Mechanical Testing Application Notes - NANOVEA: Profilômetros, tribômetros, nanoindentadores e testadores de arranhões avançados para testes de materiais

Humidity-Controlled Nanoindentation of Polymer Materials

Andrew Shore — Wed, 02 Sep 2026 21:48:17 +0000

Application Note | Environmental Nanoindentation

Humidity-Controlled Nanoindentation of Polymer Films

Measuring Hardness and Creep Under Controlled Relative Humidity

Research & Experimental Testing

Duanjie Li, PhD & Andrea Novitsky

Visual Design & Editorial

Andrew Shore

Introdução

Polymers are viscoelastic materials, meaning their mechanical response can change with time and environmental conditions. Under sustained loading, they can gradually deform through creep, with the rate of deformation influenced by factors such as material properties, exposure time, temperature, and humidity.

As environmental humidity changes, the mechanical behavior of polymer materials can change as well. Measuring hardness and creep under controlled relative humidity provides a quantitative way to evaluate how moisture exposure affects polymer performance.

Why Humidity-Controlled Nanoindentation Matters

The mechanical properties of polymers can change as environmental humidity increases. As moisture is absorbed, polymers may exhibit mechano-sorptive effects, including accelerated creep and changes in deformation behavior under load.

Reliable characterization therefore requires more than measuring the material at a single ambient condition. Humidity-controlled nanoindentation enables hardness and creep to be measured while both the sample and indenter are maintained in a uniform controlled environment.

The NANOVEA Mechanical Tester uses an isolated humidity enclosure around the indentation tip and sample surface to maintain consistent relative humidity during testing. This helps minimize measurement drift caused by humidity gradients and provides a quantitative way to evaluate moisture-dependent mechanical behavior.

Objetivo da medição

The objective of this study was to evaluate how controlled relative humidity influences the hardness and creep behavior of a polymer film using nanoindentação.

The polymer film was tested in an isolated environment with uniform humidity surrounding both the sample and indenter, allowing its mechanical response to be measured under controlled moisture conditions.

NANOVEA PB1000 Advanced

Testador Mecânico

Condições de teste

A polymer film was tested by nanoindentation at 25, 35, 45, 55, 65, and 75% relative humidity. Both the sample and indenter were maintained inside an isolated enclosure with uniform humidity controlled throughout the test.

Polymer film sample used for humidity-controlled nanoindentation testing.

A Berkovich diamond indenter was used with a maximum load of 10 mN. The load was applied and removed at 20 mN/min, and creep was measured from the change in indentation depth during a 10 s hold at maximum load.

Hardness was calculated using ASTM E2546 and the Oliver & Pharr method. The test conditions are summarized below.

Humidity (%)	25, 35, 45, 55, 65, 75
Maximum load	10 mN
Taxa de carregamento	20 mN/min
Unloading rate	20 mN/min
Creep time	10 s
Computation method	ASTM E2546 & Oliver & Pharr
Indenter type	Berkovich diamond

Resultados e Discussão

The load-displacement curves show a progressive increase in penetration depth as relative humidity rises, indicating that the polymer film becomes more susceptible to deformation under the same applied load.

Between 25% and 55% relative humidity, hardness decreased gradually from approximately 0.60 to 0.54 GPa, while creep depth increased from 36 to 48 nm. At higher humidity, the changes became substantially more pronounced. Hardness decreased to 0.46 GPa at 65% RH and 0.31 GPa at 75% RH, while creep depth increased to 80 nm and 105 nm, respectively.

The original study attributes this stronger response at elevated humidity to moisture absorption and swelling of the polymer film. It identifies the transition between 55% and 65% RH as the range where swelling becomes significant, corresponding with the sharp increase in creep observed during indentation.

These results demonstrate why humidity can be an important test variable when evaluating polymers intended for moisture-rich environments. Measuring both hardness and creep across controlled humidity levels provides a more complete view of how the material responds mechanically as environmental conditions change.

Nanoindentation load-displacement curves at relative humidity levels from 25% to 75%.

Polymer hardness decreases while creep depth increases as relative humidity rises from 25% to 75%.

Conclusão

Humidity-controlled nanoindentation revealed a clear change in the mechanical response of the polymer film as relative humidity increased. Across the tested range from 25% to 75% RH, hardness progressively decreased while creep increased.

At 65% RH and above, the polymer exhibited substantially greater creep deformation during the hold at maximum load, corresponding with the sharper reduction in hardness observed at higher humidity.

By maintaining both the sample and indenter within an isolated environment of uniform relative humidity, the NANOVEA Mechanical Tester enables hardness and creep to be measured while minimizing the influence of humidity-gradient drift. This provides a quantitative method for evaluating the moisture-dependent mechanical behavior of polymer materials under controlled environmental conditions.

Frequently Asked Questions About Humidity-Controlled Nanoindentation

Why does humidity affect polymer hardness and creep?

