Nanovea, azienda che affonda le proprie origini a Irvine (California), è una realtà ampiamente presente in Italia, con la propria sede operativa europea situata a Grugliasco, Torino, dove ha recentemente inaugurato una nuova struttura che ospita laboratori, uffici tecnici, servizi after-sales e funzioni amministrative.
L’obiettivo di Nanovea è supportare le aziende nella caratterizzazione delle superfici. In termini pratici, l’azienda è specializzata nella progettazione e produzione di strumentazione di misura e nell’esecuzione di test innovativi, oggettivi, riproducibili e accurati, che siano allo stesso tempo rapidi da eseguire, per le attività di controllo qualità, e sufficientemente approfonditi da supportare efficacemente le attività di ricerca e sviluppo.
I principali strumenti metrologici offerti da Nanovea sono:

• Tester meccanici: consentono di misurare durezza e modulo elastico mediante indentazione strumentata, dalla scala nano a quella macro, nonché resistenza al graffio, adesione e coesione dei rivestimenti attraverso prove di scratch test.
• Tribometri: permettono di investigare il coefficiente di attrito, sia statico sia dinamico, e di quantificare il tasso di usura dei materiali in diverse condizioni operative e ambientali.
• Profilometri ottici 3D non a contatto: utilizzati per la caratterizzazione topografica delle superfici e per la determinazione dello spessore di coating e rivestimenti superficiali, anche trasparenti, con elevata precisione e senza alterare il campione.

Mechanical Testing Nanovea
Storicamente, molte delle proprietà meccaniche dei rivestimenti vernicianti sono state valutate attraverso metodi empirici e osservazioni visive. Tecniche ampiamente utilizzate come il Pencil Hardness Test, il Cross-Cut Test, le prove di piegatura su mandrino o alcune valutazioni della resistenza al graffio si basano ancora oggi sull’interpretazione dell’operatore.
In questi casi, il risultato può essere influenzato dall’esperienza dell’analista, dalle condizioni di osservazione, dall’illuminazione, dalla preparazione del campione e dai criteri utilizzati per classificare il danno superficiale. Termini quali “buona adesione”, “elevata durezza” o “ottima resistenza al graffio” descrivono infatti il comportamento del materiale in modo prevalentemente qualitativo e spesso non consentono confronti rigorosi tra differenti formulazioni o laboratori.
L’introduzione di sistemi strumentati come i Nanovea Mechanical Tester ha contribuito a un significativo cambiamento di paradigma. Proprietà tradizionalmente valutate in maniera soggettiva possono oggi essere descritte attraverso parametri quantitativi quali carico critico di delaminazione, durezza, modulo elastico, coefficiente d’attrito, profondità residua, volume di usura ed energia dissipata durante la deformazione.
Questo approccio risulta particolarmente importante per i moderni sistemi vernicianti contenenti nanoparticelle, additivi funzionali o strutture nanocomposite, dove variazioni molto piccole nella composizione possono produrre differenze significative nelle prestazioni finali. In tali situazioni, le tecniche meccaniche strumentate consentono di correlare direttamente la formulazione del materiale alle sue proprietà funzionali, accelerando le attività di ricerca e sviluppo e migliorando i processi di controllo qualità.
Grazie alla combinazione di modularità, automazione e controllo preciso dei parametri di prova, la piattaforma Nanovea permette quindi di passare da una caratterizzazione prevalentemente empirica a una valutazione basata su dati quantitativi, riproducibili e oggettivi, in linea con le esigenze della moderna scienza dei materiali e delle tecnologie di rivestimento avanzate.

