância total percorrida (esquerda)
e taxa de desgaste instantâneo versus ciclo de teste (direita) para pisos de madeira.

FIGURA 3: Gráfico COF e visualização 3D do rastro de desgaste do teste #7 em piso de madeira.

FIGURA 4: Análise da seção transversal da trilha de desgaste de madeira do teste #7

FIGURA 5: Análise de volume e área da trilha de desgaste no teste de amostra de madeira #7.

Para obter detalhes completos sobre os resultados, clique aqui.

RESULTADOS DO MAPEAMENTO DE DESGASTE

Pavimento em pedra

*Ciclo de teste*	*COF máximo*	*Mínimo COF*	*Avg. COF*
1	0.249	0.035	0.186
2	0.349	0.197	0.275
3	0.294	0.154	0.221
4	0.503	0.124	0.273
5	0.548	0.106	0.390
6	0.510	0.129	0.434
7	0.527	0.181	0.472

ORIENTAÇÃO RADIAL

*Ciclo de teste*	*Perda de volume total (µm3)*	Distância total Percorrida (m)	Taxa de desgaste (mm/Nm) x10^-5	Taxa de desgaste instantâneo (mm/Nm) x10^-5
1	96278846	0.40	595.957	595.9573
2	804289731	1.22	2475.185	2178.889
3	1316147855	2.88	1982.355	770.9501
4	3136530215	7.04	1883.269	1093.013
5	10821732180	15.40	3235.180	2297.508
6	20174960343	27.95	4018.282	1862.899
7	42512063420	53.06	4233.081	2224.187

FIGURA 6: Taxa de desgaste versus distância total percorrida (esquerda)
e taxa de desgaste instantâneo versus ciclo de teste (direita) para pisos de pedra.

FIGURA 7: Gráfico COF e visualização 3D do rastro de desgaste do teste #7 em piso de pedra.

FIGURA 8: Análise de seção transversal da trilha de desgaste de pedra do teste #7.

FIGURA 9: Análise de volume e área da trilha de desgaste no teste de amostra de pedra #7.

Para obter detalhes completos sobre os resultados, clique aqui.

DISCUSSÃO

A taxa de desgaste instantânea é calculada com a seguinte equação:

Onde V é o volume de um furo, N é a carga e X é a distância total, essa equação descreve a taxa de desgaste entre os ciclos de teste. A taxa de desgaste instantânea pode ser usada para identificar melhor as alterações na taxa de desgaste durante o teste.

Ambas as amostras têm comportamentos de desgaste muito diferentes. Com o tempo, o piso de madeira começa com uma alta taxa de desgaste, mas cai rapidamente para um valor menor e estável. No caso do piso de pedra, a taxa de desgaste parece começar em um valor baixo e tende a um valor mais alto ao longo dos ciclos. A taxa de desgaste instantâneo também apresenta pouca consistência. Não se sabe ao certo o motivo específico da diferença, mas pode ser devido à estrutura das amostras. O piso de pedra parece consistir de partículas soltas semelhantes a grãos, que se desgastariam de forma diferente em comparação com a estrutura compacta da madeira. Testes e pesquisas adicionais seriam necessários para determinar a causa desse comportamento de desgaste.

Os dados do coeficiente de atrito (COF) parecem concordar com o comportamento de desgaste observado. O gráfico do COF do piso de madeira parece consistente ao longo dos ciclos, complementando sua taxa de desgaste constante. Para o piso de pedra, o COF médio aumenta ao longo dos ciclos, da mesma forma que a taxa de desgaste também aumenta com os ciclos. Também há mudanças aparentes na forma dos gráficos de atrito, sugerindo mudanças na forma como a bola está interagindo com a amostra de pedra. Isso é mais evidente no ciclo 2 e no ciclo 4.

CONCLUSÃO

O tribômetro NANOVEA T2000 demonstra sua capacidade de realizar o mapeamento progressivo do desgaste, analisando a taxa de desgaste entre duas amostras diferentes de pisos. Pausar o teste de desgaste contínuo e escanear a superfície com o NANOVEA 3D Non-Contact Profilometer fornece informações valiosas sobre o comportamento de desgaste do material ao longo do tempo.

O tribômetro NANOVEA T2000 com o perfilômetro 3D sem contato integrado fornece uma ampla variedade de dados, incluindo dados de COF (coeficiente de atrito), medições de superfície, leituras de profundidade, visualização de superfície, perda de volume, taxa de desgaste e muito mais. Esse conjunto abrangente de informações permite que os usuários obtenham uma compreensão mais profunda das interações entre o sistema e a amostra. Com sua carga controlada, alta precisão, facilidade de uso, alta carga, ampla faixa de velocidade e módulos ambientais adicionais, o Tribômetro NANOVEA T2000 leva a tribologia para o próximo nível.

