类别。实验室检测

手机屏幕保护膜的抗划伤测试

编写者

斯泰西-佩雷拉、乔塞琳-埃斯帕萨和皮埃尔-勒鲁

了解手机屏幕保护膜的抗划性

手机屏幕上的保护涂层在抗划伤性、附着强度和长期耐用性方面起着至关重要的作用。随着时间的推移，划痕、微裂纹和涂层分层会降低光学清晰度和可靠性，尤其是在高使用率的环境中。为了评估不同的屏幕保护膜如何抵御机械损伤，仪器划痕测试提供了对涂层失效机制（包括附着力、内聚力和断裂行为）的量化了解。.

在这项研究中, 纳诺维亚 PB1000 机械测试仪用于在受控渐进加载条件下比较热塑性聚氨酯和钢化玻璃屏幕保护膜。通过精确的声发射检测，我们确定了临界失效载荷，并描述了每种材料如何对不断增加的机械应力做出反应。.

屏幕保护膜的防刮测试为何重要

许多用户认为，保护层越厚或越硬，性能就越好，但真正的耐用性取决于材料在渐进载荷、表面变形和局部应力作用下的表现。通过仪器划痕测试，工程师可以测量涂层附着力、内聚强度、表面耐磨性，以及失效发生或扩展的确切载荷。.

通过分析裂纹起始点、分层行为和失效模式，制造商可以验证屏幕保护膜的性能，用于研发、质量控制或比较基准。纳米和微小划痕测试提供了可重复的、数据驱动的实际耐用性洞察力，远远超出了传统的硬度评级。.

ℹ️ 了解更多涂层和屏幕保护膜的划痕和附着力测试服务。.

划痕测试目标
测量屏幕保护膜的失效载荷

本研究的目的是展示 NANOVEA PB1000 机械测试仪如何对聚合物和玻璃屏幕保护膜进行可重复的标准化抗划伤测试。通过逐步增加施加的负载，该系统可检测到内聚力和粘合力失效的临界负载，捕捉声发射信号，并将这些事件与划痕深度、摩擦力和表面变形相关联。.

这种方法提供了每种保护涂层的完整机械性能曲线，使制造商和研发团队能够评估材料配方、涂层附着强度、表面耐久性和最佳涂层厚度，从而提高产品性能。这些划痕评估是 NANOVEA 更广泛的产品系列的一部分。机械测试解决方案用于表征研发、质量控制和生产环境中的涂层、薄膜和基材。.

NANOVEA PB1000 大型平台
机械测试仪

划痕测试参数和仪器设置

TPU 和钢化玻璃屏幕保护膜的抗划伤性评估是在受控条件下进行的，以确保可重复性和准确的失效负载检测。以下参数定义了在 NANOVEA PB1000 机械测试仪上使用的渐进加载划痕测试装置。.

装载类型	进步
初始负载	0.1 N
终极装载	12 N
滑动速度	3.025 毫米/分钟
划痕长度	3毫米
压头的几何形状	岩井（120° 锥形）
压头材料（尖端）	钻石
压头半径	50 微米
气体环境	空气
温度	24 °C（室温）

表1: 划痕测试使用的测试参数

在渐进加载划痕测量过程中将屏幕保护膜样品安装在 NANOVEA PB1000 机械测试仪上。.

用于耐刮擦测试的屏幕保护膜样品

我们选择了两种市售的屏幕保护膜材料，以比较它们在抗划伤性、失效行为和机械耐久性方面的差异。两种样品都牢固地安装在 NANOVEA PB1000 机械测试仪上，并在相同的渐进加载条件下进行评估，以确保比较结果的一致性和公正性。.

TPU 屏幕保护膜是一种柔性聚合物薄膜，具有高弹性和较低的耐磨性，而钢化玻璃保护膜则是一种刚性脆性材料，具有高硬度和更强的冲击保护能力。在相同的负载条件下测试这两种材料，可以清楚地评估材料成分、弹性和硬度对划痕失效模式的影响。.

TPU 屏幕保护膜

钢化玻璃

图1: 为抗划伤测试准备的 TPU 和钢化玻璃屏幕保护膜。.

划痕测试结果：热塑性聚氨酯与钢化玻璃屏幕保护膜的失效模式对比

屏幕保护膜类型	临界负荷 #1 (n)	临界负荷 #2 (n)
热塑性聚氨酯	不适用	2.004 ± 0.063
钢化玻璃	3.608 ± 0.281	7.44 ± 0.995

表2: 每个屏幕保护膜样本的关键负载汇总。.

由于热塑性聚氨酯和钢化玻璃屏幕保护膜具有根本不同的机械特性，因此在渐进载荷划痕测试中，每种样品都表现出不同的失效模式和临界载荷阈值。表 2 总结了每种材料测得的临界载荷。.

临界载荷 #1 代表光学显微镜下第一个可观察到的内聚失效点，如裂纹开始或径向断裂。.

临界载荷 #2 相当于通过声发射（AE）监测检测到的第一个重大事件，通常代表较大的结构故障或穿透事件。.

TPU 屏幕保护膜 - 柔性聚合物特性

热塑性聚氨酯（TPU）屏幕保护膜只出现了一次重大临界事件（临界载荷 #2）。该载荷对应于划痕轨迹上薄膜开始从手机屏幕表面翘起、剥离或分层的点。.

一旦超过临界载荷 #2（≈2.00 N），压头的穿透力足以在测试的剩余时间内直接在手机屏幕上造成可见划痕。没有检测到单独的临界载荷 #1，这与材料的高弹性和较低的内聚强度相符。.

钢化玻璃屏幕保护膜 - 脆性失效行为

钢化玻璃屏幕保护膜显示出两种不同的临界载荷，这是脆性材料的特征：

临界载荷 #1（≈3.61 N）：显微镜下观察到径向断裂和裂纹萌生，表明玻璃层的早期内聚失效。.
临界载荷 #2（≈7.44 N）：较大的 AE 峰值和划痕深度的急剧增加表明保护器在较高负载下会穿透。.

虽然 AE 值高于热塑性聚氨酯，但手机屏幕没有受到任何损坏，这表明钢化玻璃保护层有能力在发生灾难性故障之前吸收和分散负载。.

在这两种材料中，临界载荷 #2 与压头击穿屏幕保护膜的瞬间相对应，从而确认了每种样品的保护极限。.

TPU 屏幕保护膜：划痕测试数据和故障分析

划痕模块	临界负荷 #2 (n)
1	2.033
2	2.047
3	1.931
平均数	2.003
标准差	0.052

表 3： TPU 屏幕保护膜划痕测试中测得的临界负荷。.

图2: TPU 屏幕保护膜的摩擦力、法向载荷、声发射（AE）和划痕深度与划痕长度的关系。. (B) 临界载荷 #2

图3: 临界负荷 #2 时 TPU 屏幕保护膜的光学显微镜图像（放大 5 倍；图像宽度 0.8934 毫米）。.

图4: TPU 屏幕保护膜划痕后的全长图像，显示逐步加载测试后的完整划痕轨迹。.

