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

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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

ℹ️ 了解更多 nanoindentation and scratch testing lab services for coating adhesion and failure analysis.

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

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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.

(a) Full Scratch Track

(b) Lc1 ≈ 14.5 mN

(c) Lc2 ≈ 78.1 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.

(c) Sample 3 – Coating Failure in Groove (Lc ≈ 126 mN)

(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.

The post Stent Coating Adhesion and Delamination Analysis Using Nano Scratch Testing appeared first on NANOVEA: Advanced Profilometers, Tribometers, Nanoindenters, and Scratch Testers for Materials Testing.

Application Note | Dental Surface Characterization

Dental Surface Roughness Measurement and Full 3D Tooth Topography

Surface Roughness Analysis Using Non-Contact Optical Profilometry

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编写者

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

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

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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.

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.

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
		Description	Mean	Std dev	Min	Max
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

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

Rpµm

Maximum peak height of the roughness profile

Mean5.683

Std dev0.761

Min4.315

Max6.610

Rvµm

Maximum valley depth of the roughness profile

Mean6.242

Std dev1.009

Min4.701

Max8.438

Rzµm

Maximum height of roughness profile

Mean11.925

Std dev1.676

Min9.123

Max15.048

Raµm

Arithmetic mean deviation of the roughness profile

Mean2.063

Std dev0.297

Min1.710

Max2.629

Rqµm

Root-mean-square (RMS) deviation of the roughness profile

Mean2.523

Std dev0.361

Min2.057

Max3.175

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.

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
		Description	Mean	Std dev	Min	Max
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

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

Rpµm

Maximum peak height of the roughness profile

Mean5.683

Std dev0.761

Min4.315

Max6.610

Rvµm

Maximum valley depth of the roughness profile

Mean6.242

Std dev1.009

Min4.701

Max8.438

Rzµm

Maximum height of roughness profile

Mean11.925

Std dev1.676

Min9.123

Max15.048

Raµm

Arithmetic mean deviation of the roughness profile

Mean2.063

Std dev0.297

Min1.710

Max2.629

Rqµm

Root-mean-square (RMS) deviation of the roughness profile

Mean2.523

Std dev0.361

Min2.057

Max3.175

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

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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

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

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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。.

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。.

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）。.

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原位磨损测量 在高温下

使用摩擦仪

编写者

李端杰，博士

测量目标

在这项研究中，我们想展示NANOVEA T50摩擦仪在高温下现场监测材料磨损过程的能力。

不同温度下硅酸铝陶瓷的磨损过程是以控制和监测的方式模拟出来的。

NANOVEA

T50

测试参数

的引脚在磁盘上的测量

图1. 在不同温度下进行的针盘测试中的摩擦系数

图2. 不同温度下硅酸铝陶瓷板的磨损痕迹深度的演变

不同温度下硅酸铝陶瓷板的平均磨损率和磨损轨迹深度是用 NANOVEA 光学剖析器的概述如下 图3.磨损轨迹的深度与使用LVDT记录的深度一致。硅酸铝陶瓷板在800°C时显示出大幅增加的磨损率，约为0.5 mm3/Nm，而在400°C以下的温度下，磨损率低于0.2 mm3/N。硅酸铝陶瓷板在短暂的加热过程后并没有表现出明显增强的机械/三态性能，在热处理之前和之后拥有相当的磨损率。

硅酸铝陶瓷，也被称为熔岩和奇石，在加热处理之前是柔软的，可以加工。在高达1093°C的高温下进行长时间的烧制，可以大幅提高其硬度和强度，之后需要进行钻石加工。这样一个独特的特性使硅酸铝陶瓷成为雕塑的理想材料。

在这项研究中，我们表明，在短时间内以低于烧制所需的温度（800°C对1093°C）进行热处理并不能改善硅酸铝陶瓷的机械和摩擦学特性，这使得适当的烧制成为这种材料在实际应用中使用前的必要过程。

 