Polymers can absorb moisture from the surrounding environment, which can alter their mechanical response. Depending on the material, increased moisture can reduce resistance to deformation and increase time-dependent creep. In this study, increasing relative humidity corresponded with decreasing hardness and increasing creep depth.

Can nanoindentation be performed under controlled humidity?

Yes. Nanoindentation can be performed inside a controlled environmental enclosure so that both the sample and indenter are exposed to a defined relative humidity during testing. This makes it possible to compare mechanical properties under different moisture conditions rather than relying solely on uncontrolled ambient laboratory conditions.

Why test polymers at controlled relative humidity instead of ambient conditions?

Ambient humidity can vary and may not represent the conditions a polymer experiences during storage, processing, or use. Controlling relative humidity allows the environmental condition to become a defined test variable, making it possible to determine whether changes in hardness, creep, or deformation behavior are associated with moisture exposure.

What mechanical properties can be measured under controlled humidity?

Depending on the test method, nanoindentation can evaluate properties including hardness, elastic modulus, and time-dependent creep behavior under controlled environmental conditions. In this study, hardness and creep were measured as relative humidity changed.

What materials can benefit from humidity-controlled nanoindentation?

Humidity-controlled testing can be particularly useful for polymers, thin films, coatings, and other materials whose mechanical behavior may be influenced by moisture absorption. The appropriate humidity range and indentation conditions depend on the material and application.

How can humidity-controlled nanoindentation support material development?

Testing across multiple relative humidity levels can reveal whether a material maintains its mechanical properties as environmental moisture changes. This can support material comparison, formulation development, coating evaluation, failure investigation, and the assessment of materials intended for humidity-sensitive applications.

Can NANOVEA perform humidity-controlled nanoindentation as a laboratory service?

Yes. NANOVEA can perform nanoindentation testing under controlled environmental conditions to evaluate properties such as hardness and creep as humidity changes. Test parameters can be selected according to the material, expected service conditions, and the specific engineering question being investigated.

Need Humidity-Controlled Nanoindentation for Your Material?

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High Temperature Brinell Hardness Testing

Andrew Shore — Thu, 20 Aug 2026 23:22:06 +0000

Application Note | High Temperature Mechanical Testing

High Temperature Hardness Testing of Steel Using Brinell Indentation

Mapping Steel Hardness Loss from Room Temperature to 925°C with NANOVEA T2000 Tribometer

Research & Experimental Testing

Frank Liu

Visual Design & Editorial

Andrew Shore

Introdução

High temperature hardness testing provides insight into how the mechanical behavior of metals changes as temperature increases. Materials that exhibit high hardness at room temperature can soften significantly when exposed to elevated temperatures, making temperature-dependent hardness an important consideration when selecting materials for applications such as jet engines, high-temperature processing equipment, and other thermally demanding environments.

In this study, a steel sample was evaluated using Brinell indentation with the NANOVEA T2000 Tribometer. Hardness measurements were performed at 25, 200, 400, 600, 800, and 925°C to map the change in steel hardness with temperature. The results show a gradual reduction in hardness through approximately 600°C, followed by a much sharper decline at higher temperatures, resulting in an 84% decrease in hardness between room temperature and 925°C.

Why High Temperature Hardness Testing Matters

Hardness is a mechanical property that describes a material’s resistance to localized deformation. Higher hardness generally corresponds to greater resistance to indentation and permanent surface deformation.

Temperature can significantly alter this behavior. A material that remains hard at room temperature may soften as temperature increases, changing its mechanical response under elevated-temperature conditions. For materials intended for high-temperature applications, understanding these changes is important when evaluating their mechanical limits.

High temperature hardness testing makes it possible to measure these changes directly as temperature increases rather than relying only on room-temperature properties. In this study, the steel sample provides a clear example of how hardness can remain relatively stable over part of the temperature range before declining rapidly at higher temperatures.

Objetivo da medição

The objective of this study was to evaluate how the Brinell hardness of steel changes as temperature increases from room temperature to 925°C.

Using a 10 mm tungsten carbide (WC) ball, a load of 1000 N (~100 kgf) was applied to the steel sample at 25, 200, 400, 600, 800, and 925°C. The resulting indentations were measured using NANOVEA’s 3D Line Sensor to determine their diameter for Brinell hardness calculation.

NANOVEA T2000 Alta Carga

Tribômetro pneumático

Procedimento de teste

High temperature Brinell hardness testing was performed with the steel sample mounted inside the NANOVEA T2000 heated chamber. The sample was tested at six temperatures from 25°C to 925°C using a 10 mm tungsten carbide (WC) ball with an applied test force of 1000 N (~100 kgf).

The test parameters used throughout the study are summarized below.

Steel sample mounted in the NANOVEA T2000 high temperature chamber for Brinell hardness testing from 25°C to 925°C.