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Análise mecânica dinâmica da cortiça usando nanoindentação

ANÁLISE MECÂNICA DINÂMICA

DE CORTIÇA USANDO NANOINDENTAÇÃO

Preparado por

LIU FRANCA

INTRODUÇÃO

A Análise Mecânica Dinâmica (DMA) é uma técnica poderosa usada para investigar as propriedades mecânicas dos materiais. Nesta aplicação, nos concentramos na análise da cortiça, um material amplamente utilizado nos processos de vedação e envelhecimento do vinho. A cortiça, obtida da casca do carvalho Quercus suber, apresenta estruturas celulares distintas que proporcionam propriedades mecânicas semelhantes às dos polímeros sintéticos. Em um eixo, a cortiça tem estrutura de favo de mel. Os outros dois eixos são estruturados em múltiplos prismas retangulares. Isso confere à cortiça propriedades mecânicas diferentes, dependendo da orientação que está sendo testada.

IMPORTÂNCIA DO TESTE DE ANÁLISE MECÂNICA DINÂMICA (DMA) NA AVALIAÇÃO DAS PROPRIEDADES MECÂNICAS DA CORTIÇA

A qualidade das rolhas depende muito de suas propriedades mecânicas e físicas, que são cruciais para sua eficácia na vedação do vinho. Entre os principais fatores que determinam a qualidade da cortiça estão a flexibilidade, o isolamento, a resiliência e a impermeabilidade a gases e líquidos. Ao utilizar o teste de análise mecânica dinâmica (DMA), podemos avaliar quantitativamente as propriedades de flexibilidade e resiliência das rolhas, fornecendo um método confiável de avaliação.

O testador mecânico PB1000 da NANOVEA no Nanoindentação O modo DMA permite a caracterização dessas propriedades, especificamente o módulo de Young, o módulo de armazenamento, o módulo de perda e o tan delta (tan (δ)). O teste de DMA também permite a coleta de dados valiosos sobre mudança de fase, dureza, tensão e deformação do material de cortiça. Por meio dessas análises abrangentes, obtemos insights mais profundos sobre o comportamento mecânico das rolhas e sua adequação para aplicações de vedação de vinhos.

OBJETIVO DA MEDIÇÃO

Neste estudo, realizamos uma análise dinâmico-mecânica (DMA) em quatro rolhas de cortiça usando o NANOVEA PB1000 Mechanical Tester no modo de nanoindentação. A qualidade das rolhas de cortiça é rotulada como: 1 - Flor, 2 - Primeira, 3 - Colmatada, 4 - Borracha sintética. Os testes de indentação DMA foram realizados nas direções axial e radial para cada rolha de cortiça. Ao analisar a resposta mecânica das rolhas de cortiça, nosso objetivo foi obter informações sobre seu comportamento dinâmico e avaliar seu desempenho sob diferentes orientações.

NANOVEA

PB1000

PARÂMETROS DE TESTE

FORÇA MÁXIMA	75 mN
TAXA DE CARREGAMENTO	150 mN/min
TAXA DE DESLOCAÇÃO	150 mN/min
AMPLITUDE	5 mN
FREQÜÊNCIA	1 Hz
CREEP	60 s

tipo indenter

Bola

51200 Aço

3 mm de diâmetro

RESULTADOS

Nas tabelas e gráficos abaixo, o módulo de Young, o módulo de armazenamento, o módulo de perda e o tan delta são comparados entre cada amostra e orientação.

Módulo de Young: Stiﬀness; valores altos indicam stiﬀ, valores baixos indicam ﬂexible.

Módulo de armazenamento: Resposta elástica; energia armazenada no material.

Módulo de perda: Resposta viscosa; energia perdida devido ao calor.

Tan (δ): Amortecimento; valores altos indicam mais amortecimento.

ORIENTAÇÃO AXIAL

*Rolha*	*MÓDULO DE YOUNG*	*MÓDULO DE ARMAZENAMENTO*	*MÓDULO PERDIDO*	*TAN*
#	*(MPa)*	*(MPa)*	*(MPa)*	*(δ)*
1	22.5675	22.27209	3.624947	0.162964
2	18.54664	18.27153	3.162349	0.17409
3	23.75381	23.47267	3.617819	0.154592
4	23.6972	23.58064	2.347008	0.099539

ORIENTAÇÃO RADIAL

*Rolha*	*MÓDULO DE YOUNG*	*MÓDULO DE ARMAZENAMENTO*	*MÓDULO PERDIDO*	*TAN*
#	*(MPa)*	*(MPa)*	*(MPa)*	*(δ)*
1	24.78863	24.56542	3.308224	0.134865
2	26.66614	26.31739	4.286216	0.163006
3	44.07867	43.61426	6.365979	0.146033
4	28.04751	27.94148	2.435978	0.087173

