类别。轮廓测量法 | 粗糙度和光洁度

Stent Coating Adhesion and Delamination Analysis Using Nano Scratch Testing

Application Note | Stent Coating Adhesion Testing

Stent Coating Adhesion and Delamination Analysis Using Nano Scratch Testing

Quantifying Coating Failure and Adhesion Performance on Drug-Eluting Stents

Research & Experimental Testing

李端杰，博士

Visual Design & Editorial

安德鲁-肖尔

简介

Blood is carried through arteries from the heart to the rest of the body. Any weakening or blockage of these vessels can pose significant health risks and may become life-threatening. A stent is a small mesh tube inserted into the lumen of a blood vessel to treat narrowed or weakened arteries. Stent implantation is now a widely used procedure to support the arterial wall and restore blood flowᶦ.

Metal stent mesh geometry illustrating the structural complexity of vascular implant design.

Why coating adhesion matters in drug-eluting stents

Drug-eluting stents represent a major advancement in stent technology. They incorporate a biodegradable, biocompatible polymer coating that enables controlled drug release at the arterial site, helping to inhibit intimal thickening and reduce the risk of restenosisᶦᶦ.

A critical concern in these systems is the delamination of the polymer coating from the metallic stent substrate. This coating carries the drug-eluting layer, and its adhesion directly impacts device performance and reliability.

To improve coating adhesion, stents are often designed with complex geometries. In this study, the polymer coating is located at the bottom of grooves within the stent mesh. This configuration presents a significant challenge for adhesion measurement.

A reliable method is required to quantitatively evaluate the interfacial strength between the polymer coating and the metal substrate. The small diameter of the stent mesh, comparable to a human hair, combined with its three-dimensional geometry, requires:

ultrafine X-Y positioning accuracy
precise control of applied load
accurate depth measurement during testing

Measurement Method

Nano scratch testing is performed using the 纳诺维亚 PB1000 机械测试仪, in Nano Scratch Mode, to evaluate the cohesive and adhesive strength of the polymer coating on the metal mesh of stent samples.

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

NANOVEA PB1000 Advanced

机械测试仪

测试条件

1. Regular Stent Samples

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

Parameter	Value
Load type	渐进的
Initial load	0.05 mN
Final load	300 and 100 mN
Sliding speed	0.5 mm/min
Sliding distance	0.5 mm
Indenter geometry	锥形
Indenter material (tip)	钻石
压头尖端半径	20 µm
温度	24°C (room)

表1: Test parameters for nano scratch measurements on regular stent samples

2. Grooved Stent Samples

The SEM image in Fig. 1 shows the cross-section of the stent sample. The stent features a groove with a depth of approximately 30 µm. The polymer coating, with a thickness of 10.8 µm, is located at the bottom of the groove.

Standard 60° conical diamond tips are not sharp enough to reach the bottom of the groove without contacting the sidewalls. Therefore, a sharper 40° conical diamond tip is used in this study (Fig. 2).

Nano scratch measurements are performed using the parameters summarized in Table 2.

Parameter	Value
Load type	渐进的
Initial load	0.1 mN
Final load	300 mN
装载率	300 mN/min
Scratch length	0.25 mm
Scratch speed	0.25 mm/min
Indenter geometry	40° cone
Indenter material (tip)	钻石
压头尖端半径	5 µm

Table 2: Test parameters for nano scratch measurements on grooved stent samples

Fig. 1: SEM cross-section of a grooved stent showing polymer coating located at the bottom of the groove, highlighting the challenge of coating adhesion measurement in recessed geometries.

Fig. 2: Schematic of a 40° conical diamond tip designed for nano scratch testing inside stent grooves, enabling accurate adhesion measurement without sidewall interference.

结果和讨论

The stent mesh has a diameter of approximately 100 μm, comparable to a human hair. Precise positioning is therefore critical to ensure the scratch test is performed at the center of the stent mesh. The NANOVEA Mechanical Tester provides X–Y positioning accuracy down to 0.25 μm, enabling accurate test placement under the integrated optical microscope.

1. Regular Stent Samples

Nano scratch testing is performed with a progressively increasing load up to 300 mN. The full scratch track on the stent is shown in Fig. 3a, while failure behavior at different stages is presented in Fig. 3b and 3c.

Two critical loads are identified:

Lc1: the load at which the first visible damage appears on the coating
Lc2: the load at which the coating is fully removed and the substrate is exposed

The evolution of coefficient of friction (COF) and penetration depth is shown in Fig. 4, providing insight into the progression of coating failure during the test.

The first signs of coating damage appear at Lc1 ≈ 14.5 mN. As the applied load increases, the diamond tip progressively penetrates the polymer coating, resulting in a wider and deeper scratch track. During this phase, the COF increases from approximately 0.05 to 0.7.

At Lc2 ≈ 78.1 mN, the coating is fully delaminated from the metal substrate. Beyond this point, as the load continues to increase, both COF and penetration depth remain relatively stable due to the mechanical support of the underlying metal substrate.

(a) Full Scratch Track

(b) Lc1 ≈ 14.5 mN

Fig. 3: Nano scratch track on a stent coating under progressively increasing load, showing (a) full scratch path, (b) initial coating failure at Lc1 ≈ 14.5 mN, and (c) complete coating delamination at Lc2 ≈ 78.1 mN.

Fig. 4: Evolution of coefficient of friction (COF) and penetration depth during nano scratch testing of a stent coating under progressively increasing load, showing the progression of coating failure and transition to substrate support.