Parâmetros de teste

Test Parameter	High Temperature Brinell Hardness Setup
Temperatura	25, 200, 400, 600, 800, 925°C
Test force	1000 N (~100 kgf)
Force-diameter ratio	1
Ball material	Tungsten carbide (WC)
Ball diameter	10 mm

Steel samples used in the high temperature Brinell hardness study from room temperature to 925°C.

Resultados e Discussão

Brinell hardness was calculated from the applied force, ball diameter, and measured indentation diameter using the equation below:

Where F (kgf) is the applied force expressed in kilogram-force, D is the ball diameter, and d is the measured indentation diameter. Two diameter measurements were taken for each indent and averaged to determine the value of d used in the hardness calculation.

Load vs. time profile for the 1000 N Brinell indentations performed during high temperature hardness testing.

The loading curve shows the applied load profile used during indentation. A consistent 1000 N (~100 kgf) test force was used throughout the temperature series so that the resulting indentation dimensions and calculated hardness values could be compared across each test condition.

Distância	Unit	A	B
HDist	mm	1.807	1.830

Brinell indentation measured at 800°C. Two diameter measurements of 1.807 mm and 1.830 mm were averaged to determine the indentation diameter used for hardness calculation.

At 800°C, the measured indentation diameters were 1.807 mm and 1.830 mm, producing an average diameter of approximately 1.819 mm. The indentation diameter increased substantially at the higher test temperatures as the steel became softer under the same applied load.

The measured indentation diameters were then used to calculate Brinell hardness at each temperature. The results show a relatively gradual decrease from 96.12 HBW at 25°C to 79.69 HBW at 600°C, followed by a much sharper decrease to 38.18 HBW at 800°C and 15.40 HBW at 925°C.

Brinell Hardness Results

Temperature (°C)	Diameter 1 (mm)	Diameter 2 (mm)	Average Diameter (mm)	HBW (10/100)
High Temperature Brinell Hardness Results
25	1.153	1.145	1.149	96.12
200	1.150	1.201	1.176	91.82
400	1.165	1.261	1.213	86.21
600	1.265	1.258	1.262	79.69
800	1.807	1.830	1.819	38.18
925	2.858	2.833	2.846	15.40

The temperature-dependent trend is clear. Steel hardness decreased moderately between room temperature and 600°C, then declined rapidly at higher temperatures. Between 25°C and 925°C, the measured Brinell hardness decreased from 96.12 to 15.40 HBW, representing an overall hardness loss of approximately 84%.

These results demonstrate why hardness measured at room temperature alone may not fully represent material behavior in high-temperature applications. For this steel sample, the most substantial loss in hardness occurred above approximately 600°C.

Conclusão

High temperature hardness testing revealed a strong temperature-dependent change in the Brinell hardness of the steel sample. Hardness decreased gradually as temperature increased from 25°C to 600°C, then declined much more sharply at higher temperatures. By 925°C, the measured hardness had fallen from 96.12 HBW to 15.40 HBW, representing an overall decrease of approximately 84%.

The study demonstrates the ability of the NANOVEA T2000 Tribometer to perform Brinell hardness measurements under elevated-temperature conditions. Using a 1000 N (~100 kgf) test force, the steel sample was evaluated from 25°C to 925°C, allowing its change in hardness to be measured directly across the tested temperature range.

The results also highlight the importance of selecting an appropriate force-diameter ratio across a wide temperature range. Because of the large difference in hardness between room temperature and high temperature, the study recommends a force-diameter ratio of 5 or 10 at lower temperatures, while a ratio of 1 is suitable above 900°C.

Frequently Asked Questions About High Temperature Hardness Testing

What is high temperature hardness testing used for?

High temperature hardness testing evaluates how a material’s resistance to indentation changes as temperature increases. It is useful for materials intended for thermally demanding applications where room-temperature hardness may not represent mechanical behavior at operating temperature.

Can Brinell hardness be measured at elevated temperatures?

Yes. Elevated-temperature Brinell hardness testing applies a controlled force using a ball of known diameter while the specimen is heated to the required test temperature. In this study, steel was tested from 25°C to 925°C using a 10 mm tungsten carbide ball and a 1000 N test force.

Why measure hardness while the material is hot?

Testing at temperature measures hardness under the thermal condition of interest rather than only after the specimen returns to room temperature. This makes it possible to directly characterize temperature-dependent softening and identify changes that may not be represented by room-temperature hardness values.

What equipment is used for high temperature hardness testing?

High temperature hardness testing requires controlled specimen heating, precise mechanical loading and measurement of the resulting indentation. The NANOVEA T2000 can integrate high-temperature environmental control with mechanical testing for evaluating material behavior under elevated-temperature conditions.

Can high temperature hardness testing be used for aerospace materials?

Yes. Elevated-temperature hardness measurements are relevant when evaluating materials intended for thermally demanding aerospace environments, including jet-engine and other high-temperature components. Testing helps characterize how hardness changes as exposure temperature increases.

Can NANOVEA perform high temperature hardness testing as a laboratory service?

