划痕试验研究硬质涂层结合力和内聚力强度应用报告
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。