钢化玻璃屏幕保护膜：临界载荷数据和断裂行为

划痕模块	临界负荷 #1 (n)	临界负荷 #2 (n)
1	3.923	7.366
2	3.382	6.483
3	3.519	8.468
平均数	3.653	6.925
标准差	0.383	0.624

表 4：在钢化玻璃屏幕保护膜划痕测试中测得的临界载荷。.

ℹ️ 与非硅酸盐聚合物涂层的比较，请参阅我们关于聚四氟乙烯涂层磨损测试, ，突出了低摩擦聚合物薄膜在类似渐进加载条件下的失效行为。.

图5: 钢化玻璃屏幕保护膜的摩擦力、法向载荷、声发射（AE）和划痕深度与划痕长度的关系。. (A) 临界载荷 #1 (B) 临界载荷 #2

图6: 光学显微镜图像，以 5 倍放大率显示临界载荷 #1（左）和临界载荷 #2（右）的失效位置（图像宽度：0.8934 毫米）。.

图7: 测试后钢化玻璃划痕轨迹的光学显微镜图像，突出显示了渐进加载测试后的断裂起始点（CL#1）和最终穿透区（CL#2）。.

结论TPU 与钢化玻璃屏幕保护膜的划痕性能比较

这项研究展示了 NANOVEA PB1000 机械测试仪如何利用渐进加载和声发射 (AE) 检测技术提供受控、可重复和高灵敏度的抗划伤性测量。通过精确捕捉内聚和粘合失效事件，该系统能够清晰地比较热塑性聚氨酯和钢化玻璃屏幕保护膜在机械应力增加时的表现。.

实验结果证实，钢化玻璃的临界载荷明显高于热塑性聚氨酯，具有卓越的抗划伤性、延迟断裂的起始时间以及可靠的抗压头穿透保护。热塑性聚氨酯较低的内聚强度和较早的分层突出了其在高应力环境中的局限性。.

在确定失效载荷后，还可以使用一个分析仪对产生的划痕轨迹进行分析。非接触式 3D 光学轮廓仪测量沟槽深度、残余变形和划痕后形貌。这有助于完成每种材料的机械剖面图。.

NANOVEA 机械测试仪专为精确和可重复的压痕、划痕和磨损测试而设计，支持符合 ISO 和 ASTM 标准的纳米和微米模块。它的多功能性使其成为评估薄膜、涂层、聚合物、玻璃和基材在研发、生产和质量控制过程中的全部机械性能的理想解决方案。.

常见问题
关于耐刮擦测试

什么是耐刮擦测试？

耐刮擦测试评估材料或涂层在金刚石测针施加逐渐增加的负载时的反应。该测试可确定发生内聚或粘合失效的临界载荷，为耐用性、粘合强度和抗表面损伤能力提供可量化的衡量标准。.

内聚性失效和粘性失效有何区别？

发生内聚失效内涂层或材料，如开裂、撕裂或内部断裂。.
粘合剂失效发生在涂层从底层脱落时，表明粘合强度不足。.

NANOVEA PB1000 通过同步声发射监测、划痕深度跟踪和摩擦分析来检测这两种情况。.

为什么使用机械测试仪而不是手动方法？

像 NANOVEA PB1000 这样的机械测试仪可提供精确、可重复和标准化的测量，确保为研发、生产验证和质量控制提供可靠的数据。它还具有人工方法无法提供的先进功能，例如声发射检测和实时深度监测。.

您的材料需要可靠的划痕测试吗？

使用 NANOVEA 摩擦仪测试岩石磨蚀性

岩石摩擦学：使用纳米凹凸磨耗测试仪进行岩石磨蚀性测试

编写者

李端杰，博士

简介

岩石由矿物颗粒组成。这些矿物的类型和丰度，以及矿物颗粒之间的化学键合强度，决定了岩石的机械和摩擦学特性。根据地质岩石循环，岩石可以发生转变，通常分为三种主要类型：火成岩、沉积岩和变质岩。这些岩石表现出不同的矿物和化学成分、渗透性和颗粒尺寸，这些特性导致了它们不同的耐磨性。岩石摩擦学研究岩石在各种地质和环境条件下的磨损和摩擦行为。

岩石磨料检测的重要性

在钻井过程中，岩石会发生各种类型的磨损，包括擦伤和摩擦，导致钻头和切削工具的维修和更换造成重大的直接和间接损失。因此，岩石的可钻性、可钻性、可切削性和磨蚀性的研究在石油、天然气和采矿业中至关重要。岩石摩擦学研究在选择最有效和最具成本效益的钻井策略方面发挥着关键作用，从而提高整体效率并有助于保护材料、能源和环境。此外，最大限度地减少表面摩擦对于减少钻头和岩石之间的相互作用非常有利，从而减少工具磨损并提高钻孔/切割效率。

测量目标

在这项研究中，我们对两种岩石的摩擦学特性进行了模拟和比较，以展示纳诺维亚 T50 摩擦磨损测试仪以受控和监测的方式测量岩石的摩擦系数和磨损率。

NANOVEA T50 紧凑型
自由重量摩擦磨损测试仪

样品

测试程序

使用 Pin-on-Disc 磨损模块的 NANOVEA T50 摩擦磨损试验机评估了两个岩石样品的摩擦系数、COF 和耐磨性。 Al2O3 球（直径 6 mm）用作计数器材料。测试后使用 NANOVEA 非接触式轮廓仪检查磨损轨迹。测试参数总结如下。

磨损率K的计算公式为K=V/(F×s)=A/(F×n)，其中V为磨损体积，F为法向载荷，s为滑动距离，A为磨损轨迹的横截面积，n 是转数。使用 NANOVEA 光学轮廓仪评估表面粗糙度和磨损轨迹轮廓，并使用光学显微镜检查磨损轨迹形态。

请注意，本研究中以 Al2O3 球作为计数器材料为例。任何不同形状的固体材料都可以使用定制夹具来模拟实际应用情况。

测试参数

样本	石灰石、大理石
耐磨环半径	5毫米
常态力	10 N
测试时间	10分钟
速度	100转/分

结果与讨论

图 1 使用 NANOVEA 机械测试仪的微压痕模块对石灰石和大理石样品的硬度 (H) 和弹性模量 (E) 进行了比较。石灰岩样品表现出较低的 H 和 E 值，分别为 0.53 和 25.9 GPa，而大理石样品的 H 值为 1.07，E 值为 49.6 GPa。石灰石样品可归因于其较大的表面不均匀性，这源于其颗粒状和多孔特性。

图 2 描绘了两个岩石样品磨损测试期间 COF 的演变。在磨损测试开始时，石灰石的 COF 最初快速增加至约 0.8，并在整个测试期间保持该值。 COF 的这种突然变化可归因于 Al2O3 球渗透到岩石样品中，这是由于磨损轨迹内接触面发生的快速磨损和粗糙化过程造成的。相比之下，在滑动距离约 5 米后，大理石样品的 COF 显着增加至更高的值，这表明与石灰石相比，其耐磨性更优异。

图1: 石灰石和大理石样品的硬度和杨氏模量比较。.