NANOVEA provides materials testing services using its mechanical testing and tribology platforms. Application requirements, temperature range, load, specimen geometry and measurement method can be reviewed with a NANOVEA applications engineer to determine an appropriate high-temperature testing approach.

Need High Temperature Hardness Testing for Your Material?

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Teste de resistência a arranhões de protetores de tela de telefones

Andrew Shore — Wed, 12 Nov 2025 17:42:04 +0000

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?

The post Scratch Resistance Testing of Phone Screen Protectors appeared first on NANOVEA: Advanced Profilometers, Tribometers, Nanoindenters, and Scratch Testers for Materials Testing.

Teste de Desgaste do Revestimento de PTFE

nanovea — Qui, 22 de junho de 2023 19:11:39 +0000

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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Análise mecânica dinâmica da cortiça usando nanoindentação

nanovea — Quarta-feira, 17 de maio de 2023 14:15:13 +0000

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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Teste Nano Scratch & Mar de tinta em substrato de metal

nanovea — Ter, 02 de maio de 2023 15:12:43 +0000

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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Dureza de Arranhão a Alta Temperatura usando um Tribômetro

nanovea — Qui, 14 de julho de 2022 16:56:16 +0000

DUREZA DE ARRANHÕES A ALTAS TEMPERATURAS

USANDO UM TRIBÔMETRO

Preparado por

DUANJIE, PhD

INTRODUÇÃO

A dureza mede a resistência dos materiais à deformação permanente ou plástica. Desenvolvido originalmente por um mineralogista alemão Friedrich Mohs em 1820, o teste de dureza de arranhões determina a dureza de um material a arranhões e abrasão devido ao atrito de um objeto cortante.¹. A escala de Mohs é um índice comparativo e não uma escala linear, portanto uma medição de dureza de arranhões mais precisa e qualitativa foi desenvolvida como descrito na norma ASTM G171-03.². Ele mede a largura média do risco criado por um estilete de diamante e calcula o número de dureza do risco (HSP).

IMPORTÂNCIA DA MEDIÇÃO DA DUREZA DOS ARRANHÕES EM ALTAS TEMPERATURAS

Os materiais são selecionados com base nas exigências do serviço. Para aplicações que envolvem mudanças significativas de temperatura e gradientes térmicos, é fundamental investigar as propriedades mecânicas dos materiais a altas temperaturas para estar plenamente ciente dos limites mecânicos. Os materiais, especialmente os polímeros, geralmente amolecem a altas temperaturas. Muitas falhas mecânicas são causadas pela deformação por fluência e fadiga térmica ocorrendo apenas a temperaturas elevadas. Portanto, uma técnica confiável para medir a dureza a altas temperaturas é necessária para garantir uma seleção adequada dos materiais para aplicações a altas temperaturas.

OBJETIVO DA MEDIÇÃO

Neste estudo, o Tribômetro NANOVEA T50 mede a dureza ao risco de uma amostra de Teflon em diferentes temperaturas, desde a temperatura ambiente até 300ºC. A capacidade de realizar medições de dureza a riscos em alta temperatura torna o NANOVEA Tribômetro um sistema versátil para avaliações tribológicas e mecânicas de materiais para aplicações em altas temperaturas.

NANOVEA

T50

CONDIÇÕES DE TESTE

O Tribômetro NANOVEA T50 Free Weight Standard foi usado para realizar os testes de dureza de arranhões em uma amostra de Teflon a temperaturas que variam da temperatura ambiente (RT) a 300°C. O teflon tem um ponto de derretimento de 326,8°C. Foi utilizada uma ponta diamantada cônica de ângulo de ápice de 120° com raio de ponta de 200 µm. A amostra de teflon foi fixada no estágio rotativo da amostra com uma distância de 10 mm até o centro do estágio. A amostra foi aquecida por um forno e testada a temperaturas de RT, 50°C, 100°C, 150°C, 200°C, 250°C e 300°C.

PARÂMETROS DE TESTE

da medição da dureza de arranhões a alta temperatura

FORÇA NORMAL	2 N
VELOCIDADE DE DESLIZAMENTO	1 mm/s
DISTÂNCIA DE DESLIZAMENTO	8mm por temperatura
ATMOSPHERE	Ar
TEMPERATURA	RT, 50°C, 100°C, 150°C, 200°C, 250°C, 300°C.

RESULTADOS & DISCUSSÃO

Os perfis de arranhões da amostra de Teflon em diferentes temperaturas são mostrados no FIGURA 1 para comparar a dureza do arranhão em diferentes temperaturas elevadas. O acúmulo de material nas bordas da trilha de arranhão se forma à medida que a ponta se desloca a uma velocidade constante viaja com uma carga constante de 2 N e arado na amostra de Teflon, empurrando e deformando o material no arranhão para o lado.