MÓDULO DE YOUNG

MÓDULO DE ARMAZENAMENTO

MÓDULO PERDIDO

TAN DELTA

Entre as rolhas de cortiça, o módulo de Young não é muito diferente quando testado na orientação axial. Apenas as rolhas #2 e #3 apresentaram uma diferença aparente no módulo de Young entre as direções radial e axial. Como resultado, o módulo de armazenamento e o módulo de perda também serão maiores na direção radial do que na direção axial. A rolha #4 apresenta características semelhantes às das rolhas de cortiça natural, exceto no módulo de perda. Isso é bastante interessante, pois significa que a cortiça natural tem uma propriedade mais viscosa do que o material de borracha sintética.

CONCLUSÃO

A NANOVEA Testador Mecânico no modo Nano Scratch Tester permite a simulação de muitas falhas reais de revestimentos de pintura e revestimentos duros. Ao aplicar cargas crescentes de forma controlada e monitorada de perto, o instrumento permite identificar em que carga ocorrem falhas. Isso pode então ser usado como uma forma de determinar valores quantitativos de resistência a arranhões. Sabe-se que o revestimento testado, sem desgaste, apresenta uma primeira fissura a cerca de 22 mN. Com valores mais próximos de 5 mN, fica claro que a volta de 7 anos degradou a pintura.

A compensação do perfil original permite obter a profundidade corrigida durante o arranhão e também medir a profundidade residual após o arranhão. Isso fornece informações adicionais sobre o comportamento plástico versus elástico do revestimento sob carga crescente. Tanto as rachaduras quanto as informações sobre deformação podem ser de grande utilidade para melhorar o revestimento duro. Os desvios padrão muito pequenos também demonstram a reprodutibilidade da técnica do instrumento, o que pode ajudar os fabricantes a melhorar a qualidade de seu revestimento/pintura e a estudar os efeitos das intempéries.

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Nano Scratch & Mar Testing de tinta em substrato metálico

Teste Nano Scratch & Mar

de tinta em substrato metálico

Preparado por

SUSANA CABELLO

INTRODUÇÃO

A tinta com ou sem revestimento duro é um dos revestimentos mais comumente usados. Nós a vemos em carros, paredes, eletrodomésticos e em praticamente qualquer coisa que precise de algum revestimento protetor ou simplesmente para fins estéticos. As tintas destinadas à proteção do substrato subjacente geralmente contêm produtos químicos que evitam que a tinta pegue fogo ou simplesmente que ela perca a cor ou rache. Muitas vezes, a tinta usada para fins estéticos vem em várias cores, mas pode não ser necessariamente destinada à proteção do substrato ou a uma longa vida útil.

No entanto, toda tinta sofre algum desgaste com o tempo. O desgaste da tinta muitas vezes pode alterar as propriedades que os fabricantes pretendiam que ela tivesse. Ela pode lascar mais rapidamente, descascar com o calor, perder a cor ou rachar. As diferentes mudanças de propriedade da tinta ao longo do tempo são a razão pela qual os fabricantes oferecem uma seleção tão ampla. As tintas são feitas sob medida para atender a diferentes requisitos de clientes individuais.

IMPORTÂNCIA DO TESTE DE NANO-RISCOS PARA O CONTROLE DE QUALIDADE

Uma das principais preocupações dos fabricantes de tintas é a capacidade do produto de resistir a rachaduras. Quando a tinta começa a rachar, ela deixa de proteger o substrato em que foi aplicada e, portanto, não satisfaz o cliente. Por exemplo, se um galho atingir a lateral de um carro e imediatamente depois a tinta começar a lascar, os fabricantes da tinta perderão o negócio devido à má qualidade da tinta. A qualidade da tinta é muito importante porque, se o metal sob a tinta ficar exposto, ele pode começar a enferrujar ou corroer devido à nova exposição.

Razões como essa se aplicam a vários outros espectros, como suprimentos domésticos e de escritório e eletrônicos, brinquedos, ferramentas de pesquisa e muito mais. Embora a tinta possa ser resistente a rachaduras quando aplicada pela primeira vez em revestimentos de metal, as propriedades podem mudar com o tempo, quando ocorre algum desgaste na amostra. Por isso, é muito importante que as amostras de tinta sejam testadas em seu estágio de intemperismo. Embora as rachaduras sob alta carga de estresse possam ser inevitáveis, o fabricante deve prever o grau de enfraquecimento das mudanças ao longo do tempo e a profundidade do arranhão afetado para oferecer aos consumidores os melhores produtos possíveis.