图3. 不同温度下样品的磨损率和磨损轨迹深度

NANOVEA摩擦仪使用符合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，并在一个预集成系统中提供可选的高温磨损、润滑和三相腐蚀模块。NANOVEA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。

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，还可用于磨损轨迹的高分辨率3D成像。

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鱼鳞表面分析

使用三维光学轮廓仪

编写者

安德烈-诺维茨基

测量目标

在这个应用中，我们展示了NANOVEA ST400，一个带有高速传感器的3D非接触式轮廓仪，提供了对尺度表面的全面分析。

该仪器已经被用来扫描整个样品，同时对中心区域进行了更高的分辨率扫描。还测量了刻度的外侧和内侧的表面粗糙度以进行比较。

NANOVEA

ST400

外尺度的三维和二维表面特征

外尺度的三维视图和假彩色视图显示了类似于指纹或树环的复杂结构。这为用户提供了一个直接的工具，从不同的角度直接观察刻度的表面特征。外尺度的各种其他测量结果与尺度的外侧和内侧的比较一起显示。

表面粗糙度比较

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DMA频率扫描

在聚合物上使用纳米压痕

编写者

李端杰，博士

测量目标

在此应用中，我们使用最强大的机械测试仪 NANOVEA PB1000 在不同 DMA 频率下研究抛光轮胎样品的粘弹性特性。 纳米压痕 模式。

NANOVEA

PB1000

压头类型

球形

金刚石 | 100 μm

在最大载荷下的动态机械分析频率扫描可以在一次测试中快速简单地测量样品在不同载荷频率下的粘弹性能。不同频率下的载荷和位移波的相移和振幅可以用来计算各种基本的材料粘弹性能，包括 储存模数, 损耗模数 和 谭 (δ) 正如以下图表所总结的那样。 

在本研究中，1、5、10和20赫兹的频率对应于每小时约7、33、67和134公里的速度。随着测试频率从0.1到20赫兹的增加，可以观察到存储模量和损失模量都在逐渐增加。当频率从0.1增加到1赫兹时，Tan（δ）从~0.27下降到0.18，然后在达到20赫兹的频率时，它逐渐增加到~0.55。DMA扫频可以测量储存模量、损失模量和Tan (δ)的趋势，这提供了关于单体运动和交联以及聚合物的玻璃转变的信息。通过在扫频过程中使用加热板提高温度，可以获得不同测试条件下分子运动性质的更完整的图像。

负荷和深度的演变

完整的DMA频率扫描

不同频率下的载荷和深度与时间的关系

存储模量

在不同的频率下

亏损模式

在不同的频率下

TAN (δ)

在不同的频率下

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菲涅尔透镜拓扑使用 3D 非接触式光学轮廓仪

编写者

李端杰和Benjamin Mell

菲涅尔透镜原理图

透明塑料菲涅尔透镜可以通过成型或冲压制造。准确和有效的质量控制对于揭示有缺陷的生产模具或冲压件至关重要。通过测量同心环的高度和间距，将测量值与透镜制造商给出的规格值进行比较，可以发现生产的变化。

对镜片轮廓的精确测量可确保模具或印章被正确加工以符合制造商的规格。此外，印章可能随着时间的推移而逐渐磨损，导致其失去最初的形状。持续偏离镜片制造商的规格是一个积极的迹象，表明需要更换模具。

测量目标

在本应用中，我们展示了 NANOVEA ST400，这是一款配备高速传感器的三维非接触式轮廓仪，可对形状复杂的光学元件进行全面的三维轮廓分析。为了展示我们的色度光技术的卓越能力，我们对菲涅尔透镜进行了轮廓分析。.