Nanoindentazione e Microindentazione
Le prove di indentazione strumentata consentono di determinare proprietà fondamentali quali durezza, modulo elastico e comportamento elasto-plastico e viscoelastico attraverso l’applicazione controllata di un penetratore sulla superficie del campione. Grazie alla misura simultanea di forza e profondità di penetrazione, è possibile ottenere informazioni estremamente dettagliate sulle caratteristiche meccaniche locali del materiale.
Oltre ai parametri meccanici tradizionali, queste tecniche consentono anche la valutazione del creep da indentazione, ovvero la deformazione progressiva del materiale sotto un carico mantenuto costante nel tempo. Questo fenomeno è particolarmente rilevante nel settore delle vernici e dei rivestimenti polimerici, poiché consente di studiare la capacità del film di resistere a deformazioni permanenti durante esposizioni prolungate a carichi meccanici, pressioni di contatto o temperature elevate. La misura del creep fornisce quindi informazioni fondamentali sulla stabilità dimensionale e sulla durabilità a lungo termine del rivestimento, aspetti di grande interesse per applicazioni industriali, automotive e protective coatings.
Questa tecnica risulta particolarmente efficace per la caratterizzazione di film sottili, coating protettivi e vernici tecniche. Nell’ambito delle nanotecnologie, la nanoindentazione è ampiamente utilizzata per lo studio di rivestimenti nanostrutturati, film funzionali e coating contenenti nanoparticelle, consentendo di correlare le proprietà meccaniche alle modifiche della micro e nanostruttura del materiale. Inoltre, l’analisi combinata di durezza, modulo elastico e creep permette di comprendere più approfonditamente il contributo delle nano-cariche al comportamento viscoelastico del materiale e alla sua resistenza ai fenomeni di deformazione nel tempo.

Scratch Test
Lo Scratch Test valuta la resistenza al graffio e l’adesione dei rivestimenti mediante un indentatore diamantato che scorre sulla superficie applicando un carico crescente o costante. Durante la prova vengono monitorati in modo continuo parametri quali forza normale, forza tangenziale, profondità di penetrazione e segnali acustici, consentendo di identificare fenomeni quali deformazione plastica, formazione di cricche, delaminazione e distacco del coating.
La tecnica è particolarmente importante nello sviluppo di vernici ad elevata resistenza superficiale e di rivestimenti nanocompositi. In particolare, permette di quantificare il contributo di nanoparticelle ceramiche o rinforzi nanostrutturati nell’incremento della resistenza al danneggiamento meccanico.

Misure di Adesione dei Rivestimenti
L’adesione tra coating e substrato rappresenta uno dei parametri più critici per garantire l’affidabilità di un sistema protettivo. I Mechanical Tester Nanovea consentono di valutare quantitativamente la qualità dell’interfaccia attraverso prove controllate che identificano le condizioni di innesco della delaminazione o del distacco del rivestimento.

Test di Fatica e Sollecitazioni Cicliche
Le prove di fatica consentono di analizzare il comportamento del materiale sottoposto a carichi ripetitivi, individuando fenomeni di accumulo del danno, nucleazione di cricche e progressiva degradazione delle proprietà meccaniche.
Queste metodologie risultano particolarmente utili nello studio di coating flessibili, rivestimenti intelligenti, film sottili e superfici funzionalizzate impiegate in applicazioni avanzate, dove la stabilità delle prestazioni nel lungo periodo rappresenta un requisito essenziale.

Tribometria con sistemi Nanovea
I tribometri Nanovea consentono di caratterizzare in modo quantitativo il comportamento tribologico dei materiali attraverso la misura del coefficiente d’attrito statico e dinamico, dell’attrito in regime transitorio e della resistenza all’usura. Durante la prova vengono acquisiti in continuo parametri quali forza normale, forza tangenziale, numero di cicli e profondità di usura, permettendo di valutare l’evoluzione del contatto e i meccanismi di degrado superficiale. L’integrazione con la profilometria 3D consente inoltre di quantificare il volume di materiale asportato e il tasso di usura, fornendo una correlazione diretta tra attrito e deterioramento del materiale.
Grazie alla natura modulare della piattaforma, i sistemi Nanovea permettono di studiare il comportamento tribologico in un’ampia varietà di condizioni ambientali e operative. Le prove possono essere eseguite a temperature comprese tra -40 °C e 1000 °C, in condizioni controllate di umidità, in presenza di liquidi o lubrificanti, nonché in ambienti corrosivi mediante test di tribocorrosione, nei quali vengono analizzati simultaneamente fenomeni meccanici ed elettrochimici. La piattaforma supporta inoltre prove ad alta velocità con rotazioni fino a 15.000 rpm, consentendo di simulare condizioni realistiche di esercizio in numerosi settori industriali. Questa flessibilità rende possibile una caratterizzazione completa di vernici, coating funzionali, rivestimenti nanostrutturati e materiali avanzati, garantendo risultati riproducibili e direttamente confrontabili tra differenti condizioni di prova.