Failures during nano scratch testing up to a maximum load of 300 mN occur at critical loads below 100 mN. To enable a more quantitative comparison of coating performance, additional tests are performed with a maximum load of 100 mN on two stent samples, referred to as Sample 1 and Sample 2.

Fig. 5 compares the scratch tracks of Sample 1 and Sample 2 after nano scratch testing. Sample 1 exhibits the first sign of coating damage at a critical load of Lc1 ≈ 13.2 mN, while Sample 2 shows initial failure at a higher load of Lc1 ≈ 21.1 mN.

Coating delamination occurs at 62.5 mN for Sample 1. In contrast, the coating on Sample 2 remains intact throughout the test, continuing to protect the metal substrate under the same loading conditions.

This behavior is further reflected in the evolution of coefficient of friction (COF) and penetration depth, as shown in Fig. 6. When the diamond tip penetrates through the coating and contacts the metal substrate in Sample 1, the COF reaches a peak while the penetration depth decreases due to the increased stiffness of the underlying substrate.

(a) Sample 1 – Early Coating Failure

(b) Sample 2 – Improved Coating Integrity

Fig. 5: Comparison of nano scratch tracks for two stent coatings, showing (a) early coating failure and delamination in Sample 1, and (b) improved coating integrity in Sample 2 under the same loading conditions.

Fig. 6: Comparison of coefficient of friction (COF) and penetration depth for Sample 1 and Sample 2 during nano scratch testing, showing earlier substrate contact and higher friction response in Sample 1, indicating weaker coating adhesion.

2. Grooved Stent Samples

As shown in Fig. 1 and Fig. 7, the grooved stent mesh has a diameter of approximately 90 μm, comparable to a human hair. The groove has a width of ~50 μm and a depth of 30 μm. This geometry presents a significant challenge for nano scratch testing, particularly for evaluating coating adhesion at the bottom of the groove.

Precise positioning is critical to locate the scratch test within the groove. The nano scratch test is performed with a progressively increasing load up to 300 mN. The full scratch tracks of grooved stent Samples 3 and 4 are compared in Fig. 7.

The critical load Lc is defined as the load at which the coating fails and the substrate becomes exposed. The evolution of normal load and penetration depth, shown in Fig. 8, provides further insight into the progression of coating failure during testing.

As the applied load increases, the diamond tip progressively penetrates the polymer coating, resulting in a deeper scratch track. When the critical load Lc is reached, the coating delaminates from the metal substrate.

Sample 3 exhibits coating failure at Lc ≈ 126 mN, while Sample 4 fails at a higher load of Lc ≈ 173 mN. This difference indicates stronger adhesion of the coating in Sample 4.

The measured critical loads enable quantitative comparison of coating adhesion performance. Under the same testing conditions, the coating on Sample 4 demonstrates higher resistance to delamination, making it the better-performing candidate in this study.

(d) Sample 4 – Higher Adhesion in Groove (Lc ≈ 173 mN)

Fig. 7: Nano scratch tracks inside stent grooves for Samples 3 and 4, showing (c) coating failure at Lc ≈ 126 mN in Sample 3 and (d) higher adhesion with delayed failure at Lc ≈ 173 mN in Sample 4.

(a) Sample 3 – Earlier Coating Failure (Lc ≈ 126 mN)

(b) Sample 4 – Delayed Failure and Higher Adhesion (Lc ≈ 173 mN)

Fig. 8: Evolution of normal load and penetration depth during nano scratch testing inside stent grooves for Samples 3 and 4, showing earlier coating failure in Sample 3 and delayed failure at higher load in Sample 4. The vertical green line indicates the critical load (Lc) where coating delamination occurs.

总结

This study demonstrates the ability of the NANOVEA Mechanical Tester to quantitatively evaluate the cohesive and adhesive strength of polymer coatings on both regular and grooved stent geometries using nano scratch testing.

The recessed geometry of the stent grooves, approximately 50 μm wide and 30 μm deep, presents a significant challenge for coating adhesion measurement. The high X–Y positioning accuracy of 0.25 μm enables precise placement of the scratch test within these confined regions, allowing direct evaluation of coating performance where failure is most critical.

By applying a controlled, progressively increasing load, critical loads associated with coating failure can be identified and compared across samples. This approach enables reliable differentiation of coating adhesion performance and interfacial integrity, even on small, complex stent structures.

参考文献

[I] http://www.nhlbi.nih.gov/health/health-topics/topics/stents
[II] http://www.scielo.org.mx/scielo.php?script=sci_arttext&pid=S1405-99402006000300008

Frequently Asked Questions About Stent Coating Adhesion Testing

What is stent coating adhesion testing?

Stent coating adhesion testing evaluates how strongly a polymer coating is bonded to the metal substrate of a stent. Techniques such as nano scratch testing quantify the load at which coating damage and delamination occur, providing measurable indicators of adhesion strength.

What is critical load (Lc) in nano scratch testing?

Critical load (Lc) is the applied load at which a coating fails during a scratch test.

Lc1 corresponds to the first visible damage in the coating
Lc2 indicates complete coating removal and exposure of the substrate

These values are used to quantify and compare coating adhesion performance.

Why is coating adhesion important in drug-eluting stents?

Coating adhesion directly affects the reliability of drug-eluting stents. Poor adhesion can lead to coating delamination, which may compromise controlled drug release and increase the risk of device failure.

How do you measure coating adhesion inside stent grooves?

