2022/05/09 10:15
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方案摘要:
产品配置单:
微纳米压痕仪/划痕仪
型号: SMT-5000
产地: 美国
品牌: Rtec
$15万
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多功能摩擦磨损试验机/UMT升级版
型号: MFT-5000
产地: 美国
品牌: Rtec
$20万 - 40万
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三维形貌仪/台阶仪
型号: UP-Dule Mode
产地: 美国
品牌: Rtec
$15万
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白光干涉仪
型号: UP-WLI
产地: 美国
品牌: Rtec
$10万
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微动试验机/SRV试验机
型号: FFT-1
产地: 美国
品牌: Rtec
$30万
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方案详情:
导言 类金刚石涂层(DLC涂层)是一种附着在基体材料并 具有与金刚石性质相似的涂层。DLC涂层由碳元素构 成,具有环境友好、生物兼容等特性,常用于降低摩 擦系数、抗磨损、耐腐蚀、改变导电性能。DLC涂层 美观实用,颜色丰富,多用于装饰珠宝、家具、汽车 内饰、等。
划痕测试标准样品 BCR-692 ISO 20502和EN 1071-3标准是常用的评定硬质涂层结 合力和内聚力强度的划痕测试方法。 划痕头划过样品表面,所施加的法向力线性增加。在 试验过程中,记录失效点对应的临界载荷。
CRM BCR-692标准样品通过生产认证,可用于检验划 痕设备。该标准样品是由化学气相沉积制备的具有 类金刚石涂层的钢材,尺寸为30x30x5mm。
DLC涂层每种失效模式都会有对应的临界载荷。考虑 到测试仪器的不同、标样和划痕头质量不确定性等 因素,临界载荷测试结果范围也会有所调整。
在购买标准样品两年以内,证书上的临界载荷数值 都是有效的。根据测试标准,至少需要进行5次划痕 试验。 SMT-5000可配备BCR-692标准样品,帮助研究人员根 据ISO标准检验设备和洛氏划痕头。
测试方法 如图3所示,通过拖动一个已知形状的金刚石划痕 头,在待测样品的表面进行划痕试验。在移动过程 中,施加的法向载荷线性增加,导致接触应力增 加,使接触条件更加恶劣。
对于涂层材料来说,划痕测试的目的是将作用于上 层涂层的应力传递到基体材料,并在试验过程中得 到并记录结合力和内聚力失效模式。应力大小与划 痕头的形状、施加的载荷和材料的机械性能有 关。 现有软件可以计算应力大小。通过微调划痕测试参 数,如法向载荷、半径、划痕速度等参数来改 变应力,以得到不同的失效模式。
BCR-692 标准样品DLC涂层会产生三种失效模式,对 应三个临界载荷:
临界载荷 1 (LC 1): 在第一种失效模式(图5)中,划痕的边缘产生了V 形裂纹。 第一个失效点对应的临界载荷LC1,反映了涂层抵抗 变形和失效的能力(弹性变形和残余应力)。 在此临界点,裂纹的产生是由于施加的应力超过涂 层材料的弹性极限。这与涂层的固有性质相关。
临界载荷 2 (LC 2): 在第二种失效模式(图6)中,划痕边缘产生了的V形 断裂。 此失效点对应的临界载荷LC2,反映了涂层与基体的结 合力强度。从该点开始,涂层从基体剥离,样品会失 去所有DLC涂层带来的性能(如硬度,生物相容性,耐 腐蚀等)。 LC2是DLC涂层与基体结合力的定量表征,受表面粗糙 度、清洁度、沉积技术等影响很大。 划痕测试技术是检测涂层结合力微小变化的高灵敏度 测试手段。