Os rastros de arranhões foram examinados sob o microscópio ótico, como mostrado na FIGURA 2. As larguras dos arranhões medidas e os números calculados de dureza de arranhão (HSP) são resumidos e comparados na FIGURA 3. A largura do arranhão medida pelo microscópio está de acordo com a medida usando o Perfilômetro NANOVEA - a amostra de Teflon exibe uma largura de arranhão maior a temperaturas mais altas. Sua largura de arranhão aumenta de 281 para 539 µm à medida que a temperatura se eleva de RT para 300oC, resultando na diminuição do HSP de 65 para 18 MPa.

A dureza dos arranhões em temperaturas elevadas pode ser medida com alta precisão e repetibilidade usando o Tribômetro NANOVEA T50. Ele fornece uma solução alternativa a partir de outras medições de dureza e faz do NANOVEA Tribometer um sistema mais completo para avaliações tribo-mecânicas abrangentes em alta temperatura.

FIGURA 1: Perfis de arranhões após os testes de dureza de arranhão em diferentes temperaturas.

FIGURA 2: Arranhões sob o microscópio após as medições em diferentes temperaturas.

FIGURA 3: Evolução da largura da pista de Arranhões e da dureza da Arranhão em relação à temperatura.

CONCLUSÃO

Neste estudo, mostramos como o Tribômetro NANOVEA mede a dureza dos arranhões a temperaturas elevadas em conformidade com a norma ASTM G171-03. O teste de dureza de arranhões com carga constante fornece uma solução alternativa simples para comparar a dureza dos materiais usando o tribômetro. A capacidade de realizar medições de dureza de arranhões a temperaturas elevadas faz do Tribômetro NANOVEA uma ferramenta ideal para avaliar as propriedades tribo-mecânicas de materiais a altas temperaturas.

O Tribômetro NANOVEA também oferece testes de desgaste e atrito precisos e repetíveis usando os modos rotativo e linear conforme ISO e ASTM, com módulos opcionais de desgaste a alta temperatura, lubrificação e tribo-corrosão disponíveis em um sistema pré-integrado. O Perfilômetro 3D sem contato opcional está disponível para imagens 3D de alta resolução de faixas de desgaste, além de outras medições de superfície, como rugosidade.

1 Wredenberg, Fredrik; PL Larsson (2009). "Teste de arranhão de metais e polímeros: Experimentos e numéricos". Desgaste 266 (1-2): 76
2 ASTM G171-03 (2009), "Standard Test Method for Scratch Hardness of Materials Using a Diamond Stylus

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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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Medição da Dureza de Arranhões usando o Testador Mecânico

nanovea — Qui, 12 de maio de 2022 17:37:48 +0000

MEDIÇÃO DA DUREZA DOS ARRANHÕES

USANDO UM TESTADOR MECÂNICO

Preparado por

DUANJIE LI, PhD

INTRODUÇÃO

Em geral, os testes de dureza medem a resistência dos materiais à deformação permanente ou plástica. Há três tipos de medidas de dureza: dureza de arranhão, dureza de recuo e dureza de ricochete. Um teste de dureza de arranhão mede a resistência de um material ao arranhão e à abrasão devido ao atrito de um objeto cortante1. Foi originalmente desenvolvido pelo mineralogista alemão Friedrich Mohs em 1820 e ainda é amplamente utilizado para classificar as propriedades físicas dos minerais2. Este método de teste também é aplicável a metais, cerâmicas, polímeros e superfícies revestidas.

Durante uma medição de dureza de arranhões, uma ponta de diamante de geometria especificada risca na superfície de um material ao longo de um caminho linear sob uma força normal constante com uma velocidade constante. A largura média do risco é medida e usada para calcular o número de dureza do risco (HSP). Esta técnica fornece uma solução simples para escalonar a dureza de diferentes materiais.

OBJETIVO DA MEDIÇÃO

Neste estudo, o Testador Mecânico NANOVEA PB1000 é usado para medir a dureza de arranhões de diferentes metais em conformidade com a ASTM G171-03.

Simultaneamente, este estudo mostra a capacidade da NANOVEA Testador Mecânico na realização de medições de dureza com alta precisão e reprodutibilidade.

NANOVEA

PB1000

CONDIÇÕES DE TESTE

O NANOVEA PB1000 Mechanical Tester realizou testes de dureza de arranhões em três metais polidos (Cu110, Al6061 e SS304). Foi usado um estilete cônico de diamante com ângulo de ponta de 120° e raio de ponta de 200 µm. Cada amostra foi riscada três vezes com os mesmos parâmetros de teste para garantir a reprodutibilidade dos resultados. Os parâmetros de teste estão resumidos abaixo. Uma varredura de perfil em uma carga normal baixa de 10 mN foi realizada antes e depois do teste de raspagem para medir a mudança no perfil da superfície do arranhão.