Profilometria ottica 3D non a contatto con sistemi Nanovea
I profilometri ottici Nanovea utilizzano la tecnologia a cromaticità assiale (Chromatic White Light Sensor) per acquisire in modo completamente non distruttivo la topografia tridimensionale delle superfici. Il principio di funzionamento si basa sulla focalizzazione selettiva delle diverse lunghezze d’onda della luce bianca: ogni colore viene messo a fuoco a una distanza differente e il sistema identifica con elevata precisione la quota della superficie analizzata. Questo approccio consente di effettuare misure indipendentemente dalle proprietà ottiche del campione, senza contatto fisico e senza rischio di danneggiamento anche su materiali morbidi, trasparenti o particolarmente delicati.
La tecnica permette di ottenere mappe 3D ad alta risoluzione da cui ricavare numerosi parametri quantitativi, tra cui rugosità superficiale (Ra, Rq, Sa, Sq), ondulazione, planarità, altezza dei difetti, spessore dei rivestimenti, gradini, volume e profondità delle tracce di usura, oltre alla caratterizzazione completa della morfologia superficiale.
Grazie alla modularità della piattaforma, i profilometri Nanovea possono essere configurati per analizzare campioni molto differenti tra loro, dalle superfici ultra-lisce ai componenti caratterizzati da elevata rugosità o geometrie complesse. Nel settore delle vernici e dei rivestimenti protettivi, la profilometria 3D consente di quantificare in modo oggettivo difetti superficiali, texture, crateri, buccia d’arancia, micrograffi e fenomeni di degrado, eliminando la soggettività tipica delle valutazioni esclusivamente visive.
L’integrazione con le prove meccaniche e tribologiche consente inoltre di misurare con precisione il volume di usura, il tasso di consumo del materiale e le modifiche morfologiche generate da fenomeni di attrito e abrasione. In ambito nanotecnologico, la profilometria ottica viene utilizzata per caratterizzare superfici funzionalizzate, coating nanostrutturati e film sottili, permettendo di correlare le caratteristiche topografiche alle proprietà meccaniche, tribologiche e funzionali del materiale.

Casi applicativi di caratterizzazione meccanica e superficiale con strumenti Nanovea
Le potenzialità delle tecniche strumentali diventano particolarmente evidenti quando si affrontano materiali e rivestimenti che non possono essere adeguatamente caratterizzati attraverso metodologie tradizionali.

Nanoindentazione
Un esempio è rappresentato dall’analisi di un rivestimento TiCrN (Nitruro di cromo-titano) caratterizzato da spessori estremamente ridotti (2µm) e da proprietà superficiali che rendono difficoltosa, se non impossibile, l’utilizzo delle tecniche convenzionali di valutazione della durezza. In questo caso la nanoindentazione ha consentito di misurare direttamente le proprietà meccaniche del coating e di studiarne l’evoluzione in funzione delle diverse condizioni di produzione e dei trattamenti applicati, fornendo risultati quantitativi e riproducibili (fig. 14-15).

Scratch test
Attraverso gli scratch test è possibile identificare con precisione parametri fondamentali quali il carico di prima segnatura, l’inizio della delaminazione e la completa rimozione del rivestimento, consentendo una valutazione dettagliata delle prestazioni superficiali (fig 16).
Un caso applicativo particolarmente significativo ha riguardato un’azienda del settore automotive che si approvvigionava da quattro differenti fornitori per un rivestimento avente la stessa composizione chimica nominale. Le prove effettuate direttamente sui componenti reali hanno evidenziato comportamenti tribologici significativamente differenti tra i campioni. L’analisi combinata delle tracce di usura, del coefficiente di attrito e dei parametri meccanici ha permesso di individuare differenze non rilevabili mediante le sole specifiche di fornitura.

L’integrazione tra scratch test (fig. 18) e profilometria 3D consente inoltre di quantificare con precisione il volume di materiale asportato e di analizzare il profilo delle tracce generate durante i test. Nel caso di sistemi multilayer, questa combinazione permette di identificare il momento in cui il danneggiamento attraversa i diversi strati del rivestimento, rendendo possibile uno studio comparativo delle prestazioni dei singoli layer.