图2: 磨损测试过程中石灰石和大理石样品的摩擦系数 (COF) 的演变。

图 3 比较了磨损测试后石灰石和大理石样品的横截面轮廓，表 1 总结了磨损轨迹分析的结果。图 4 显示了光学显微镜下样品的磨损痕迹。磨损轨迹评估与 COF 演变观察一致：大理石样品在较长时间内保持较低的 COF，其磨损率较低，为 0.0046 mm3/N m，而石灰石的磨损率为 0.0353 mm3/N m。大理石优越的机械性能使其比石灰石具有更好的耐磨性。

图3: 磨损轨迹的横截面轮廓。

表1: 磨损轨迹分析结果总结。

图4: 光学显微镜下的磨损痕迹。

结论

在这项研究中，我们展示了 NANOVEA 摩擦磨损试验机以受控和监测的方式评估两种岩石样品（即大理石和石灰石）的摩擦系数和耐磨性的能力。大理石卓越的机械性能有助于其卓越的耐磨性。这种特性使得石油和天然气行业的钻探或切割变得具有挑战性。相反，当用作高质量建筑材料（例如地砖）时，它的使用寿命会显着延长。

NANOVEA 摩擦磨损试验机提供精确且可重复的磨损和摩擦测试功能，在旋转和线性模式下均符合 ISO 和 ASTM 标准。此外，它还提供用于高温磨损、润滑和摩擦腐蚀的可选模块，所有这些模块都无缝集成到一个系统中。 NANOVEA 无与伦比的系列是确定薄或厚、软或硬涂层、薄膜、基材和岩石摩擦学的全方位摩擦学特性的理想解决方案。

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喷丸表面分析

使用 3D 非接触式轮廓仪

编写者

CRAIG LEISING

简介

喷丸是用球形金属、玻璃或陶瓷珠（通常称为“喷丸”）轰击基材的过程，其作用力旨在诱导表面塑性。分析喷丸前后的特征为增强过程理解和控制提供了重要的见解。射击留下的凹痕的表面粗糙度和覆盖面积是特别值得注意的方面。

3D 非接触式轮廓仪对于喷丸表面分析的重要性

与传统上用于喷丸表面分析的传统接触式轮廓仪不同，3D 非接触式测量可提供完整的 3D 图像，从而更全面地了解覆盖区域和表面形貌。如果没有 3D 功能，检查将仅依赖 2D 信息，这不足以表征表面。了解 3D 中的形貌、覆盖区域和粗糙度是控制或改进喷丸过程的最佳方法。纳诺维娅的 3D 非接触式轮廓仪利用具有独特功能的色光技术来测量机加工和喷丸表面上的陡峭角度。此外，当其他技术由于探头接触、表面变化、角度或反射率而无法提供可靠数据时，NANOVEA 轮廓仪可以成功。

测量目标

在此应用中，NANOVEA ST400 非接触式轮廓仪用于测量原材料和两个不同喷丸表面，以进行比较审查。 3D 表面扫描后可以自动计算出无数的表面参数。在这里，我们将检查 3D 表面并选择感兴趣的区域进行进一步分析，包括量化和研究粗糙度、凹坑和表面积。

NANOVEA ST400 标准
光学 3D 轮廓仪

例子

结果

钢表面

ISO 25178 3D 粗糙度参数

SA	0.399微米	平均粗糙度
规模	0.516微米	均方根粗糙度
仕	5.686微米	最大峰谷值
ǞǞǞ	2.976微米	最大峰值高度
ǞǞǞ	2.711微米	最大凹坑深度
价格	3.9344	峰度
スクリート	-0.0113	倾斜度
萨尔	0.0028毫米	自相关长度
斯特	0.0613	纹理纵横比
斯达尔	26.539 平方毫米	表面积
斯沃克	0.589微米	减少谷深

结果

喷丸表面 1

表面覆盖率 98.105%

ISO 25178 3D 粗糙度参数

萨	4.102微米	平均粗糙度
规模	5.153微米	均方根粗糙度
仕	44.975微米	最大峰谷值
ǞǞǞ	24.332微米	最大峰值高度
ǞǞǞ	20.644微米	最大凹坑深度
价格	3.0187	峰度
スクリート	0.0625	倾斜度
萨尔	0.0976毫米	自相关长度
斯特	0.9278	纹理纵横比
斯达尔	29.451 平方毫米	表面积
斯沃克	5.008微米	减少谷深

结果

喷丸表面 2

表面覆盖率 97.366%

ISO 25178 3D 粗糙度参数

萨	4.330微米	平均粗糙度
规模	5.455微米	均方根粗糙度
仕	54.013微米	最大峰谷值
ǞǞǞ	25.908微米	最大峰值高度
ǞǞǞ	28.105微米	最大凹坑深度
价格	3.0642	峰度
スクリート	0.1108	倾斜度
萨尔	0.1034毫米	自相关长度
斯特	0.9733	纹理纵横比
斯达尔	29.623 平方毫米	表面积
斯沃克	5.167微米	减少谷深

结论

在此喷丸表面分析应用中，我们演示了 NANOVEA ST400 3D 非接触式轮廓仪如何精确表征喷丸表面的形貌和纳米细节。显然，与原材料相比，表面 1 和表面 2 对此处报告的所有参数都有显着影响。对图像进行简单的目视检查即可发现表面之间的差异。通过观察覆盖区域和列出的参数进一步证实了这一点。与表面 2 相比，表面 1 表现出较低的平均粗糙度 (Sa)、较浅的凹痕 (Sv) 和较小的表面积 (Sdar)，但覆盖面积稍高。

通过这些 3D 表面测量，可以轻松识别感兴趣的区域并进行全面的测量，包括粗糙度、光洁度、纹理、形状、形貌、平整度、翘曲、平面度、体积、台阶高度等。可以快速选择二维横截面进行详细分析。该信息允许利用全套表面测量资源对喷丸表面进行全面调查。可以使用集成的 AFM 模块进一步检查感兴趣的特定区域。 NANOVEA 3D 轮廓仪的速度高达 200 毫米/秒。它们可以在尺寸、速度、扫描功能方面进行定制，甚至可以符合 1 级洁净室标准。还提供索引传送带和内联或在线使用集成等选项。

特别感谢IMF的Hayden先生提供本文所示样品。工业金属表面处理有限公司 | indmetfin.com

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涂料表面形态

自动实时进化监测
使用纳诺维三维轮廓仪

编写者

李端杰，博士

简介

涂料的保护和装饰特性在汽车、船舶、军事和建筑等多个行业中发挥着重要作用。为了获得理想的性能，如防腐蚀、防紫外线和耐磨性，涂料配方和结构需要经过仔细分析、修改和优化。

三维非接触式轮廓仪对干燥涂料表面形态分析的重要性

油漆通常以液态形式涂刷，并经历一个干燥过程，包括溶剂的蒸发和液态油漆转变为固态漆膜。在干燥过程中，油漆表面会逐渐改变形状和质地。通过使用添加剂来改变涂料的表面张力和流动特性，可以形成不同的表面效果和质感。但是，如果涂料配方不当或表面处理不当，可能会出现不理想的涂料表面失效现象。