PARÂMETROS DE TESTE

FORÇA NORMAL

10 N

TEMPERATURA

24°C (RT)

VELOCIDADE DE DESLIZAMENTO

20 mm/min

DISTÂNCIA DE DESLIZAMENTO

10 mm

ATMOSPHERE

RESULTADOS & DISCUSSÃO

As imagens dos rastros de três metais (Cu110, Al6061 e SS304) após os testes são mostradas no FIGURA 1 para comparar a dureza dos rastros de diferentes materiais. A função de mapeamento do software mecânico NANOVEA foi usada para criar três riscos paralelos testados sob a mesma condição em um protocolo automatizado. A largura medida da pista de raspagem e o número calculado de dureza de raspagem (HSP) são resumidos e comparados na TABELA 1. Os metais mostram diferentes larguras de pista de desgaste de 174, 220 e 89 µm para Al6061, Cu110 e SS304, respectivamente, resultando em um HSP calculado de 0,84, 0,52 e 3,2 GPa.

Além da dureza da raspagem computada a partir da largura da raspagem, a evolução do coeficiente de atrito (COF), profundidade verdadeira e emissão acústica foram registradas in situ durante o teste de dureza da raspagem. Aqui, a profundidade verdadeira é a diferença de profundidade entre a profundidade de penetração da ponta durante o teste de raspagem e o perfil de superfície medido na pré-digitalização. O COF, profundidade verdadeira e emissão acústica do Cu110 são mostrados no FIGURA 2 como um exemplo. Tais informações fornecem uma visão das falhas mecânicas que ocorrem durante a raspagem, permitindo aos usuários detectar defeitos mecânicos e investigar melhor o comportamento da raspagem do material testado.

Os testes de dureza de arranhões podem ser terminados em poucos minutos com alta precisão e repetibilidade. Em comparação com os procedimentos convencionais de indentação, o teste de dureza de arranhões neste estudo fornece uma solução alternativa para medições de dureza, que é útil para o controle de qualidade e o desenvolvimento de novos materiais.

Al6061

Cu110

SS304

FIGURA 1: Imagem microscópica dos rastros de risco pós-teste (ampliação de 100x).

	*Largura da pista de raspagem (μm)*	*HS_p (GPa)*
Al6061	174±11	0.84
Cu110	220±1	0.52
SS304	89±5	3.20

TABELA 1: Resumo da largura da pista de raspagem e do número de dureza da raspagem.

FIGURA 2: A evolução do coeficiente de atrito, profundidade verdadeira e emissões acústicas durante o teste de dureza de arranhões no Cu110.

CONCLUSÃO

Neste estudo, demonstramos a capacidade do Testador Mecânico NANOVEA em realizar testes de dureza de arranhões em conformidade com a ASTM G171-03. Além da adesão do revestimento e da resistência aos riscos, o teste de raspagem com carga constante fornece uma solução alternativa simples para comparar a dureza dos materiais. Em contraste com os ensaios de dureza de arranhões convencionais, os ensaios mecânicos NANOVEA oferecem módulos opcionais para monitorar a evolução do coeficiente de atrito, emissão acústica e profundidade real in situ.

Os módulos Nano e Micro de um Testador Mecânico NANOVEA incluem indentação compatível com ISO e ASTM, modos de teste de arranhões e desgaste, proporcionando a mais ampla e mais fácil de usar gama de testes disponíveis em um único sistema. A gama inigualável do NANOVEA é uma solução ideal para determinar a gama completa de propriedades mecânicas de revestimentos finos ou grossos, macios ou duros, filmes e substratos, incluindo dureza, módulo Young, resistência à fratura, aderência, resistência ao desgaste e muitos outros.

Tem um aplicativo semelhante?

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Teste de Arranhão do revestimento de Nitreto de Titânio

nanovea — Ter, 05 de abril de 2022 20:35:46 +0000

TESTE DE ARRANHÃO DO REVESTIMENTO DE NITRETO DE TITÂNIO

INSPEÇÃO DE CONTROLE DE QUALIDADE

Preparado por

DUANJIE LI, PhD

INTRODUÇÃO

A combinação de alta dureza, excelente resistência ao desgaste, resistência à corrosão e inércia faz do nitreto de titânio (TiN) um revestimento de proteção ideal para componentes metálicos em várias indústrias. Por exemplo, a retenção das bordas e a resistência à corrosão de um revestimento de TiN pode aumentar substancialmente a eficiência do trabalho e prolongar a vida útil de máquinas-ferramentas como lâminas de barbear, cortadores de metal, moldes de injeção e serras. Sua alta dureza, inércia e não-toxicidade fazem do TiN um grande candidato para aplicações em dispositivos médicos, incluindo implantes e instrumentos cirúrgicos.