Effetto delle condizioni ambientali sul comportamento dei materiali
La modularità degli strumenti Nanovea consente di eseguire prove in condizioni ambientali controllate, evidenziando come fattori quali temperatura e umidità possano influenzare in modo significativo il comportamento dei materiali.

Nel settore automotive, ad esempio, sono stati effettuati test di usura e durezza sul medesimo componente a 25, 50 e 80 °C. I risultati hanno mostrato che il materiale, pur mantenendo la stessa composizione, manifestava meccanismi di danneggiamento e modalità di frattura differenti al variare della temperatura, evidenziando l’importanza delle condizioni operative nella valutazione delle prestazioni (fig. 19).

Ulteriori studi hanno riguardato rivestimenti DLC (Diamond-Like Carbon). I risultati ottenuti hanno mostrato come l’umidità ambientale possa influenzare il coefficiente di attrito di questi coating, intervenendo sui fenomeni superficiali che regolano l’interazione tra le superfici in contatto. Sebbene le variazioni osservate possano apparire limitate, esse dimostrano quanto il comportamento tribologico possa risultare sensibile a fattori ambientali spesso trascurati nelle prove convenzionali (fig. 20).

Scratch test per applicazioni biomedicali
Le elevate prestazioni di posizionamento e controllo del carico offerte dagli strumenti Nanovea consentono di effettuare prove anche su componenti biomedicali caratterizzati da geometrie estremamente ridotte.
In un progetto sviluppato per un produttore di stent cardiaci, sono stati eseguiti scratch test su un rivestimento polimerico di circa 15 nm di spessore. Le prove sono state condotte su una lunghezza di circa 500 µm, utilizzando carichi massimi dell’ordine di 300 mN. L’obiettivo era individuare eventuali fenomeni di delaminazione del coating. I risultati hanno evidenziato una riduzione delle prestazioni adesive riconducibile a problematiche di pulizia del processo produttivo, consentendo di identificare rapidamente la causa del difetto e intervenire sul ciclo di fabbricazione – fig. 21.

Profilometria: dalla scala macroscopica alla microscopia superficiale
La profilometria ottica 3D rappresenta uno strumento estremamente versatile per la caratterizzazione delle superfici. Le analisi possono spaziare dalla valutazione della rugosità visibile a occhio nudo di una lamiera laminata fino all’identificazione di difetti micrometrici nella distribuzione di una vernice o di un rivestimento trasparente.
Nel settore del coating, la tecnica consente di misurare quantitativamente differenze di altezza, spessore, rugosità e uniformità superficiale, anche nel caso di film trasparenti o multilayer. Nel caso delle vernici in polvere, ad esempio, differenti parametri di applicazione possono produrre variazioni nella modalità di deposizione delle particelle sulla superficie. L’analisi tridimensionale della morfologia consente di caratterizzare e quantificare queste differenze, correlandole direttamente alle condizioni di processo.
La profilometria permette inoltre di monitorare gli effetti dell’evaporazione dei solventi e dei processi di essiccazione. Attraverso misure ripetute nel tempo, è possibile seguire l’evoluzione della superficie durante l’asciugatura della vernice, quantificando le variazioni dimensionali associate all’evaporazione e individuando le condizioni operative più efficienti dal punto di vista produttivo.

Supporto al settore dei trattamenti superficiali
L’insieme delle tecnologie Nanovea per nanoindentazione, scratch test, tribometria e profilometria offre oggi al settore dei trattamenti superficiali strumenti avanzati sia per il controllo qualità sia per le attività di ricerca e sviluppo. L’approccio quantitativo e multidisciplinare permette di superare i limiti delle valutazioni puramente qualitative, fornendo dati oggettivi e riproducibili utili per l’ottimizzazione dei processi e lo sviluppo di nuovi materiali ad alte prestazioni.

Nanovea continuerà inoltre a supportare il settore partecipando alle future edizioni del P&E Coatings Day, durante le quali tecnici e visitatori potranno confrontarsi direttamente con gli specialisti dell’azienda per discutere problematiche applicative e individuare le tecniche di caratterizzazione più adatte alle proprie esigenze.