NANOVEA ST400 大面积
光学 3D 轮廓仪

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2D FALSE COLOR

高度代表

3D视图

剖析

巅峰与谷底

剖面图的尺寸分析

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机械零件

使用三维轮廓测量法根据CAD模型进行检测

作者。

李端杰，博士

订正

Jocelyn Esparza

测量目标

在这个应用中，我们展示了NANOVEA HS2000，一个带有高速传感器的三维非接触式轮廓仪，进行尺寸、半径和粗糙度的全面表面检测。 

所有这些都在40秒内完成。

NANOVEA

HS2000

CAD模型

对加工件的尺寸和表面粗糙度的精确测量对于确保其符合所需的规格、公差和表面光洁度至关重要。下面是要检测的零件的三维模型和工程图。 

错误的颜色视图

CAD模型的假彩色视图和扫描的加工零件表面在图3中进行了比较。 样品表面的高度变化可以通过颜色的变化来观察。

如图2所示，从三维表面扫描中提取三个二维轮廓，以进一步验证加工件的尺寸公差。

概况比较和结果

图3至图5中显示了轮廓1至3。通过将测量的轮廓与CAD模型进行比较来进行定量公差检查，以维护严格的制造标准。轮廓1和轮廓2测量弯曲加工件上不同区域的半径。轮廓2的高度变化在156毫米的长度上为30微米，符合所需的±125微米的公差要求。 

通过设置公差限值，分析软件可以自动确定加工件的合格或不合格。

被加工零件表面的粗糙度和均匀性对保证其质量和功能起着重要作用。图6是从被加工零件的母扫描中提取的表面积，用于量化表面光洁度。平均表面粗糙度(Sa)为2.31 μ m。

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摩擦磨损评估

作者。

李端杰，博士

订正

Jocelyn Esparza

简介

微动是“一种特殊的磨损过程，发生在两种材料之间的接触区域，受振动或其他力的微小相对运动。”当机器在运行时，用螺栓或钉固定的连接处，不打算移动的部件之间，以及摆动的联轴器和轴承，不可避免地会发生振动。这种相对滑动运动的振幅通常在微米到毫米的数量级。这种重复的低振幅运动造成严重的局部机械磨损和表面材料转移，可能导致生产效率降低，机器性能甚至损坏机器。

量化的重要性
摩擦磨损评估

微动磨损通常涉及接触表面发生的多种复杂磨损机制，包括二体磨损、粘附和/或微动疲劳磨损。为了了解微动磨损机理并选择最佳的微动磨损防护材料，需要可靠且定量的微动磨损评估。微动磨损行为受工作环境的显着影响，如位移幅度、法向载荷、腐蚀、温度、湿度和润滑等。多才多艺 摩擦仪 可以模拟不同的实际工作条件，将是微动磨损评估的理想选择。

Steven R. Lampman，《ASM手册》。第19卷：疲劳和断裂
http://www.machinerylubrication.com/Read/693/fretting-wear

测量目标

在这项研究中，我们评估了不锈钢SS304样品在不同振荡速度和温度下的摩擦磨损行为，以展示 纳诺威 T50 摩擦仪以良好的控制和监测方式模拟了金属的摩擦磨损过程。

NANOVEA

T50

测试条件

不锈钢SS304样品的抗摩擦磨损性是通过以下方式进行评估的 NANOVEA 使用直线往复式磨损模块的摩擦仪。一个WC（直径6毫米）球被用作反面材料。磨损轨迹是用 NANOVEA 三维非接触式轮廓仪。 

摩擦试验是在室温（RT）和200 °为了研究高温对SS304样品的抗摩擦磨损性的影响，在200摄氏度的温度下，样品台上的加热板对样品进行加热。在摩擦试验期间，样品台上的加热板将样品加热到200℃。 °C.磨损率。 K使用公式评估 K=V/(F×s)，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，在本研究中使用WC球作为反面材料的例子。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。

测试参数

的磨损测量

结果与讨论

三维磨损轨迹剖面可以直接和准确地确定通过计算的磨损轨迹体积损失。 NANOVEA 分析软件。 

在100转/分的低速和室温下进行的往复式磨损试验显示出0.014毫米的小磨损轨迹³.相比之下，在1000转/分的高速下进行的摩擦磨损试验产生了一个大得多的磨损轨迹，体积为0.12毫米。³.这种加速的磨损过程可能是由于在摩擦磨损试验中产生的高热和强烈的振动，这促进了金属碎片的氧化，并导致严重的三体磨损。在200℃的高温下进行的摩擦磨损试验 °C形成了一个较大的磨损轨迹，为0.27毫米³.