临界载荷 3 (LC 3): 在最后一种失效模式(图7)中,划痕中的涂层材料 出现大量壳状断裂,表示涂层完全与基体分层。
Rtec Instruments提供Insight软件,可以将划痕过 程记录的传感器数据与三维形貌进行组合,为研究人 员提供划痕分析方法。
确定失效点的位置是至关重要的。扫描过程中,记录 的共聚焦图像和亮场图像进行结合(图8)有利于定 位失效点。
使用在线三维形貌技术来记录划痕过程中的三维 形貌和对应的传感器的信号(包含磨痕深度、载荷、 摩擦系数、声发射、温度等),可以帮助研究人员确 定失效点的位置(图9)。
测试条件 使用SMT-5000在BCR-692样品上进行5次划痕试验,并 自动扫描和记录样品划痕的三维形貌。
在3个不同的BCR-692样品上的两个不同位置上分别进 行5次划痕试验,以测试仪器的重复性和标准样品的 一致性。
测试结果 在BCR-692样品所有划痕上,都能够清楚观察到三个 中失效模式(LC1、LC2和LC3)。 通过三维图像和传感器信号(摩擦、磨痕深度等)的 结合可轻松地确定临界载荷(图9)。 如表2所示,测试结果与BCR-692标准样品证书上的结 果完全吻合,而且测试结果的标准差小于1%。
在3个标准样品的两个位置上共进行了30个划痕,结 果汇总如表3所示。
对于DLC样品,通过摩擦系数和声发射信号的变化, 可以确定第一个失效模式(Lc1),而使用共焦图像可 以得到更多的信息来确定Lc2和Lc3失效模式。
通过对比样品划痕过程产生的深度和划痕实验后的残 余深度,可为样品弹性恢复性能提供有价值的的信 息。
结论 划痕测试是高灵敏度的区分涂层内聚力和结合力强度 的技术。 如上所述,划痕试验中产生的应力为涂层内聚力强度 和涂层与基体之间结合力强度提供了有价值的信息。 三维图像(共聚焦和亮场图像)与传感器信号的结合 提供了先进的分析涂层/基体整体性能的手段。 SMT-5000配备高精度和高灵敏度的的二维传感器,可 以精确测量划痕头的法向力和摩擦力。
测试标准 ASTM C 1624-05 “Standard test method for adhesion strength and mechanical failure modes of ceramic coatings by quan-titative single point scratch testing." ISO 20502 “Determination of adhesion of ceramic coatings by scratch testing."
设备 材料表面性能综合测试平台:SMT-5000
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热喷涂层划痕试验应用报告
热喷涂技术是利用热源将喷涂材料加热,以一定的速 度喷射沉积到基体表面形成涂层的方法。 与其他沉积技术相比,热喷涂技术可以在高沉积速率 下覆盖大面积并且提供更厚的涂层。 热喷涂层广泛应用于航空航天、汽车、海洋、重型机 械等多个领域,主要性能包括耐磨性、低摩擦、耐腐 蚀、改变导热系数和电导率等。 测试问题 熔化的材料液滴喷涂到基体表面,产生大量“饼 状"片层,在表面形成高度不均匀的涂层。 片层的大小以及不同的孔隙程度常被用来表征热喷涂 层。使用热喷涂技术形成的涂层具有独特的微观结 构,呈现出不同于基体材料的特性。 不同类型的热喷涂工艺(火焰、电弧、等离子体、高 速氧燃料和爆炸喷涂)会产生的不同结构,增加了材 料问题的复杂性。 涂层的耐用性和功能性在很大程度上取决于涂层内聚 力强度和涂层与基体的结合力强度。因此,在实际工 件上形成涂层并研究沉积技术、喷涂参数(如速度) 和基体表面制备是非常必要的。 结论 划痕测试技术可以用来表征热喷涂层的内聚力和结合 力强度。通过试验就可以更深入地了解热喷涂层的强 度。 