OBJETIVO DA MEDIÇÃO

Devemos simular o processo de arranhar de forma controlada e monitorada para observar os efeitos do comportamento da amostra. Nesse aplicativo, o testador mecânico NANOVEA PB1000 no modo Nano Scratch Testing é usado para medir a carga necessária para causar falha em uma amostra de tinta de 30-50 μm de espessura com aproximadamente 7 anos de idade em um substrato de metal.

Um estilete com ponta de diamante de 2 μm é usado em uma carga progressiva que varia de 0,015 mN a 20,00 mN para riscar o revestimento. Realizamos uma varredura antes e depois da pintura com carga de 0,2 mN para determinar o valor da profundidade real do arranhão. A profundidade real analisa a deformação plástica e elástica da amostra durante o teste, enquanto a varredura posterior analisa apenas a deformação plástica do arranhão. O ponto em que o revestimento falha por rachadura é considerado o ponto de falha. Usamos a ASTMD7187 como guia para determinar nossos parâmetros de teste.

Podemos concluir que o fato de termos usado uma amostra desgastada, portanto, testando uma amostra de tinta em seu estágio mais fraco, nos apresentou pontos de falha menores.

Cinco testes foram realizados nessa amostra para

determinar as cargas críticas de falha exatas.

NANOVEA

PB1000

PARÂMETROS DE TESTE

seguintes ASTM D7027

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.

TIPO CARREGADO	Progressivo
CARGA INICIAL	0,015 mN
CARGA FINAL	20 mN
TAXA DE CARREGAMENTO	20 mN/min
COMPRIMENTO DE SCRATCH	1,6 mm
VELOCIDADE DE RASTREAMENTO, dx/dt	1.601 mm/min
CARREGAMENTO DE PRÉ-ESCANEAMENTO	0,2 mN
CARGA PÓS-SCAN	0,2 mN

tipo indenter

Cônico

Cone de diamante 90°

Raio da ponta de 2 µm

RESULTADOS

Esta seção apresenta os dados coletados sobre as falhas durante o teste de arranhão. A primeira seção descreve as falhas observadas no teste de arranhão e define as cargas críticas que foram relatadas. A próxima parte contém uma tabela de resumo das cargas críticas para todas as amostras e uma representação gráfica. A última parte apresenta resultados detalhados para cada amostra: as cargas críticas para cada arranhão, micrografias de cada falha e o gráfico do teste.

FALHAS OBSERVADAS E DEFINIÇÃO DE CARGAS CRÍTICAS

FALHA CRÍTICA:

DANOS INICIAIS

Esse é o primeiro ponto em que o dano é observado ao longo da trilha de arranhões.

FALHA CRÍTICA:

DANO TOTAL

Nesse ponto, o dano é mais significativo, onde a pintura está lascando e rachando ao longo da trilha de arranhões.

RESULTADOS DETALHADOS

* Valores de falha obtidos no ponto de rachadura do substrato.

CARGAS CRÍTICAS
SCRATCH	DANO INICIAL [mN]	DANO COMPLETO [µm]
1	14.513	4.932
2	3.895	4.838
3	3.917	4.930

MÉDIA	3.988	4.900
STD DEV	0.143	0.054

FIGURA 2: Micrografia do arranhão completo (ampliação de 1000x).

FIGURA 3: Micrografia do dano inicial (ampliação de 1000x).

FIGURA 4: Micrografia de dano completo (ampliação de 1000x).

FIGURA 5: Força de atrito e coeficiente de atrito.

FIGURA 6: Perfil da superfície.

FIGURA 7: Profundidade real e profundidade residual.

CONCLUSÃO

A NANOVEA Testador Mecânico no Nano Scratch Tester permite a simulação de muitas falhas reais de revestimentos de tinta e revestimentos duros. Ao aplicar cargas crescentes de forma controlada e monitorada de perto, o instrumento permite identificar em que carga ocorrem as falhas. Isso pode ser usado como uma forma de determinar valores quantitativos para a resistência a arranhões. O revestimento testado, sem intempéries, é conhecido por ter uma primeira rachadura em cerca de 22 mN. Com valores mais próximos de 5 mN, fica claro que a pintura foi degradada pela passagem de 7 anos.

A compensação do perfil original permite obter a profundidade corrigida durante o arranhão e medir a profundidade residual após o arranhão. Isso fornece informações adicionais sobre o comportamento plástico versus elástico do revestimento sob carga crescente. Tanto as rachaduras quanto as informações sobre deformação podem ser de grande utilidade para melhorar o revestimento duro. Os desvios padrão muito pequenos também demonstram a reprodutibilidade da técnica do instrumento, o que pode ajudar os fabricantes a melhorar a qualidade de seu revestimento/pintura e a estudar os efeitos das intempéries.

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