在1000转/分的摩擦磨损试验中，磨损率为1.5×10^-4 毫米³/Nm，与100rpm下的往复磨损试验相比，几乎是9倍。在高温下进行的摩擦磨损试验进一步加速了磨损率，达到3.4×10^-4 毫米³/Nm。在不同的速度和温度下测得的耐磨性有如此大的差异，表明了正确模拟摩擦磨损对现实应用的重要性。

当测试条件的微小变化被引入摩擦系统时，磨损行为会发生巨大的变化。该系统的多功能性 NANOVEA 摩擦仪可以测量各种条件下的磨损，包括高温、润滑、腐蚀和其他。通过先进的电机进行精确的速度和位置控制，用户可以在0.001到5000rpm的速度范围内进行磨损测试，使其成为研究/测试实验室研究不同摩擦学条件下的摩擦磨损的理想工具。

不同条件下的摩擦磨损轨迹

在光学显微镜下

三维磨损痕剖面图

在基本理解方面提供更多的洞察力
的摩擦磨损机制

结论

在这项研究中，我们展示了以下的能力 NANOVEA 摩擦仪以良好的控制和定量的方式评估不锈钢SS304样品的摩擦磨损行为。 

测试速度和温度对材料的抗摩擦磨损性起着关键作用。摩擦过程中的高热和强烈振动导致SS304样品的磨损大大加快，接近9倍。200℃的高温 °C进一步增加了磨损率至3.4×10^-4 毫米³/Nm。 

的多功能性。 NANOVEA 摩擦仪使其成为测量各种条件下摩擦磨损的理想工具，包括高温、润滑、腐蚀和其他条件。

NANOVEA 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，在一个预集成系统中可选择高温磨损、润滑和三相腐蚀模块。我们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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简介

球轴承使用球来减少旋转摩擦并支撑径向和轴向载荷。与两个相互滑动的平坦表面相比，轴承座圈之间的滚动球产生的摩擦系数 (COF) 要低得多。球轴承经常暴露在高接触应力水平、磨损和高温等极端环境条件下。因此，滚珠在高负载和极端环境条件下的耐磨性对于延长滚珠轴承的使用寿命、减少维修和更换的成本和时间至关重要。
几乎所有涉及运动部件的应用中都可以找到滚珠轴承。它们通常用于航空航天和汽车等运输行业以及制造指尖陀螺和滑板等产品的玩具行业。

高负载下的滚珠轴承磨损评估

滚珠轴承可由多种材料制成。常用材料包括不锈钢和铬钢等金属或碳化钨 (WC) 和氮化硅 (Si3n4) 等陶瓷。为了确保制造的球轴承具有适合给定应用条件的所需耐磨性，需要在高负载下进行可靠的摩擦学评估。摩擦学测试有助于以受控和监测的方式量化和对比不同球轴承的磨损行为，从而为目标应用选择最佳候选轴承。

测量目标

在这项研究中，我们展示了 Nanovea 摩擦仪 作为比较不同球轴承在高载荷下耐磨性的理想工具。

图 1：轴承测试的设置。

测试程序

通过 Nanovea Tribometer 评估不同材料制成的球轴承的摩擦系数、COF 和耐磨性。 P100 粒度砂纸用作计数器材料。使用仪器检查滚珠轴承的磨损痕迹 纳诺瓦 磨损测试结束后的 3D 非接触式轮廓仪。测试参数总结于表1中。磨损率， K使用公式评估 K=V/(F×s)，其中 V 是磨损的体积。 F 是法向载荷和 s 是滑动距离。球磨损疤痕由 纳诺瓦 3D 非接触式轮廓仪可确保精确的磨损量测量。
自动电动径向定位功能允许摩擦计在测试期间减小磨损轨迹的半径。这种测试模式称为螺旋测试，它确保滚珠轴承始终在砂纸的新表面上滑动（图 2）。它显着提高了球耐磨测试的重复性。先进的内部速度控制20位编码器和外部位置控制16位编码器提供精确的实时速度和位置信息，允许连续调节转速，以实现接触处恒定的线性滑动速度。
请注意，本研究中使用 P100 粒度砂纸来简化各种球材料之间的磨损行为，并且可以用任何其他材料表面代替。可以替代任何固体材料来模拟各种材料联轴器在实际应用条件下（例如在液体或润滑剂中）的性能。