Measuring adhesion inside stent grooves requires high positioning accuracy and appropriate indenter geometry. Nano scratch testing with sharp diamond tips allows access to recessed coating regions, enabling direct evaluation of adhesion within complex stent geometries.

What does coefficient of friction (COF) indicate in scratch testing?

The coefficient of friction (COF) reflects changes in surface interaction during the scratch test. A sudden increase in COF often indicates coating failure and contact between the indenter and the underlying metal substrate.

How can nano scratch testing compare different coating formulations?

Nano scratch testing enables direct comparison of coatings by measuring critical loads under controlled conditions. Higher critical loads indicate stronger adhesion and improved resistance to delamination, allowing selection of better-performing coating systems.

Need Reliable Stent Coating Adhesion Testing?

Dental Surface Roughness Measurement & 3D Tooth Topography

Application Note | Dental Surface Characterization

Dental Surface Roughness Measurement and Full 3D Tooth Topography

Surface Roughness Analysis Using Non-Contact Optical Profilometry

编写者

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

简介

The ability to accurately characterize tooth surfaces, including micro-roughness and 3D surface topography at the nanometer scale, enables advanced research and applications in orthodontics and dental materials science. Non-contact optical profilometry provides a precise method for measuring dental surface roughness and analyzing tooth surface morphology without damaging delicate structures. These measurements support the development of composite dental materials that replicate the natural surface roughness of enamel, as well as the design and fabrication of patient-specific dental casts and restorative components.

Low surface roughness plays a primary role in limiting bacterial adhesion and plaque formation, thereby reducing the risk of cavities. An increase in average roughness (Ra) above 2 µm leads to a steep increase in biofilm formation in vivo.¹ An Ra of 0.2 µm is considered the threshold value below which no further reduction in bacterial adhesion can be expected.²

Reconstruction of the tooth’s 3D surface topography enables the fabrication of dental casts, which are essential for accurate diagnosis, treatment planning, and the fabrication of dental appliances.

Non-Contact Optical Profilometry for Dental Surface Analysis

The present study illustrates the potential of NANOVEA’s high-precision non-contact optical profilometers for dental surface roughness measurement and 3D tooth topography analysis. Chromatic Light technology offers significant advantages over classical touch probe techniques. It acquires data points from deep crevices and complex geometries without introducing measurement errors or artifacts caused by local plastic deformation and without requiring extensive data manipulation.

Compared to focus variation systems, single-point optical sensing provides superior lateral and height accuracy, with X/Y resolution below 0.5 µm, maximum vertical resolution of 1.9 nm, and the ability to measure surface angles up to 87°. The technique is effective on transparent, opaque, specular, diffusive, polished, and rough dental surfaces, making it well suited for comprehensive dental surface characterization.

Measurement Method

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

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

NANOVEA JR25 Portable
光学轮廓仪

Surface Measurement Using NANOVEA Optical Profilometer

Surface roughness measurements were performed on the lateral side of the molar crown, followed by full 3D reconstruction of the crown surface. Separate single-point optical sensors were used to optimize measurement accuracy for both localized roughness analysis and large-area surface topography acquisition.

PS2 – MG140

Surface roughness analysis by area and parallel line profiles on the side of the tooth’s crown.

PS5 – MG35

Full 3D surface reconstruction of the tooth’s crown.

测量参数

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

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

Optical Profilometry Results

Surface Roughness Analysis (Area)

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

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

ISO 25178 – Roughness (S-L)
S-filter (λs): Gaussian, 2.5 µm
F: [Workflow] Form removed (LS-poly 8)
L-filter (λc): Gaussian, 0.8 mm
Height Parameters
规模	2.433	µm	均方根高度
スクリート	-0.102		倾斜度
价格	3.715		峰度
ǞǞǞ	18.861	µm	最大峰高
ǞǞǞ	16.553	µm	Maximum pit depth
仕	35.414	µm	最大高度
萨	1.888	µm	算术平均身高

The average surface roughness Sa is 1.888 µm, while the peak-to-valley height Sz reaches 35.414 µm.

A 3D surface rendering of the filtered area is shown below for visualization.

Roughness Analysis (Profiles)

Surface roughness profiles were measured using a series of 11 parallel line scans along the X direction on the side of the tooth. The false-color 2D surface map of the raw scan is shown below.

The surface form was removed using a least-squares 8-degree polynomial prior to applying the metrological filters, leaving the residual surface shown below.

A statistical analysis of the measured surface roughness profiles reveals the following line roughness parameters.

		Description	Mean	Std dev	Min	Max
ISO 4287 – Roughness (S-L)
F: 无
S-filter (λs): Gaussian, 2.5 µm
L-filter (λc): Gaussian, 0.8 mm
Evaluation length: All λc (3)
Amplitude Parameters – Roughness Profile
Rp	µm	Maximum peak height of the roughness profile	5.683	0.761	4.315	6.610
Rv	µm	Maximum valley depth of the roughness profile	6.242	1.009	4.701	8.438
Rz	µm	Maximum height of roughness profile	11.925	1.676	9.123	15.048
Ra	µm	Arithmetic mean deviation of the roughness profile	2.063	0.297	1.710	2.629
Rq	µm	Root-mean-square (RMS) deviation of the roughness profile	2.523	0.361	2.057	3.175

F: 无

S-filter (λs): Gaussian, 2.5 µm

L-filter (λc): Gaussian, 0.8 mm

Evaluation length: All λc (3)

The value of Ra is consistent with the Sa value extracted from the surface area measurement.