在干燥期间对涂料表面形态进行准确的原位监测可以直接了解干燥机理。此外，表面形态的实时演化在各种应用（例如 3D 打印）中是非常有用的信息。纳诺维娅 3D 非接触式轮廓仪在不接触样品的情况下测量材料的油漆表面形态，避免滑动触笔等接触技术可能导致的任何形状改变。

测量目标

在这一应用中，配备了高速线光学传感器的 NANOVEA ST500 非接触式轮廓仪用于监测涂料在 1 小时干燥期内的表面形态。我们展示了 NANOVEA 非接触式轮廓仪对形状不断变化的材料进行自动实时三维轮廓测量的能力。

NANOVEA ST500 大面积
光学 3D 轮廓仪

结果与讨论

将涂料涂抹在金属板表面，然后立即使用配备高速线传感器的 NANOVEA ST500 非接触式轮廓仪对干燥涂料的原位形态演变进行自动测量。宏编程可在特定时间间隔内自动测量和记录三维表面形态：0、5、10、20、30、40、50 和 60 分钟。与手动测试或重复扫描相比，这种自动扫描程序可使用户通过依次运行设定程序来自动执行扫描任务，大大减少了工作量、时间和可能出现的用户错误。事实证明，这种自动化对涉及不同时间间隔多次扫描的长期测量极为有用。

如图 1 所示，光学线条传感器会产生一条由 192 个点组成的亮线。这 192 个光点同时扫描样品表面，大大提高了扫描速度。这可确保快速完成每次三维扫描，避免在每次扫描过程中发生重大表面变化。

图1: 光学线传感器扫描正在干燥的涂料表面。

图 2、图 3 和图 4 分别显示了代表性时间的假色视图、三维视图和干燥油漆形貌的二维剖面图。图像中的假色有助于检测不易辨认的特征。不同的颜色代表样品表面不同区域的高度变化。三维视图为用户提供了从不同角度观察油漆表面的理想工具。在测试的前 30 分钟，油漆表面的假色逐渐从暖色调变为冷色调，表明在此期间高度随时间逐渐降低。这一过程会减慢，正如在 30 分钟和 60 分钟时比较油漆的颜色变化轻微所显示的那样。

样品的平均高度和粗糙度 Sa 值与涂料干燥时间的函数关系如图 5 所示。表 1 列出了干燥 0、30 和 60 分钟后涂料的完整粗糙度分析。可以看出，在干燥时间的前 30 分钟内，油漆表面的平均高度从 471 微米迅速下降到 329 微米。溶剂汽化的同时，表面纹理也随之形成，导致粗糙度 Sa 值从 7.19 微米增加到 22.6 微米。此后，涂料干燥过程减慢，导致样品高度和 Sa 值逐渐下降，在 60 分钟时分别降至 317 微米和 19.6 微米。

这项研究强调了 NANOVEA 3D 非接触式轮廓仪在实时监测干燥涂料的 3D 表面变化方面的能力，为了解涂料干燥过程提供了宝贵的资料。通过在不接触样品的情况下测量表面形态，轮廓仪避免了滑动测针等接触式技术可能对未干涂料造成的形状改变。这种非接触式方法可确保对干燥涂料表面形态进行准确可靠的分析。

图2: 不同时间干燥涂料表面形态的变化。

图3: 不同干燥时间涂料表面演变的三维视图。

图4: 不同干燥时间后油漆样品的二维剖面图。

图5: 样品平均高度和粗糙度值 Sa 随涂料干燥时间的变化情况。

ISO 25178 - 表面纹理参数

干燥时间（分钟）	0	5	10	20	30	40	50	60
平方米（微米）	7.91	9.4	10.8	20.9	22.6	20.6	19.9	19.6
价格	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

表1: 不同干燥时间的涂料粗糙度。

结论

在这一应用中，我们展示了 NANOVEA ST500 3D 非接触式轮廓仪在监测干燥过程中涂料表面形态演变方面的能力。高速光学线传感器可产生一条由 192 个光点组成的线，同时扫描样品表面，从而在确保无与伦比的精确度的同时提高了研究的时间效率。

采集软件的宏功能可对三维表面形态进行编程自动测量，特别适用于在特定目标时间间隔内进行多次扫描的长期测量。它大大减少了时间、精力和用户出错的可能性。在涂料干燥的过程中，表面形态的渐进变化会被持续监测和实时记录，为了解涂料的干燥机理提供有价值的信息。

此处显示的数据仅代表分析软件中可用计算的一小部分。NANOVEA 轮廓仪几乎能够测量任何表面，无论是透明表面、暗表面、反射表面还是不透明表面。

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PTFE涂层磨损测试

ptfe涂层磨损测试

使用摩擦仪和机械测试器

编写者

李端杰，博士

简介

聚四氟乙烯（PTFE），通常被称为特氟隆，是一种具有特别低的摩擦系数（COF）和出色的耐磨性的聚合物，取决于应用的负载。聚四氟乙烯表现出卓越的化学惰性，熔点高达 327°C (620°F)，并在低温下保持高强度、高韧性和自润滑性。聚四氟乙烯涂层的特殊耐磨性使其在广泛的工业应用中受到追捧，如汽车、航空航天、医疗，特别是炊具。

量化评估的重要性 ptfe涂料的定量评估

超低的摩擦系数（COF）、出色的耐磨性和高温下特殊的化学惰性的结合，使PTFE成为不粘锅涂层的理想选择。为了在研发过程中进一步提高其机械过程，以及确保在质量控制过程中对故障预防和安全措施的最佳控制，拥有一个可靠的技术来定量评估PTFE涂层的摩擦机械过程是至关重要的。精确控制涂层的表面摩擦、磨损和粘附是确保其预期性能的关键。

测量目标

在这个应用中，使用NANOVEA摩擦仪在线性往复模式下模拟了不粘锅的PTFE涂层的磨损过程。

NANOVEA T50 紧凑型
自由重量摩擦磨损测试仪

此外，NANOVEA机械测试仪被用来进行微划痕附着力测试，以确定PTFE涂层附着力失效的临界负荷。

NANOVEA PB1000 大型平台机械测试仪

测试程序

磨损测试

使用摩擦仪的线性往复式磨损

使用 NANOVEA 评估 PTFE 涂层样品的摩擦学行为，包括摩擦系数 (COF) 和耐磨性摩擦仪在线性往复模式下。直径为 3 毫米（100 级）的不锈钢 440 球头用于涂覆涂层。在 PTFE 涂层磨损测试期间持续监测 COF。

磨损率K的计算公式为K=V/(F×s)=A/(F×n)，其中V为磨损体积，F为法向载荷，s为滑动距离，A为磨损轨迹的横截面积，n是冲程数。使用 NANOVEA 评估磨损轨迹轮廓光学轮廓仪，并使用光学显微镜检查磨损轨迹形态。

磨损测试参数

负载	30 N
测试时间	5分钟
滑动率	80转/分钟
轨迹的振幅	8毫米
革命	300
球体直径	3毫米
球体材料	不锈钢440
润滑油	无
气体环境	空气
温度	230C (RT)
湿度	43%