图 2：砂纸上滚珠轴承的螺旋道次示意图。

表 1：磨损测量的测试参数。

结果与讨论

磨损率是决定球轴承使用寿命的重要因素，而低摩擦系数则有助于提高轴承性能和效率。图 3 比较了测试过程中不同滚珠轴承相对于砂纸的 COF 变化。在磨损测试中，铬钢球的 COF 增加了约 0.4，而 SS440 和 Al2O3 球轴承的 COF 增加了约 0.32 和约 0.28。另一方面，WC 球在整个磨损测试中表现出恒定的 COF，约为 0.2。在每次测试中都可以看到可观察到的 COF 变化，这是由于滚珠轴承相对于粗糙砂纸表面的滑动引起的振动。

图 3：磨损测试期间 COF 的演变。

图 4 和图 5 比较了分别用光学显微镜和 Nanovea 非接触式光学轮廓仪测量后的滚珠轴承的磨损痕迹，表 2 总结了磨损轨迹分析的结果。 Nanovea 3D轮廓仪精确确定滚珠轴承的磨损量，从而可以计算和比较不同滚珠轴承的磨损率。可以看出，在磨损测试后，与陶瓷球（即 Al2O3 和 WC）相比，Cr 钢和 SS440 球表现出更大的扁平磨痕。铬钢和 SS440 球的磨损率相当，分别为 3.7×10-3 和 3.2×10-3 m3/N m。相比之下，Al2O3球的耐磨性增强，磨损率为7.2×10-4 m3/N·m。 WC球在浅磨损轨迹区域几乎没有出现轻微划痕，导致磨损率显着降低至3.3×10-6 mm3/N·m。

图 4：测试后滚珠轴承的磨损痕迹。

图 5：球轴承上磨痕的 3D 形态。

表 2：球轴承的磨损痕迹分析。

图 6 显示了四个滚珠轴承在砂纸上产生的磨损痕迹的显微镜图像。很明显，WC 球产生了最严重的磨损轨迹（去除了其路径中几乎所有的沙粒）并且具有最好的耐磨性。相比之下，Cr钢和SS440球在砂纸的磨损轨迹上留下了大量的金属碎片。
这些观察结果进一步证明了螺旋测试益处的重要性。它确保滚珠轴承始终在砂纸的新表面上滑动，从而显着提高耐磨测试的可重复性。

图 6：砂纸上不同滚珠轴承的磨损痕迹。

结论

球轴承在高压下的耐磨性对其使用性能起着至关重要的作用。陶瓷球轴承在高应力条件下具有显着增强的耐磨性，并减少了轴承维修或更换的时间和成本。在这项研究中，与钢轴承相比，WC 球轴承表现出更高的耐磨性，使其成为发生严重磨损的轴承应用的理想选择。
Nanovea 摩擦试验机设计具有高扭矩能力，可承受高达 2000 N 的负载，精确控制的电机可实现 0.01 至 15,000 rpm 的转速。它使用符合 ISO 和 ASTM 的旋转和线性模式提供可重复的磨损和摩擦测试，并在一个预集成系统中提供可选的高温磨损和润滑模块。这一无与伦比的范围允许用户模拟滚珠轴承的不同严酷工作环境，包括高应力、磨损和高温等。它也是定量评估高级耐磨材料在高载荷下摩擦学行为的理想工具。
Nanovea 3D 非接触式轮廓仪提供精确的磨损量测量，并作为分析磨损轨迹详细形态的工具，为磨损机制的基本理解提供更多见解。

编写者
李端杰博士、乔纳森·托马斯和皮埃尔·勒鲁

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