Different metrological filters can be applied to distinguish between macroscopic waviness and microscopic surface roughness. For example, a coarser filter cut-off, such as the 8 mm cut-off used with the Robust Gaussian order-2 filter, produces a smoother waviness profile (red) that is less sensitive to sharp local variations and follows the original surface profile more loosely.

Alternatively, a finer cut-off (e.g., 0.08 mm) enables the analysis of micro-roughness by removing the waviness component that follows the original profile at a larger scale, leaving the finer surface roughness features of the tooth visible.

The microroughness analysis obtained using a 0.08 mm L-Gaussian filter is presented below.

		Description	Mean	Std dev	Min	Max
ISO 4287 – Roughness (S-L)
F: 无
S-filter (λs): Gaussian, 2.5 µm
L-filter (λc): Gaussian, 0.08 mm
Evaluation length: All λc (37)
Amplitude Parameters – Roughness Profile
Rp	µm	Maximum peak height of the roughness profile	1.582	0.122	1.342	1.748
Rv	µm	Maximum valley depth of the roughness profile	1.466	0.119	1.254	1.661
Rz	µm	Maximum height of roughness profile	3.049	0.196	2.820	3.409
Ra	µm	Arithmetic mean deviation of the roughness profile	0.495	0.047	0.423	0.597
Rq	µm	Root-mean-square (RMS) deviation of the roughness profile	0.643	0.056	0.562	0.762

F: 无

S-filter (λs): Gaussian, 2.5 µm

L-filter (λc): Gaussian, 0.8 mm

Evaluation length: All λc (3)

Full 3D Tooth Surface Topography Reconstruction

The extended Z-scan range of the PS5 optical sensor enables high-fidelity scanning of the entire tooth crown surface. The resulting 3D surface topography is shown below.

2D VIEW: 2D surface map of the tooth crown measured with optical profilometry

3D VIEW: High-fidelity 3D rendering of the molar crown surface obtained with optical profilometry

总结

In this application, the NANOVEA JR25 Non-Contact Optical Profiler was used to measure the surface roughness and 3D surface topography of an adult human molar.

Both the area scan and the line profile analysis revealed a roughness Rq of approximately 2.5 µm and an Ra of about 1.9–2.0 µm. These values are consistent with results reported in the literature.³ The use of a narrower L-Gaussian filter with an 80 µm cut-off enabled further investigation of micro-roughness, revealing an Rq of 0.643 µm and an Ra of 0.495 µm.

The full 3D surface topography of the molar crown was reconstructed with high fidelity. The high measurement resolution allows detection of fine surface features and crevices. The resulting surface data can be easily processed and exported as STL files, enabling the design and fabrication of customized dental devices and restorative components.

参考文献

[1] Shin, B.W., et al. Surface Roughness of Prefabricated Pediatric Zirconia Crowns Following Simulated Toothbrushing. Pediatric Dentistry 44.5 (2022): 363–367.
[2] Bollen, C.M.L., Paul Lambrechts, and Marc Quirynen. Comparison of surface roughness of oral hard materials to the threshold surface roughness for bacterial plaque retention: A review of the literature. Dental Materials 13.4 (1997): 258–269.
[3] Suputtamongkol, K., et al. Surface roughness resulting from wear of lithia-disilicate-based posterior crowns. Wear 269.3–4 (2010): 317–322.

Frequently Asked Questions About Dental Surface Roughness Measurement

What is dental surface roughness measurement?

Dental surface roughness measurement quantifies the microscopic texture of tooth surfaces using parameters such as Ra, Rq, and Sa. Optical profilometers measure these features without contacting the surface, allowing accurate analysis of enamel, restorative materials, and dental crowns.

Why use optical profilometry to measure tooth roughness?

Optical profilometry provides non-contact surface measurement with nanometer-scale vertical resolution. It captures 2D surface maps and full 3D surface topography of dental structures without damaging soft or polished surfaces.

What roughness parameters are used for dental surface analysis?

Common roughness parameters include Ra (arithmetic mean roughness), Rq (root mean square roughness), Sa (areal roughness), and Sz (maximum surface height). These parameters help evaluate enamel wear, plaque adhesion risk, and the performance of restorative materials.

Why is surface roughness important in dentistry?

Surface roughness affects plaque retention, wear resistance, and the long-term performance of dental restorations. Controlling micro-roughness can reduce bacterial adhesion and improve the durability of dental materials.

Need Reliable Surface Roughness Measurement for Dental Materials?

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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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

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。

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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便携式三维轮廓仪测量焊缝表面

焊接表面检查

使用便携式三维轮廓仪

编写者

CRAIG LEISING

简介

对于通常通过目视检查完成的特定焊缝，以极高的精度进行调查可能变得至关重要。焊缝精确分析包括表面裂纹、孔隙和未填充的凹坑。焊缝特征，如尺寸/形状、体积、粗糙度、尺寸等，都可以进行测量，都是焊缝评估的关键参数。

3D非接触式轮廓仪在焊接表面检测中的重要性

与接触式探针或干涉测量等其他技术不同，NANOVEA 3D 非接触式轮廓仪使用轴向色差，几乎可以测量任何表面，由于开放式分级，样品尺寸可能变化很大，并且不需要样品制备。在表面轮廓测量过程中获得从纳米到宏观的范围，样品反射率或吸收的影响为零，具有测量高表面角度的先进能力，并且无需软件对结果进行操作。轻松测量任何材料：透明、不透明、镜面、漫射、抛光、粗糙等。NANOVEA 便携式轮廓仪的 2D 和 2D 功能使其成为实验室和现场全面焊接表面检测的理想仪器。