测试程序

划痕测试

使用机械测试仪进行微观划痕附着力测试

使用 NANOVEA 进行 PTFE 划痕粘附力测量机械测试仪在微划痕测试仪模式下使用 1200 Rockwell C 金刚石触针（半径 200 μm）进行测量。

为了确保结果的可重复性，在相同的测试条件下进行了三次测试。

划痕测试参数

装载类型	渐进的
初始负载	0.01 mN
终极装载	20 mN
装载率	40 mN/min
划痕长度	3毫米
刮擦速度，dx/dt	6.0毫米/分钟
压头的几何形状	120o Rockwell C
压印材料（尖端）	钻石
压头半径	200 μm

结果与讨论

使用摩擦仪的线性往复式磨损

原位记录的 COF 如图 1 所示。由于 PTFE 的粘性较低，测试样品在前 130 转期间的 COF 约为 0.18。然而，一旦涂层破裂，露出下面的基材，COF 就会突然增加到~1。线性往复测试后，使用 NANOVEA 测量磨损轨迹轮廓非接触式光学轮廓仪，如图 2 所示。根据获得的数据，计算出相应的磨损率为 ~2.78 × 10-3 mm3/Nm，而磨损轨迹的深度确定为 44.94 µm。

NANOVEA T50摩擦仪上的PTFE涂层磨损测试设置。

图1: 在PTFE涂层磨损试验中COF的演变。

图2: 磨损轨道PTFE的Proﬁle提取。

突破前的PTFE

最大COF	0.217
最小COF	0.125
平均COF	0.177

突破后的PTFE

最大COF	0.217
最小COF	0.125
平均COF	0.177

表1: 磨损试验期间，突破前和突破后的COF。

结果与讨论

使用机械测试仪进行微观划痕附着力测试

聚四氟乙烯涂层对基材的附着力是用200微米的金刚石测针进行划痕测试来测量的。显微照片显示在图3和图4中，COF的演变，以及渗透深度显示在图5中。 PTFE涂层划痕测试结果总结在表4中。随着金刚石测针的负载增加，它逐渐渗透到涂层中，导致COF的增加。当达到~8.5N的载荷时，在高压下发生了涂层的突破和基体的暴露，导致了~0.3的高COF。表2中显示的低St Dev表明了使用NANOVEA机械测试仪进行的PTFE涂层划痕测试的可重复性。

图3: PTFE上的完整划痕的显微照片（10X）。

图4: PTFE上的完整划痕的显微照片（10X）。

图5: 摩擦图显示聚四氟乙烯的临界失效点线。

摩擦	*故障点 [N]*	*摩擦力[N]。*	*基金会*
1	0.335	0.124	0.285
2	0.337	0.207	0.310
3	0.380	0.229	0.295
平均值	8.52	2.47	0.297
圣地亚哥	0.17	0.16	0.012

表2: 划痕试验期间的临界载荷、摩擦力和COF的总结。

结论

在这项研究中，我们使用NANOVEA T50摩擦仪在线性往复模式下对不粘锅的PTFE涂层的磨损过程进行了模拟。PTFE涂层表现出较低的COF（约0.18），涂层在130转左右出现了突破。使用NANOVEA机械测试仪对PTFE涂层与金属基体的附着力进行了定量评估，在这个测试中，涂层附着力失效的临界负荷是~8.5N。

NANOVEA摩擦仪采用符合ISO和ASTM标准的旋转和线性模式，具有精确和可重复的磨损和摩擦测试能力。它们提供了高温磨损、润滑和摩擦腐蚀的可选模块，所有这些都集成在一个系统中。这种多功能性使用户能够更准确地模拟真实的应用环境，并获得对不同材料的磨损机制和摩擦学特性的理解。

NANOVEA机械测试仪包括纳米、微观和宏观模块，每个模块都包括符合ISO和ASTM标准的压痕、划痕和磨损测试模式，在一个系统中提供最广泛和最方便的测试能力。

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使用摩擦仪绘制地板的渐进式磨损图

地板耐磨性测试

采用集成轮廓仪的摩擦磨损测试仪进行地板渐进磨损测绘

编写者

刘志强

简介

地板材料被设计为耐用，但它们经常会因运动和家具使用等日常活动而受到磨损。为了确保其使用寿命，大多数类型的地板都具有防止损坏的保护性耐磨层。然而，耐磨层的厚度和耐用性根据地板类型和人流量水平而变化。此外，地板结构内的不同层，例如 UV 涂层、装饰层和釉料，具有不同的磨损率。这就是渐进式磨损映射的用武之地。使用 NANOVEA T2000 摩擦磨损测试仪和集成 3D 非接触式轮廓仪，可以对地板材料的性能和寿命进行精确监控和分析。通过提供对各种地板材料磨损行为的详细了解，科学家和技术专业人员可以在选择和设计新地板系统时做出更明智的决策。

渐进式磨损图对楼板的重要性

地板测试传统上以样品的磨损率为中心来确定其抗磨损的耐久性。然而，渐进式磨损图可以在整个测试过程中分析样品的磨损率，对其磨损行为提供宝贵的见解。这种深入的分析允许在摩擦数据和磨损率之间建立关联，这可以确定磨损的根本原因。应该注意的是，在整个磨损试验中，磨损率是不恒定的。因此，观察磨损的进展情况可以对样品的磨损进行更准确的评估。超越了传统的测试方法，采用渐进式磨损图谱，促进了地坪测试领域的重大进步。

带有集成 3D 非接触式轮廓仪的 NANOVEA T2000 摩擦磨损试验机是磨损测试和体积损失测量的突破性解决方案。它能够在销和轮廓仪之间精确移动，消除磨损轨迹半径或位置的任何偏差，从而保证结果的可靠性。但这还不是全部 - 3D 非接触式轮廓仪的先进功能可实现高速表面测量，将扫描时间缩短至短短几秒。 NANOVEA T2000 能够施加高达 2,000 N 的负载并实现高达 5,000 rpm 的旋转速度摩擦仪在评估过程中提供多功能性和精确性。显然，该设备在渐进磨损测绘中发挥着至关重要的作用。

图1: 磨损测试前的样品设置 (左）和磨损测试后的磨损轨迹轮廓测量（右）。

测量目标

对两种类型的地板材料进行了渐进式磨损图测试：石材和木材。每个样品总共经历了7个测试周期，测试时间分别为2、4、8、20、40、60和120秒，从而可以比较不同时期的磨损情况。在每个测试周期后，使用NANOVEA 3D非接触式轮廓仪对磨损轨迹进行了剖析。从轮廓仪收集的数据中，可以使用NANOVEA摩擦仪软件或我们的表面分析软件Mountains中的集成功能来分析孔的体积和磨损率。

NANOVEA T2000 高负荷
气动摩擦磨损试验机

样品

磨损图谱测试参数

负载	40 N
测试时间	变化多端
速度	200转/分钟
RADIUS	10毫米
距离	变化多端
球体材料	碳化钨
球体直径	10毫米

在7个周期中使用的测试时间为 2、4、8、20、40、60和120秒分别。所走的距离是 0.40，0.81，1.66，4.16，8.36，12.55，和25.11米。