对涂层失效模式的研究和量化可以为研究人员改进涂 层生产工艺提供一些建议,如调整TS4的基体表面工 艺,TS1、TS2和TS3的喷涂技术参数等,来增加热涂 层的结合力和内聚力强度。 Retc Instruments致力于开发相关的测试手段来表征 热喷涂层。多功能摩擦试验机MFT5000也可对热喷涂 层进行摩擦磨损测试。划痕与摩擦学测试(磨损/摩擦 系数)结合的测试手段可以帮助研究人员对涂层及其 抗机械损伤能力有更完整的了解。 关键词 • 热喷涂层 • ISO 27307 • 结合力/内聚力评估 • 截面划痕测试 • 结合力 • 机械测试
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导言 根据2017年JD Power公司对美国汽车市场质量的初步 研究发现50%或更多消费者的投诉与汽车划痕、瑕疵 以及芯片缺陷相关。 汽车涂料的改进可以使汽车外观保持更长久,减少汽 车保险申报,并保持二手车的价值。 因此,汽车清漆抗划性能的提升已成为汽车行业的重 点研究问题。 测试问题 事实上,汽车涂料是多层材料的组合,具有美观和保 护功能。汽车的底漆必须保护零件不受腐蚀和其他损 伤,而面漆必须美观、持久并保持光泽。面漆通常由 色漆和清漆组成,色漆提供颜色和视觉效果,清漆保 持光泽并保护部件不受环境和外力的损伤。 用户对清漆性能改善(保护汽车在使用寿命期间不受 机械损伤)的需求仍在增加。到目前为止,OEM厂商 仍用简单的测试方法,如 Crockmeter和Amtek-Kistler 方法来评估清漆抵抗划痕和其他机械应力的能力。随 着清漆质量的提高,这些偏差较大、容易受主观影响 的测试方法无法对材料进行精确的表征。 划痕试验能模拟现实生活中汽车清漆所受的的机械损 伤,并清晰区分清漆性能的细微差别。 汽车清漆所受损伤主要有以下几种类型: • 洗车刷会在表面造成小而尖锐的划痕,称为瑕疵 划痕。 • 指甲和树枝会在表面造成较大和更深的划痕,称 为微观划痕。 • 钥匙和购物车会在表面造成更大和更深的划痕 (有时观察到清漆完全剥离),称为宏观划痕。 因此,研究人员主要测试清漆抵抗瑕疵划痕,微观划 痕和宏观划痕的能力。 SMT-5000提供可更换的划痕头,可在一个平台上实现 从纳米到宏观划痕的高精度测量。
汽车及零部件
2022/05/23
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导言 硬质涂层与基体材料成分不同,通常用于硬化基材、 防腐蚀、减磨和防止与血液接触的材料发生凝血现 象等。这些涂层可以是氮化物(氮化钛,TiN),碳化 物(碳化钨,WC)或其他材料(类金刚石涂层,DLC)。 根据不同的应用,可选择不同的涂层制备工艺。 测试问题 考虑到硬质涂层的性能,需对其内聚力强度和与基体 的结合强度进行表征。例如,一旦涂层表面出现裂 纹,涂层的耐腐蚀性能就会明显下降。医疗器械对 耐磨涂层与植入物的结合强度要求特别高,需要保 证涂层 “碎片"不会发生剥离而进入血液,威胁患 者的健康。 因为结合力不是材料固有性质,而是涂层/基体材料 系统对外加应力的反馈,所以很难得到量化表征。 划痕试验通过在样品表面产生应力,使涂层出现裂 纹或从基体分离,来研究涂层的内聚力和结合力强 度,为研究人员和工程师提供了便利。 测试方法 在涂层待测区域上方,通过拖动已知形状的金刚石划 痕头来产生划痕(图1)。当划痕头沿样品表面移动 时,施加在顶端上的法向载荷线性增加,导致接触应 力增加,使接触条件更加恶劣。 结论 划痕测试技术是一种有价值的区分涂层特性的工具。 划痕试验中产生的应力为涂层内聚力强度和涂层与基 体结合力强度提供了有意义的信息。三维图像(共聚 焦和亮场图像)与传感器信号的结合是先进的分析 涂层/基体性能的手段。
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