测量目标

在这个应用中，NANOVEA JR25便携式轮廓仪被用来测量焊缝的表面粗糙度、形状和体积，以及周围区域。这些信息可以提供关键的信息，以正确评估焊接和焊接过程的质量。

NANOVEA

JR25

测试结果

下面的图片显示了焊缝和周围区域的完整的三维视图，以及只显示焊缝的表面参数。下面显示的是二维截面剖面图。

样本

从三维图中提取二维剖面，焊缝的尺寸信息计算如下。下面只计算焊缝的表面积和材料的体积。

	洞口	PEAK
表面	1.01毫米²	14.0毫米²
体积	8.799e-5 mm³	23.27毫米³
最大深度/高度	0.0276毫米	0.6195毫米
平均深度/高度	0.004024毫米	0.2298毫米

结论

在这个应用中，我们展示了NANOVEA 3D非接触式轮廓仪如何精确地表征焊缝和周围表面区域的关键特性。从粗糙度、尺寸和体积，可以确定质量和可重复性的定量方法，或进一步研究。样品焊缝，如本应用说明中的例子，可以很容易地进行分析，用标准的台式或便携式NANOVEA轮廓仪进行内部或现场测试。

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工业涂料的划痕和磨损评估

工业涂料

使用摩擦试验机进行划痕和磨损评估

编写者

李端杰博士和安德烈亚-赫尔曼博士

简介

丙烯酸聚氨酯漆是一种快干保护涂料，广泛用于各种工业应用，如地板漆、汽车漆等。当作为地坪漆使用时，它可以服务于人流和胶轮车流量大的地方，如人行道、路边和停车场。

划痕和磨损测试对质量控制的重要性

传统上，根据ASTM D4060标准，采用Taber磨损试验来评估丙烯酸聚氨酯地坪漆的耐磨性。然而，正如标准中所提到的，"对于某些材料，由于测试过程中车轮的磨料特性发生变化，使用Taber磨料磨具进行的磨损测试可能会发生变化。“1这可能导致检测结果的可重复性差，并造成比较不同实验室报告的值的困难。此外，在Taber磨损试验中，耐磨性计算为在指定次数的磨损循环下的重量损失。而丙烯酸聚氨酯地坪漆的推荐干膜厚度为37.5 ~ 50 μm2。

Taber Abraser的侵蚀性磨蚀过程可以迅速磨穿丙烯酸聚氨酯涂层，并造成基材的质量损失，从而导致涂料重量损失计算的巨大误差。在磨蚀试验过程中，磨料颗粒植入涂料中也会造成误差。因此，一个控制良好的可量化和可靠的测量对于确保涂料的可重复性磨损评估至关重要。此外，还有划痕测试允许用户在实际应用中检测到过早的粘合剂/胶粘剂失效。

测量目标

在这项研究中，我们展示了 NANOVEA 摩擦计和微纳米力学测试系统是工业涂料评估和质量控制的理想选择。

使用NANOVEA摩擦仪，以控制和监测的方式模拟不同面漆的丙烯酸聚氨酯地板漆的磨损过程。微量划痕测试被用来测量导致涂料内聚或粘合失效所需的负荷。

NANOVEA T100

紧凑型气动摩擦仪

NANOVEA PB1000

大型平台机械测试仪

测试程序

本研究评估了四种市售的水性丙烯酸地板涂料，它们具有相同的底漆（基底漆）和相同配方的不同面漆，为了提高耐久性，在添加剂的混合上有小的变化。这四种涂料被确定为样品A、B、C和D。

磨损测试

NANOVEA 摩擦计用于评估摩擦学行为，例如摩擦系数、COF 和耐磨性。将 SS440 球头（直径 6 毫米，等级 100）应用于测试涂料。 COF 是现场记录的。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。表面粗糙度和磨损轨迹轮廓由 NANOVEA 评估光学轮廓仪，并使用光学显微镜检查磨损轨迹形态。

磨损测试参数

常态力

20 N

速度

15米/分钟

测试时间

100、150、300和800周期

划痕测试

配备了罗克韦尔C金刚石触控笔(200 μm半径)的NANOVEA机械测试仪使用微刮擦测试模式对油漆样品进行渐进负载刮擦测试。使用了两种最终负载:5 N的最终负载用于研究底漆上的油漆分层，35 N的最终负载用于研究金属基材上的底漆分层。对每个样品在相同的测试条件下重复进行三次测试，以确保结果的可重复性。

整个划痕长度的全景图像被自动生成，它们的临界失效位置被系统软件与施加的载荷相关联。这一软件功能便于用户随时对划痕进行分析，而不是在划痕测试后立即在显微镜下确定临界载荷。

划痕测试参数

装载类型	渐进的
初始负载	0.01 mN
终极装载	5 N / 35 N
装载率	10 / 70 N/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锥体
压印材料（尖端）	钻石
压头半径	200 μm

磨损测试结果

在不同转数(100、150、300和800循环)下，对每个样品进行了四次针对盘磨损试验，以监测磨损的演变。在进行磨损测试之前，用NANOVEA 3D非接触剖面仪测量样品的表面形貌，以量化表面粗糙度。所有样品的表面粗糙度均约为1 μm，如图1所示。COF在磨损试验中原地记录，如图2所示。图4为100、150、300和800循环后的磨损轨迹演变，图3为不同样品在磨损过程不同阶段的平均磨损率。