磨损测绘结果

木地板

*测试周期*	*最大COF*	*最小COF*	*平均。价值链*
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

辐射方向

*测试周期*	*总体积损失（µm3*	总距离行驶（米）	磨损率 (mm/Nm) x10^-5	瞬时磨损率 (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

图2: 磨损率与总行驶距离的关系（左图）
和木地板的瞬时磨损率与测试周期（右图）。

图3: 木地板上的#7测试的COF图和磨损轨迹的三维视图。

图4: #7试验的木质磨损轨道的横断面分析

图5: 木质样品测试#7的磨损轨迹的体积和面积分析。

完整的结果细节，请点击这里。

磨损测绘结果

石材地板

*测试周期*	*最大COF*	*最小COF*	*平均。价值链*
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

辐射方向

*测试周期*	*总体积损失（µm3*	总距离行驶（米）	磨损率 (mm/Nm) x10^-5	瞬时磨损率 (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

图6: 磨损率与总行程对比（左）。
和石料地板的瞬时磨损率与测试周期（右图）。

图7: #7试验在石材地板上的COF图和磨损轨迹的三维视图。

图8: #7试验的石料磨损轨迹的横截面分析。

图9： #7号石料样品的磨损痕迹的体积和面积分析。

完整的结果细节，请点击这里。

讨论

瞬时磨损率用以下公式计算：

其中V是一个孔的体积，N是负载，X是总距离，这个方程式描述了测试周期之间的磨损率。瞬时磨损率可以用来更好地识别整个测试过程中的磨损率变化。

两种样品都有非常不同的磨损行为。随着时间的推移，木地板开始时的磨损率很高，但很快就下降到一个较小的稳定值。对于石材地板来说，磨损率似乎从一个低值开始，并随着周期的推移趋向于一个较高的值。瞬时磨损率也显示出很小的一致性。造成这种差异的具体原因尚不确定，但可能是由于样品的结构造成的。石材地板似乎由松散的颗粒组成，与木材的紧凑结构相比，其磨损程度不同。要确定这种磨损行为的原因，还需要进行更多的测试和研究。

摩擦系数（COF）的数据似乎与观察到的磨损行为一致。木质地板的COF图在整个周期中看起来是一致的，补充了其稳定的磨损率。石材地板的平均摩擦系数在整个循环过程中都在增加，这与磨损率随循环增加的情况类似。摩擦图的形状也有明显的变化，表明球与石材样品的互动方式发生了变化。这在第二周期和第四周期最为明显。

结论

NANOVEA T2000摩擦仪通过分析两个不同地板样品之间的磨损率，展示了其进行渐进式磨损绘图的能力。暂停连续的磨损测试，用NANOVEA 3D非接触式轮廓仪扫描表面，对材料随时间变化的磨损行为有了宝贵的了解。

NANOVEA T2000摩擦磨损仪与集成的3D非接触式轮廓仪提供了各种各样的数据，包括COF（摩擦系数）数据、表面测量、深度读数、表面可视化、体积损失、磨损率等等。这套全面的信息使用户能够更深入地了解系统和样品之间的相互作用。NANOVEA T2000摩擦磨损仪具有可控负载、高精度、易于使用、高负载、宽速度范围和附加环境模块等特点，将摩擦学提升到一个新的水平。

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使用纳米压痕对软木进行动态机械分析

动态机械分析

使用纳米压痕法对软木进行检测

编写者

刘志强

简介

动态机械分析（DMA）是一种强大的技术，用于研究材料的机械性能。在这个应用中，我们重点分析了软木，一种广泛用于葡萄酒密封和老化过程的材料。软木，从亚栎树的树皮中获得，表现出独特的细胞结构，提供类似于合成聚合物的机械性能。在一个轴上，软木具有蜂窝状结构。其他两个轴的结构是多个类似矩形的棱镜。这使软木具有不同的机械性能，取决于被测试的方向。

动态机械分析（DMA）测试在评估软木机械性能方面的重要性

软木塞的质量在很大程度上取决于其机械和物理特性，这对其在葡萄酒密封方面的有效性至关重要。决定软木塞质量的关键因素包括弹性、绝缘性、回弹力以及对气体和液体的不渗透性。通过利用动态机械分析（DMA）测试，我们可以定量评估软木塞的弹性和回弹特性，提供一个可靠的评估方法。

NANOVEA PB1000机械测试仪在纳米压痕 DMA模式可以对这些特性进行表征，特别是杨氏模量、存储模量、损失模量和tan delta（tan（δ））。DMA测试还允许收集关于软木材料的相移、硬度、应力和应变的宝贵数据。通过这些综合分析，我们对软木塞的机械行为及其在葡萄酒密封应用中的适用性有了更深入的了解。

测量目标

在这项研究中，使用NANOVEA PB1000机械测试仪在纳米压痕模式下对四个软木塞进行动态机械分析（DMA）。软木塞的质量被标示为：1 - Flor, 2 - First, 3 - Colmated, 4 - Synthetic rubber.对每个软木塞在轴向和径向都进行了DMA压痕测试。通过分析软木塞的机械反应，我们旨在深入了解其动态行为，并评估其在不同方向上的性能。

NANOVEA

PB1000

测试参数

最大力气	75 mN
装载率	150 mN/min
卸载率	150 mN/min
AMPLITUDE	5 mN
频度	1赫兹
CREEP	60 s

压头类型

球类

51200钢

3毫米直径

结果

在下面的表格和图表中，杨氏模量、储存模量、损失模量和tan delta在每个样品和方向之间进行了比较。

杨氏模量： Stiﬀness；高值表示stiﬀ，低值表示flexible。

储存模数： 弹性反应；储存在材料中的能量。

损失模量： 粘性反应；由于热而损失的能量。

谭（δ）： 阻尼；高值表示更多的阻尼。

轴向

塞子	*杨氏模量*	*存储模量*	*亏损模式*	*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

辐射方向

塞子	*杨氏模量*	*存储模量*	*亏损模式*	*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

杨氏模量

存储模量

亏损模式

TAN DELTA

在软木塞之间，在轴向测试时，杨氏模量差别不大。只有塞子#2和#3在径向和轴向之间的杨氏模量有明显差异。因此，储能模量和损耗模量在径向方向上也将高于轴向方向。塞子#4显示出与天然软木塞类似的特性，除了损失模量。这相当有趣，因为这意味着天然软木塞比合成橡胶材料具有更高的粘性。

结论

纳诺维娅机械测试仪在纳米划痕测试仪模式下，可以模拟许多现实生活中油漆涂层和硬质涂层的故障。通过以受控和密切监控的方式施加不断增加的负载，该仪器可以识别发生负载故障的情况。然后可以将其用作确定耐刮擦性定量值的方法。测试的涂层没有风化，已知在约 22 mN 时出现第一道裂纹。值接近 5 mN，很明显，7 年一圈已经使油漆退化。