IMPORTÂNCIA DO TESTE DE ARRANHÃO EM REVESTIMENTO TiN

A tensão residual nos revestimentos de proteção PVD/CVD desempenha um papel crítico no desempenho e na integridade mecânica do componente revestido. A tensão residual deriva de várias fontes principais, incluindo tensão de crescimento, gradientes térmicos, restrições geométricas e tensão de serviço¹. O descasamento da expansão térmica entre o revestimento e o substrato criado durante a deposição do revestimento a temperaturas elevadas leva a altas tensões térmicas residuais. Além disso, ferramentas revestidas de TiN são freqüentemente utilizadas sob tensões muito elevadas de concentração, por exemplo, brocas e mancais de perfuração. É fundamental para desenvolver um processo de controle de qualidade confiável para inspecionar quantitativamente a resistência coesiva e adesiva dos revestimentos funcionais de proteção.

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

OBJETIVO DA MEDIÇÃO

Neste estudo, mostramos que o NANOVEA Testadores Mecânicos no modo Scratch são ideais para avaliar a resistência coesiva/adesiva de revestimentos protetores de TiN de maneira controlada e quantitativa.

NANOVEA

PB1000

CONDIÇÕES DE TESTE

O testador mecânico NANOVEA PB1000 foi usado para realizar o revestimento testes de raspagem em três revestimentos de TiN usando os mesmos parâmetros de teste, conforme resumido abaixo:

MODELO DE CARREGAMENTO: Progressivo Linear

CARGA INICIAL

0.02 N

CARGA FINAL

10 N

TAXA DE CARREGAMENTO

20 N/min

COMPRIMENTO DE SCRATCH

5 mm

TIPO INDENTER

Sphero-Conical

Diamante, 20 μm raio

RESULTADOS & DISCUSSÃO

O FIGURA 1 mostra a evolução registrada da profundidade de penetração, coeficiente de atrito (COF) e emissão acústica durante o teste. As faixas completas de microarranhoes nas amostras de TiN são mostradas na FIGURA 2. O comportamento de falha em diferentes cargas críticas são mostrados no FIGURA 3, onde a carga crítica Lc1 é definida como a carga na qual o primeiro sinal de rachadura coesiva ocorre na pista do arranhão, Lc2 é a carga após a qual ocorrem repetidas falhas de espalação, e Lc3 é a carga na qual o revestimento é completamente removido do substrato. Os valores de carga crítica (Lc) para os revestimentos de TiN estão resumidos na FIGURA 4.

A evolução da profundidade de penetração, do COF e da emissão acústica proporciona uma visão do mecanismo de falha do revestimento em diferentes estágios, que são representados pelas cargas críticas neste estudo. Pode-se observar que a amostra A e a amostra B exibem comportamento comparável durante o teste de arranhão. A ponta penetra progressivamente na amostra até uma profundidade de ~0,06 mm e o COF aumenta gradualmente até ~0,3 à medida que a carga normal aumenta linearmente no início do teste de arranhão do revestimento. Quando a Lc1 de ~3,3 N é atingida, ocorre o primeiro sinal de falha de arranhão. Isto também se reflete nos primeiros grandes picos no gráfico de profundidade de penetração, COF e emissão acústica. Como a carga continua a aumentar para Lc2 de ~3,8 N, ocorre uma maior flutuação da profundidade de penetração, COF e emissão acústica. Podemos observar falhas contínuas de espalação presentes em ambos os lados da pista do arranhão. Na Lc3, o revestimento delamina completamente do substrato metálico sob a alta pressão aplicada pelo estilete, deixando o substrato exposto e desprotegido.

Em comparação, a amostra C apresenta cargas críticas mais baixas em diferentes estágios dos testes de risco do revestimento, o que também se reflete na evolução da profundidade de penetração, coeficiente de atrito (COF) e emissão acústica durante o teste de risco do revestimento. A amostra C possui uma camada intermediária de aderência com menor dureza e maior tensão na interface entre o revestimento TiN superior e o substrato metálico em comparação com a amostra A e a amostra B.

Este estudo demonstra a importância do suporte adequado do substrato e da arquitetura de revestimento para a qualidade do sistema de revestimento. Uma camada intermediária mais forte pode resistir melhor à deformação sob uma alta carga externa e tensão de concentração, e assim aumentar a resistência coesiva e adesiva do sistema de revestimento/substrato.

FIGURA 1: Evolução da profundidade de penetração, COF e emissão acústica das amostras de TiN.

FIGURA 2: Arranhão completo dos revestimentos TiN após os testes.

FIGURA 3: Falhas no revestimento TiN sob diferentes cargas críticas, Lc.

FIGURA 4: Resumo dos valores de carga crítica (Lc) para os revestimentos de TiN.

CONCLUSÃO

Neste estudo, mostramos que o Testador Mecânico NANOVEA PB1000 realiza testes de risco confiáveis e precisos em amostras revestidas de TiN de forma controlada e monitorada de perto. As medições de arranhões permitem aos usuários identificar rapidamente a carga crítica na qual ocorrem as típicas falhas no revestimento coesivo e adesivo. Nossos instrumentos são ferramentas de controle de qualidade superior que podem inspecionar e comparar quantitativamente a qualidade intrínseca de um revestimento e a integridade interfacial de um sistema de revestimento/substrato. Um revestimento com uma camada intermediária adequada pode resistir a grandes deformações sob uma elevada carga externa e tensão de concentração, e aumentar a resistência coesiva e adesiva de um sistema de revestimento/substrato.