与其他三种样品的COF值~0.07相比，样品a的COF值在开始时要高得多，为~0.15，经过300次磨损循环后，COF值逐渐增加，稳定在~0.3。如此高的COF加速了磨损过程，并产生了大量的油漆碎片，如图4所示——样品a的面漆在前100转中已经开始被去除。如图3所示，样品A在前300个循环中磨损率最高，为~5 μm2/N，由于金属基体的耐磨性较好，磨损率略微下降到~3.5 μm2/N。样品C的面漆在150次磨损后开始失效，如图4所示，图2中COF的增加也说明了这一点。

相比之下，样品B和样品D表现出增强的摩擦学性能。样品B在整个测试过程中保持较低的COF - COF从~0.05轻微增加到~0.1。这样的润滑效果大大提高了它的耐磨性-面漆在800次磨损循环后仍然对底漆提供优越的保护。样品B在800次循环时的最低平均磨损率仅为~0.77 μm2/N。样品D的面漆在375次循环后开始分层，从图2中COF的突然增加可以看出。样品D在800次循环时的平均磨损率约为1.1 μm2/N。

与传统的Taber磨损测量相比，NANOVEA摩擦仪提供了良好控制的可量化和可靠的磨损评估，确保了商业地板/汽车涂料的可重复性评估和质量控制。此外，原位COF测量的能力使用户能够将磨损过程的不同阶段与COF的演变联系起来，这对于提高对各种油漆涂层的磨损机制和摩擦学特性的基本认识至关重要。

图1: 涂料样品的三维形态和粗糙度。

图2: 在引脚磁盘测试期间，COF。

图3: 不同涂料的磨损率的演变。

图4: 钉盘试验期间磨损痕迹的演变。

划痕测试结果

图5显示了以样品A为例，法向力、摩擦力和真实深度与划痕长度的关系图。可以安装一个可选的声发射模块来提供更多信息。随着法向载荷的线性增加，压痕尖端逐渐下沉到被测样品中，这反映在真实深度的逐渐增加上。摩擦力和真实深度曲线的斜率变化可以作为涂层开始出现故障的含义之一。

图5: 法向力、摩擦力和真实深度与划痕长度的关系。最大载荷为5N的样品A的划痕测试。

图6和图7显示了在最大载荷为5N和35N的情况下测试的所有四个油漆样品的全部划痕。样品D需要更高的负荷，即50N才能使底漆脱层。在5N的最终载荷下的划痕测试（图6）评估了面漆的内聚/粘附失效，而在35N的测试（图7）评估了底漆的分层。显微照片中的箭头表示顶层涂料或底层涂料开始从底层或基材上完全脱落的点。在这一点上的载荷，即所谓的临界载荷，Lc，是用来比较涂料的内聚力或粘合力的，如表1所总结的。

很明显，油漆样品D具有最好的界面附着力——在油漆分层处显示出最高的Lc值4.04 N，在底漆分层处显示出36.61 N。样品B显示出第二好的耐刮性。从划痕分析中，我们发现涂料配方的优化对丙烯酸地板涂料的力学性能，或更具体地说，耐划痕性和粘附性至关重要。

表1: 关键负荷的总结。

图6: 最大负荷为5N的完全划痕的显微照片。

图7: 最大负荷为35N的完全划痕的显微照片。

结论

与传统的Taber磨蚀测量相比，NANOVEA机械测试仪和摩擦仪是商业地板和汽车涂料评估和质量控制的卓越工具。NANOVEA机械测试仪在划痕模式下可以检测涂层系统中的附着力/内聚力问题。NANOVEA摩擦仪对涂料的耐磨性和摩擦系数提供了良好控制的可量化和可重复的摩擦学分析。

基于对本研究中测试的水基丙烯酸地板涂料的综合摩擦学和机械分析，我们表明样品B拥有最低的COF和磨损率，以及第二好的耐刮擦性，而样品D表现出最好的耐刮擦性和第二好的耐磨性。这一评估使我们能够评估和选择针对不同应用环境需求的最佳候选人。

NANOVEA机械测试仪的纳米和微模块都包括ISO和ASTM兼容的压痕，划痕和磨损测试模式，提供了最广泛的测试范围，可在单个模块上进行油漆评估。NANOVEA摩擦计使用符合ISO和ASTM标准的旋转和线性模式提供精确和可重复的磨损和摩擦测试，并可在一个预先集成的系统中提供可选的高温磨损、润滑和摩擦腐蚀模块。NANOVEA无与伦比的范围是确定薄或厚、软或硬涂层、薄膜和基材的全套机械/摩擦学性能的理想解决方案，包括硬度、杨氏模量、断裂韧性、附着力、耐磨性和许多其他性能。可选NANOVEA非接触式光学剖面仪可用于划痕和磨损轨迹的高分辨率三维成像，以及其他表面测量，如粗糙度。

现在，让我们来谈谈你的申请

使用三维轮廓仪分析断裂样品

裂缝分析

使用三维轮廓仪测量

编写者

CRAIG LEISING

简介

断口分析是对断裂表面特征的研究，历史上一直通过显微镜或 SEM 进行研究。根据特征的大小，选择显微镜（宏观特征）或SEM（纳米和微观特征）进行表面分析。两者最终都可以识别断裂机制类型。尽管有效，但显微镜具有明显的局限性，并且在大多数情况下，除了原子级分析之外，SEM 对于断裂表面测量来说是不切实际的，并且缺乏更广泛的使用能力。随着光学测量技术的进步，NANOVEA 3D 非接触式轮廓仪现在被认为是首选仪器，能够通过宏观尺度 2D 和 3D 表面测量提供纳米级测量