对原始轮廓进行补偿，可以获得划痕期间的修正深度，也可以测量划痕后的残留深度。这就提供了关于涂层在增加载荷下的塑性与弹性行为的额外信息。裂纹和变形的信息对改善硬涂层都有很大的作用。非常小的标准偏差也显示了该仪器技术的可重复性，这可以帮助制造商提高他们的硬涂层/涂料的质量，并研究风化的影响。

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金属基材上涂料的纳米划痕和磨损测试

纳米划痕和 Mar 测试

金属基材上的油漆

编写者

苏珊娜-卡贝罗

简介

带或不带硬涂层的油漆是最常用的涂料之一。我们在汽车上、墙壁上、电器上以及几乎任何需要一些保护性涂层或只是为了美观的东西上都能看到它。用于保护底层基材的油漆通常含有防止油漆起火的化学品，或者仅仅是防止其失色或开裂。通常情况下，用于审美目的的油漆有各种颜色，但不一定是为了保护其底层，也不一定是为了延长使用寿命。

然而，所有的油漆都会随着时间的推移发生一些风化。涂料的风化往往会改变其属性，使之与制造者的意图不符。它可以更快断裂，受热后剥落，颜色变淡或开裂。随着时间的推移，油漆的不同属性的变化是为什么制造商oﬀ了如此广泛的选择。油漆是为满足个别客户的不同要求而定制的。

纳米划痕测试对质量控制的重要性

涂料制造商的一个主要关注点是他们的产品是否能够承受开裂。一旦油漆开始开裂，它就不能保护它所应用的基材；因此，不能满足他们的客户。例如，如果一根树枝碰巧划过一辆汽车的侧面，紧接着油漆就开始开裂，油漆的制造商就会因为油漆质量差而失去业务。油漆的质量是非常重要的，因为如果油漆下的金属暴露出来，它可能会因为新的暴露而开始生锈或腐蚀。

像这样的原因适用于其他几个光谱，如家庭和办公用品和电子产品，玩具，研究工具等。虽然当他们第一次将油漆涂在金属涂层上时，油漆可能是抗裂的，但随着时间的推移，当样品上发生了一些风化后，其性能可能会发生变化。这就是为什么让油漆样品在其风化阶段进行测试非常重要。虽然在高负荷的压力下开裂可能是不可避免的，但制造商必须预测随着时间的推移，这种变化可能会有多大的削弱，以及aﬀecting scratch必须有多深，以便为他们的消费者提供最好的产品。

测量目标

我们必须以控制和监测的方式来模拟划痕的过程，以观察样品的行为eﬀects。在这个应用中，NANOVEA PB1000机械测试仪在纳米划痕测试模式下被用来测量导致金属基体上约7年的30-50微米厚的油漆样品失效所需的负载。

一支2 μm的钻石头测针在0.015 mN到20.00 mN的渐进负荷下，对涂层进行划痕。我们用0.2 mN的载荷对涂料进行了前后扫描，以确定划痕的真实深度值。真实深度分析了测试期间样品的塑性和弹性变形；而后扫描只分析了划痕的塑性变形。涂层因开裂而失效的点被当作是失效点。我们以ASTMD7187为指导来确定我们的测试参数。

我们可以得出结论，使用风化的样品；因此，在较弱的阶段测试油漆样品，为我们提供了较低的故障点。

对这个样本进行了五次测试，以便

确定准确的失效临界载荷。

NANOVEA

PB1000

测试参数

以下 ASTM D7027

使用配备了高速传感器的NANOVEA ST400扫描粗糙度标准件的表面，该传感器产生了192个点的亮线，如图1所示。这192个点同时扫描样品表面，导致扫描速度大大增加。

装载类型	渐进的
初始负载	0.015 mN
终极装载	20 mN
装载率	20 mN/min
划痕长度	1.6毫米
刮擦速度，dx/dt	1.601毫米/分钟
预扫描加载	0.2 mN
扫瞄后加载	0.2 mN

压头类型

锥形

钻石90°锥体

2微米的尖端半径

结果

本节介绍了在划痕试验中收集的故障数据。第一部分描述了在划痕中观察到的故障，并定义了所报告的临界载荷。下一部分包含了所有样品的临界载荷的汇总表，以及一个图形表示。最后一部分介绍了每个样品的详细结果：每个划痕的临界载荷，每个故障的显微照片，以及测试的图表。

观察到的故障和关键负载的定义

关键的失败：

初始损害

这是沿划痕轨道观察到的第一个损伤点。

关键的失败：

完全损坏

在这一点上，损坏比较严重的地方是油漆沿着刮痕裂开了。

详细结果

* 失效值取自于基材开裂点。

重要负载
划痕模块	初始伤害[mN] 。	完全损坏 [µm]
1	14.513	4.932
2	3.895	4.838
3	3.917	4.930

平均数	3.988	4.900
STD DEV	0.143	0.054

图2: 完整划痕的显微照片（1000倍放大）。

图3: 初始损伤的显微照片（1000倍放大）。

图4: 完全损坏的显微照片（1000倍放大）。

图5: 摩擦力和摩擦系数。

图6: 表面轮廓。

图7: 真实深度和残余深度。

结论

纳诺维娅机械测试仪在里面纳米划痕测试仪模式可以模拟许多现实生活中的油漆涂层和硬涂层的故障。通过以受控和密切监测的方式施加越来越大的负载，该仪器可以确定在何种负载下会发生故障。然后，这可以作为确定耐刮擦性的定量值的方法。所测试的涂层，在没有风化的情况下，已知在大约22毫牛时出现第一道裂纹。如果数值接近5 mN，很明显，7年的搭接已经使涂料退化了。

对原始轮廓的补偿可以在划痕期间获得修正的深度，并测量划痕后的残余深度。这就提供了关于涂层在增加载荷下的塑性与弹性行为的额外信息。裂纹和变形的信息对改善硬涂层都有很大的作用。非常小的标准偏差也显示了仪器技术的可重复性，这可以帮助制造商提高其硬涂层/涂料的质量，并研究风化的影响。

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使用三维轮廓仪进行粗糙度测绘检测

粗糙度测绘检查

使用三维轮廓仪测量

编写者

杜安杰，博士

简介

表面粗糙度和纹理是影响产品最终质量和性能的关键因素。对表面粗糙度、质地和一致性的全面了解对于选择最佳的加工和控制措施至关重要。需要对产品表面进行快速、可量化和可靠的在线检测，以便及时发现有缺陷的产品并优化生产线条件。

3D非接触式轮廓仪对在线表面检测的重要性

产品的表面缺陷是由材料加工和产品制造造成的。在线表面质量检测可确保对最终产品进行最严格的质量控制。纳诺维娅 3D 非接触式光学轮廓仪利用具有独特功能的色光技术，无需接触即可确定样品的粗糙度。线传感器能够高速扫描大表面的 3D 轮廓。由分析软件实时计算的粗糙度阈值可作为快速可靠的通过/失败工具。