Os módulos Nano e Micro de um Testador Mecânico NANOVEA incluem todos os modos de indentação, teste de arranhões e desgaste em conformidade com a ISO e ASTM, fornecendo a gama de testes mais ampla e mais fácil de usar disponível em um único sistema. A gama inigualável do NANOVEA é uma solução ideal para determinar a gama completa de propriedades mecânicas de revestimentos finos ou grossos, macios ou duros, filmes e substratos, incluindo dureza, módulo Young, resistência à fratura, aderência, resistência ao desgaste e muitos outros.

Tem um aplicativo semelhante?

The post Titanium Nitride Coating Scratch Test appeared first on NANOVEA: Advanced Profilometers, Tribometers, Nanoindenters, and Scratch Testers for Materials Testing.

Mechanical Testing Application Notes - NANOVEA: Profilômetros, tribômetros, nanoindentadores e testadores de arranhões avançados para testes de materiais

Humidity-Controlled Nanoindentation of Polymer Materials

Humidity-Controlled Nanoindentation of Polymer Films

Measuring Hardness and Creep Under Controlled Relative Humidity

Introdução

Why Humidity-Controlled Nanoindentation Matters

Objetivo da medição

Condições de teste

Resultados e Discussão

Conclusão

Frequently Asked Questions About Humidity-Controlled Nanoindentation

Why does humidity affect polymer hardness and creep?

Can nanoindentation be performed under controlled humidity?

Why test polymers at controlled relative humidity instead of ambient conditions?

What mechanical properties can be measured under controlled humidity?

What materials can benefit from humidity-controlled nanoindentation?

How can humidity-controlled nanoindentation support material development?

Can NANOVEA perform humidity-controlled nanoindentation as a laboratory service?

Need Humidity-Controlled Nanoindentation for Your Material?

High Temperature Brinell Hardness Testing

High Temperature Hardness Testing of Steel Using Brinell Indentation

Mapping Steel Hardness Loss from Room Temperature to 925°C with NANOVEA T2000 Tribometer

Introdução

Why High Temperature Hardness Testing Matters

Objetivo da medição

Procedimento de teste

Parâmetros de teste

Resultados e Discussão

Brinell Hardness Results

Conclusão

Frequently Asked Questions About High Temperature Hardness Testing

What is high temperature hardness testing used for?

Can Brinell hardness be measured at elevated temperatures?

Why measure hardness while the material is hot?

What equipment is used for high temperature hardness testing?

Can high temperature hardness testing be used for aerospace materials?

Can NANOVEA perform high temperature hardness testing as a laboratory service?

Need High Temperature Hardness Testing for Your Material?

Teste de resistência a arranhões de protetores de tela de telefones

Teste de resistência a arranhões de protetores de tela de telefones

Entendendo a resistência a arranhões nos protetores de tela de telefones

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

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

Parâmetros do teste de raspagem e configuração do instrumento

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

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

Protetor de tela TPU - Comportamento de polímero flexível

Protetor de tela de vidro temperado - Comportamento de falha frágil

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

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

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

Perguntas frequentes Sobre o teste de resistência a arranhões

O que é o teste de resistência a arranhões?

Qual é a diferença entre falha coesiva e adesiva?

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

Precisa de testes de arranhões confiáveis para seus materiais?

Teste de Desgaste do Revestimento de PTFE

TESTE DE DESGASTE DE REVESTIMENTO DE PTFE

USANDO TRIBÔMETRO E TESTE MECÂNICO

INTRODUÇÃO

IMPORTÂNCIA DA AVALIAÇÃO QUANTITATIVA DE REVESTIMENTOS DE PTFE

OBJETIVO DA MEDIÇÃO

PROCEDIMENTO DE TESTE

TESTE DE GUERRA

DESGASTE LINEAR RECIPROCANTE USANDO UM TRIBÔMETRO

PARÂMETROS DE TESTE DE DESGASTE

PROCEDIMENTO DE TESTE

TESTE DE SCRATCH

TESTE DE ADESÃO DE MICRO RISCOS USANDO TESTE MECÂNICO

PARÂMETROS DE TESTE DE ARRANHÕES

RESULTADOS & DISCUSSÃO

DESGASTE LINEAR RECIPROCANTE USANDO UM TRIBÔMETRO

PTFE Antes da descoberta

PTFE Após avanço

RESULTADOS & DISCUSSÃO

TESTE DE ADESÃO DE MICRO RISCOS USANDO TESTE MECÂNICO

CONCLUSÃO

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Análise mecânica dinâmica da cortiça usando nanoindentação

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Objetivo do teste de raspagem:
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Perguntas frequentes
Sobre o teste de resistência a arranhões