3D非接触式轮廓仪在断裂检测中的重要性

与SEM不同，3D非接触式轮廓仪几乎可以测量任何表面和样品尺寸，只需最少的样品准备，同时提供优于SEM的垂直/水平尺寸。使用轮廓仪，从纳米到宏观范围的特征都可以在一次测量中捕捉到，而样品反射率的影响为零。可以轻松地测量任何材料：透明的、不透明的、镜面的、扩散的、抛光的、粗糙的等等。三维非接触式轮廓仪提供了广泛和用户友好的能力，以SEM的一小部分成本，最大限度地提高表面断裂研究。

测量目标

在这个应用中，NANOVEA ST400被用来测量一个钢铁样品的断裂表面。在这项研究中，我们将展示表面的三维区域、二维轮廓提取和表面方向图。

NANOVEA

ST400

结果

顶部表面

三维表面纹理方向

同向性	51.26%
第一方向	123.2º
第二方向	116.3º
第三方向	0.1725º

表面积、体积、粗糙度和许多其他方面都可以从这个提取中自动计算。

二维轮廓提取

结果

侧面

三维表面纹理方向

同向性	15.55%
第一方向	0.1617º
第二方向	110.5º
第三方向	171.5º

表面积、体积、粗糙度和许多其他方面都可以从这个提取中自动计算。

二维轮廓提取

结论

在这个应用中，我们展示了NANOVEA ST400 3D非接触式轮廓仪是如何精确表征断裂表面的全部地形（纳米、微观和宏观特征）的。从三维区域中，可以清楚地识别出表面，并且可以快速提取子区域或剖面/横截面，并通过无尽的表面计算列表进行分析。亚纳米级的表面特征可以通过集成的AFM模块进一步分析。

此外，NANOVEA还在其Profilometer阵容中加入了一个便携式版本，这对于不可移动的裂缝表面现场研究来说尤其重要。有了这些广泛的表面测量能力，使用一台仪器进行断裂表面分析从未如此简单和方便。

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摩擦仪试验机测量聚合物皮带的磨损和摩擦

聚酯带

使用三坐标测量仪的磨损和破损情况

编写者

李端杰，博士

简介

皮带传动装置在两个或多个旋转轴之间传递动力和跟踪相对运动。作为一种简单和廉价的解决方案，维护工作最少，皮带传动被广泛用于各种应用，如电锯、锯木厂、脱粒机、筒仓鼓风机和输送机。皮带传动装置可以保护机械免于过载，也可以阻尼和隔离振动。

磨损评估的重要性对皮带传动的重要性

摩擦和磨损对于皮带驱动的机器中的皮带来说是不可避免的。足够的摩擦确保有效的动力传输而不打滑，但过度的摩擦可能会迅速磨损皮带。不同类型的磨损，如疲劳、磨损和摩擦，都发生在皮带传动操作中。为了延长皮带的使用寿命，减少皮带维修和更换的成本和时间，可靠地评估皮带的磨损性能对于提高皮带寿命、生产效率和应用性能是可取的。准确测量皮带的摩擦系数和磨损率，有利于研发和皮带生产的质量控制。

测量目标

在这项研究中，我们模拟和比较了具有不同表面纹理的皮带的磨损行为，以展示其能力。 NANOVEA T2000摩擦磨损仪以受控和监测的方式模拟皮带的磨损过程。

NANOVEA

T2000

测试程序

两条具有不同表面粗糙度和纹理的皮带的摩擦系数，COF和耐磨性是通过以下方法评估的 NANOVEA 高负载摩擦仪使用线性往复磨损模块。使用钢 440 球（直径 10 毫米）作为计数器材料。使用集成的方法检查表面粗糙度和磨损轨迹 3D 非接触式轮廓仪。磨损率， K使用公式评估 K=Vl(Fxs)，其中 V 是磨损的体积。 F 是法向载荷和 s 是滑动距离。

请注意，本研究中使用了光滑的钢440球的对应物作为例子，任何具有不同形状和表面处理的固体材料都可以使用定制的夹具来模拟实际应用情况。

结果与讨论

纹理带和光滑带的表面粗糙度Ra分别为33.5和8.7um，根据用显微镜分析的表面轮廓。 NANOVEA 三维非接触式光学剖面仪。分别在10N和100N的条件下测量了两条被测皮带的COF和磨损率，以比较皮带在不同载荷下的磨损行为。

图1 显示了磨损测试期间皮带的COF的演变。具有不同纹理的带子表现出明显不同的磨损行为。有趣的是，在COF逐渐增加的磨合期之后，在使用10N和100N载荷进行的测试中，纹理带的COF达到较低的~0.5。相比之下，在10N载荷下测试的光滑带在COF稳定后表现出明显较高的~1.4的COF，并在测试的其余部分保持在该值以上。在100N载荷下测试的平滑带迅速被钢制440球磨损，并形成一个大的磨损轨迹。因此，测试在220转时被停止。