测量目标

在这项研究中，NANOVEA ST400配备了一个高速传感器，用于检测有缺陷的Teﬂon样品的表面，以展示NANOVEA的能力。

非接触式测厚仪在生产线上提供快速和可靠的表面检测。

NANOVEA

ST400

结果与讨论

三维表面分析 粗糙度标准样品

图2显示了粗糙度标准样品的表面高度图和粗糙度分布图的假彩色视图。在图2a中，粗糙度标准样品表现出略微倾斜的表面，如每个标准粗糙度块中不同的颜色梯度所代表的那样。在图2b中，均匀的粗糙度分布显示在不同的粗糙度块中，其颜色代表了块中的粗糙度。

图3显示了分析软件根据不同的粗糙度阈值生成的合格/不合格图的例子。当表面粗糙度高于某个设定的阈值时，粗糙度区块会以红色显示。这为用户提供了一个工具，可以设置一个粗糙度阈值来确定样品的表面质量。

图1: 粗糙度标准样品上的光学线传感器扫描

a. 地表高度图：

b. 粗糙度图：

图2: 粗糙度标准样品的表面高度图和粗糙度分布图的假彩色视图。

图3: 基于粗糙度阈值的通过/失败图。

有缺陷的天线样品的表面检查

Teﬂon样品表面的表面高度图、粗糙度分布图和合格/不合格粗糙度阈值图显示在图4。如表面高度图所示，Teﬂon样品在样品的右侧中心有一个山脊的形式。

a. 地表高度图：

图4b的调色板上的不同颜色代表了局部表面的粗糙度值。粗糙度图显示了Teﬂon样品完整区域内的均匀粗糙度。然而，缺陷，以缩进环和磨损疤痕的形式，以明亮的颜色突出。用户可以很容易地设置一个通过/失败的粗糙度阈值来定位表面缺陷，如图4c所示。这样的工具允许用户在生产线上现场监测产品的表面质量，及时发现有缺陷的产品。当产品经过在线光学传感器时，实时的粗糙度值被计算和记录下来，这可以作为一个快速而可靠的质量控制工具。

b. 粗糙度图：

c. 通过/失败粗糙度阈值图：

图4: 表面高度图、粗糙度分布图和 Teﬂon样品表面的通过/失败粗糙度阈值图。

结论

在这个应用中，我们展示了NANOVEA ST400 3D非接触式光学轮廓仪配备的光学线传感器是如何以一种有效和高效的方式作为可靠的质量控制工具。

光学线传感器产生一条由192个点组成的亮线，同时扫描样品表面，导致扫描速度显著提高。它可以安装在生产线上，就地监测产品的表面粗糙度。粗糙度阈值作为确定产品表面质量的可靠标准，使用户能够及时发现有缺陷的产品。

这里显示的数据只代表了分析软件中的一部分计算结果。NANOVEA轮廓仪几乎可以测量任何领域的表面，包括半导体、微电子、太阳能、光纤、汽车、航空航天、冶金、加工、涂层、制药、生物医学、环境和许多其他领域。

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摩擦试验机测高温下划痕硬度

高温划痕硬度

使用摩擦仪

编写者

杜安杰，博士

简介

硬度衡量的是材料对永久或塑性变形的抵抗力。划痕硬度测试最初是由德国矿物学家弗里德里希-莫尔斯在1820年开发的，它确定了材料对尖锐物体的摩擦造成的划痕和磨损的硬度。¹.莫氏标度是一个比较指数，而不是一个线性标度，因此，ASTM标准G171-03所述，开发了一个更准确和定性的划痕硬度测量方法。².它测量金刚石测针产生的划痕的平均宽度并计算出划痕硬度数（HSP）。

高温下测量划痕硬度的重要性

材料是根据服务要求来选择的。对于涉及重大温度变化和热梯度的应用，测试材料在高温下的机械性能以充分了解其机械极限是至关重要的。材料，特别是聚合物，通常在高温下会软化。很多机械故障是由蠕变变形和热疲劳引起的，只有在高温下才会发生。因此，需要一种可靠的技术来测量高温下的硬度，以确保为高温应用正确选择材料。

测量目标

在本研究中，NANOVEA T50 摩擦试验机在室温至 300°C 的不同温度下测量特氟龙样品的划痕硬度。执行高温划痕硬度测量的能力使得 NANOVEA 摩擦仪用于高温应用材料的摩擦学和机械评估的多功能系统。

NANOVEA

T50

测试条件

NANOVEA T50摩擦试验机可用于室温（RT）到300℃的温度范围内对特氟隆样品进行划痕硬度测试。特富龙的熔点为326.8°C。使用顶角为120°、尖端半径为200 µm的锥形金刚石测针。特氟隆样品被固定在旋转式样品台上，与平台中心的距离为10毫米。样品被烤箱加热，在RT、50°C、100°C、150°C、200°C、250°C和300°C的温度下进行测试。

测试参数

高温划痕硬度的测量

常态力	2 N
滑动速度	1毫米/秒
划痕长度	每个温度8毫米
气体环境	空气
温度	RT, 50°C, 100°C, 150°C, 200°C, 250°C, 300°C。

结果与讨论

为了比较不同温度下的划痕硬度，图1显示了特氟龙样品在不同温度下的划痕轮廓。当测针以2N的恒定载荷行进时，在划痕边缘形成材料堆积，并刺入特氟隆样品，将划痕中的材料推向一侧并使之变形。

如图2所示，在光学显微镜下检查划痕。显微镜测量的划痕宽度和计算出的划痕硬度值（HSP）在图3中进行了总结和比较。显微镜测量的划痕宽度与使用NANOVEA轮廓仪测量的划痕宽度一致，特氟隆样品在较高温度下表现出更宽的划痕宽度。当温度从RT上升到300℃时，它的划痕宽度从281微米增加到539微米，HSP从65MPa下降到18MPa。

使用NANOVEA T50摩擦磨损仪可以高精度、高重复性地测量高温下的划痕硬度。它提供了一个不同于其他硬度测量的解决方案，并使NANOVEA摩擦仪成为一个更完整的系统，用于全面的高温三坐标机械评估。

图1: 在不同温度下进行划痕硬度测试后的划痕轮廓。

图2: 在不同温度下测量后，显微镜下的划痕痕迹。

图3: 刮痕宽度和刮痕硬度与温度的变化。

结论

在这项研究中，我们展示了NANOVEA摩擦仪如何在高温下测量符合ASTM G171-03标准的划痕硬度。恒定载荷下的划痕硬度测试为使用摩擦仪比较材料的硬度提供了另一种简单的解决方案。在高温下进行划痕硬度测量的能力使NANOVEA摩擦仪成为评估材料高温三相力学性能的理想工具。

NANOVEA摩擦仪还提供精确和可重复的磨损和摩擦测试，使用符合ISO和ASTM标准的旋转和线性模式，在一个预集成的系统中可选择高温磨损、润滑和三相腐蚀模块。可选的3D非接触式轮廓仪，除了用于其他表面测量（如粗糙度）外，还可以对磨损轨迹进行高分辨率的3D成像。

1 Wredenberg, Fredrik; PL Larsson (2009)."金属和聚合物的划痕测试。实验和数值"。磨损266（1-2）。76
2 ASTM G171-03 (2009), "使用金刚石测针测试材料的划痕硬度的标准测试方法"

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