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Propiedades de adhesión del revestimiento de oro sobre un sustrato de cristal de cuarzo

Propiedades de adhesión del revestimiento de oro

en sustrato de cristal de cuarzo

Preparado por

DUANJIE LI, Doctorado

INTRODUCCIÓN

La microbalanza de cristal de cuarzo (QCM) es un sensor de masa extremadamente sensible capaz de realizar mediciones precisas de pequeñas masas en el rango de los nanogramos. La QCM mide el cambio de masa en la superficie mediante la detección de variaciones en la frecuencia de resonancia del cristal de cuarzo con dos electrodos fijados a cada lado de la placa. La capacidad de medir pesos extremadamente pequeños lo convierte en un componente clave en una variedad de instrumentos de investigación e industriales para detectar y controlar la variación de masa, adsorción, densidad y corrosión, etc.

IMPORTANCIA DE LA PRUEBA DEL RASGUÑO PARA EL QCM

Al ser un dispositivo extremadamente preciso, el QCM mide el cambio de masa hasta 0,1 nanogramos. Cualquier pérdida de masa o delaminación de los electrodos en la placa de cuarzo será detectada por el cristal de cuarzo y causará errores de medición significativos. En consecuencia, la calidad intrínseca del revestimiento del electrodo y la integridad interfacial del sistema de revestimiento/sustrato desempeñan un papel esencial en la realización de una medición de masa precisa y repetible. El ensayo de micro rayado es una medida comparativa ampliamente utilizada para evaluar las propiedades relativas de cohesión o adhesión de los revestimientos, basada en la comparación de las cargas críticas a las que aparecen los fallos. Es una herramienta superior para el control de calidad fiable de los QCM.

OBJETIVO DE MEDICIÓN

En esta aplicación, el NANOVEA Probador Mecánico, en modo Micro Scratch, se utiliza para evaluar la fuerza cohesiva y adhesiva del recubrimiento de oro sobre el sustrato de cuarzo de una muestra de QCM. Nos gustaría mostrar la capacidad de la NANOVEA Probador mecánico en la realización de pruebas de micro rayado en una muestra delicada con alta precisión y repetibilidad.

NANOVEA

PB1000

CONDICIONES DE PRUEBA

El NANOVEA Se utilizó el probador mecánico PB1000 para realizar los ensayos de micro rayado en una muestra de QCM utilizando los parámetros de ensayo que se resumen a continuación. Se realizaron tres arañazos para garantizar la reproducibilidad de los resultados.

TIPO DE CARGA: Progresiva

CARGA INICIAL

0.01 N

CARGA FINAL

30 N

ATMOSFERA: Aire 24°C

VELOCIDAD DE DESLIZAMIENTO

2 mm/min

DISTANCIA DE DESLIZAMIENTO

2 mm

RESULTADOS Y DISCUSIÓN

La huella completa de la micro raya en la muestra de QCM se muestra en FIGURA 1. En la FIGURA 2 se muestran los comportamientos de fallo a diferentes cargas críticasdonde la carga crítica, LC1 se define como la carga a la que se produce el primer signo de fallo del adhesivo en la pista de rayado, LC2 es la carga después de la cual se producen fallos adhesivos repetitivos, y LC3 es la carga a la que el recubrimiento se desprende completamente del sustrato. Se puede observar que a LC1 de 11,15 N, el primer signo de fallo del revestimiento. 

Como la carga normal sigue aumentando durante el ensayo de micro rayado, se producen fallos repetitivos del adhesivo después de LC2 de 16,29 N. Cuando LC3 de 19,09 N, el revestimiento se desprende completamente del sustrato de cuarzo. Estas cargas críticas pueden utilizarse para comparar cuantitativamente la resistencia cohesiva y adhesiva del revestimiento y seleccionar el mejor candidato para las aplicaciones previstas.

FIGURA 1: Pista de microrrayado completa en la muestra de QCM.

FIGURA 2: Pista de microrrayado a diferentes cargas críticas.

FIGURA 3 traza la evolución del coeficiente de fricción y de la profundidad que puede proporcionar más información sobre la progresión de los fallos del revestimiento durante el ensayo de microrrayado.

FIGURA 3: Evolución del COF y de la profundidad durante el ensayo de micro scratch.

CONCLUSIÓN

En este estudio, mostramos que el NANOVEA Mechanical Tester realiza ensayos de microarañazos fiables y precisos en una muestra de QCM. Mediante la aplicación de cargas linealmente crecientes de forma controlada y estrechamente supervisada, la medición del rayado permite a los usuarios identificar la carga crítica en la que se produce el típico fallo del revestimiento cohesivo y adhesivo. Proporciona una herramienta superior para evaluar y comparar cuantitativamente la calidad intrínseca del revestimiento y la integridad interfacial del sistema de revestimiento/sustrato para QCM.

Los módulos Nano, Micro o Macro del NANOVEA Todos los comprobadores mecánicos incluyen modos de indentación, rayado y desgaste conformes a las normas ISO y ASTM, lo que proporciona la gama de pruebas más amplia y fácil de usar disponible en un solo sistema. NANOVEAes una solución ideal para determinar toda la gama de propiedades mecánicas de revestimientos, películas y sustratos finos o gruesos, blandos o duros, incluyendo la dureza, el módulo de Young, la resistencia a la fractura, la adhesión, la resistencia al desgaste y muchas otras.

Además, se dispone de un perfilador 3D sin contacto y un módulo AFM opcionales para obtener imágenes 3D de alta resolución de la indentación, el rayado y la huella de desgaste, además de otras mediciones de superficie, como la rugosidad y el alabeo.

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