图1: 不同载荷下皮带的COF的演变。

NANOVEA三维非接触式轮廓仪提供了一个分析磨损痕迹的详细形态的工具，为从根本上理解磨损机制提供了更多的见解。

表1: 磨损轨迹分析的结果。

图2: 两条皮带的三维视图
在100N的测试之后。

如表1所示，三维磨损轨迹剖面可直接和准确地确定先进分析软件计算的磨损轨迹体积。在220转的磨损试验中，平滑带的磨损轨迹更大更深，体积为75.7 mm3，而纹理带在600转的磨损试验后，磨损体积为14.0 mm3。光滑带对钢球的摩擦力明显增大，导致磨损率比有纹路的皮带高15倍。

纹理带和光滑带之间如此巨大的COF差异，可能与带子和钢球之间的接触面积大小有关，这也导致了它们不同的磨损性能。图3显示了两种带子在光学显微镜下的磨损痕迹。磨损轨迹检查与COF演变的观察结果一致。纹理带保持着约0.5的低COF，在10N的负载下进行磨损试验后，没有表现出磨损的迹象。光滑带在10N时显示出一个小的磨损轨迹。

图3: 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 T2000摩擦仪在以良好的控制和定量方式评估皮带的摩擦系数和磨损率方面的能力。在皮带的使用性能中，表面纹理对皮带的摩擦和耐磨性起着关键作用。有纹理的皮带表现出稳定的摩擦系数约为0.5，并拥有较长的使用寿命，从而减少了工具维修或更换的时间和成本。相比之下，光滑皮带对钢球的过度摩擦会迅速磨损皮带。此外，皮带上的负载是影响其使用寿命的一个重要因素。过载会产生非常大的摩擦，导致皮带加速磨损。

NANOVEA T2000摩擦仪采用符合ISO和ASTM标准的旋转和线性模式，提供精确和可重复的磨损和摩擦测试，并在一个预集成的系统中提供可选的高温磨损、润滑和摩擦腐蚀模块。 NANOVEA的无与伦比的产品系列是确定薄或厚、软或硬的涂层、薄膜和基材的全部摩擦学特性的理想解决方案。

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三维轮廓仪测量化石微观结构

化石的微观结构

使用三维轮廓仪测量

编写者

李端杰，博士

简介

化石是埋在古代海洋、湖泊和河流下的沉积物中的植物、动物和其他生物的痕迹的保存遗迹。软体组织通常在死后腐烂，但硬壳、骨骼和牙齿会成为化石。原有的贝壳和骨骼发生矿物替换时，微观结构的表面特征往往被保留下来，这为了解天气的演变和化石的形成机制提供了启示。

3D非接触式轮廓仪在化石检查中的重要性

化石的 3D 剖面使我们能够从更近的角度观察化石样本的详细表面特征。 NANOVEA 轮廓仪的高分辨率和精确度可能是肉眼无法辨别的。轮廓仪的分析软件提供了适用于这些独特表面的广泛研究。与接触式探针等其他技术不同，NANOVEA 3D 非接触式轮廓仪无需接触样品即可测量表面特征。这样可以保留某些精致化石样本的真实表面特征。此外，便携式Jr25轮廓仪可以对化石遗址进行3D测量，极大地方便了化石挖掘后的分析和保护。

测量目标

在这项研究中，NANOVEA Jr25轮廓仪被用来测量两个有代表性的化石样品的表面。对每个化石的整个表面进行了扫描和分析，以确定其表面特征，包括粗糙度、轮廓和纹理方向。

NANOVEA

小25

腕足类化石

本报告介绍的第一个化石样本是腕足类化石，它来自于一种海洋动物，其上下表面有坚硬的 "瓣"（壳）。它们首次出现在距今5.5亿年前的寒武纪时期。

扫描的三维视图见图1，假彩色视图见图2。

图1: 腕足类化石样本的三维视图。

图2: 腕足类化石样本的假彩图。

然后将整体形态从表面移除，以研究腕足动物化石的局部表面形态和轮廓，如图3所示。现在可以在腕足动物化石样品上观察到一个奇特的分歧槽纹理。

图3: 去除表格后的假彩色视图和轮廓线视图。

从纹理区域提取线状剖面图，以显示图4中化石表面的横断面图。步高研究测量了表面特征的精确尺寸。凹槽拥有平均宽度约0.38毫米和深度约0.25毫米。

图4: 纹理表面的线条轮廓和阶梯高度研究。

板蓝根茎化石

第二块化石样本是一块甲壳虫茎部化石。甲壳虫首次出现在中寒武纪的海洋中，大约比恐龙早3亿年。

扫描的三维视图见图5，假彩色视图见图6。

图5: 腕足类化石样本的三维视图。

图7分析了Crinoid茎化石的表面纹理各向异性和粗糙度。

该化石在接近90°的角度有一个优先的纹理方向，导致69%的纹理各向同性。

图6: 虚假的彩色视图缩骨动物茎采样。

图7: 碎石类干化石的表面纹理各向异性和粗糙度。

图8显示了沿Crinoid茎化石的轴向的二维剖面。

表面纹理的山峰大小相当均匀。

图8: 碎石类干化石的二维剖面分析。

结论

在这个应用中，我们使用NANOVEA Jr25便携式非接触式轮廓仪全面研究了腕足类和腕足类茎化石的三维表面特征。我们展示了该仪器可以精确描述化石样品的三维形态。然后进一步分析了样品有趣的表面特征和纹理。腕足类样品拥有分歧的沟槽纹理，而腕足类茎部化石则显示出优先的纹理各向同性。详细而精确的三维表面扫描被证明是古生物学家和地质学家研究生命进化和化石形成的理想工具。

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