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Propiedades de adhesión del recubrimiento de oro sobre sustrato de cristal de cuarzo

Propiedades de adhesión del recubrimiento de oro

sobre 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 masas pequeñas 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. Su capacidad para medir pesos extremadamente pequeños lo convierte en un componente clave en una variedad de instrumentos industriales y de investigación para detectar y monitorear la variación de la masa, la adsorción, la densidad y la corrosión, entre otros.

IMPORTANCIA DE LA PRUEBA DE RAYADO PARA QCM

Como 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. Como resultado, la calidad intrínseca del recubrimiento del electrodo y la integridad interfacial del sistema de recubrimiento/sustrato desempeñan un papel esencial en la realización de mediciones de masa precisas y repetibles. La prueba de microarañazos es una medición comparativa muy utilizada para evaluar las propiedades relativas de cohesión o adhesión de los recubrimientos basándose en la comparación de las cargas críticas en las que aparecen fallos. Es una herramienta superior para el control de calidad fiable de los QCM.

OBJETIVO DE MEDICIÓN

En esta aplicación, el NANOVEA Comprobador 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 QCM. Nos gustaría mostrar la capacidad del NANOVEA Probador mecánico para realizar pruebas de microarañazos en muestras delicadas con alta precisión y repetibilidad.

NANOVEA

PB1000

CONDICIONES DE ENSAYO

El NANOVEA Se utilizó el probador mecánico PB1000 para realizar las pruebas de microarañazos en una muestra de QCM utilizando los parámetros de prueba 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

AMBIENTE: Aire 24 °C

VELOCIDAD DE DESLIZAMIENTO

2 mm/min

DISTANCIA DE DESLIZAMIENTO

2 mm

RESULTADOS Y DISCUSIÓN

La pista completa de microarañazos en la muestra QCM se muestra en FIGURA 1. Los comportamientos de fallo a diferentes cargas críticas se muestran en la FIGURA 2., donde la carga crítica, LC1 se define como la carga a la que se produce el primer signo de fallo adhesivo en la pista de rayado, L.C2 es la carga a partir 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 se producen pocos desconchones a LC1 de 11,15 N, el primer indicio de fallo del recubrimiento. 

A medida que la carga normal sigue aumentando durante la prueba de microarañazos, se producen fallos adhesivos repetitivos después de L.C2 de 16,29 N. Cuando LC3 de 19,09 N, el recubrimiento se desprende completamente del sustrato de cuarzo. Estas cargas críticas pueden utilizarse para comparar cuantitativamente la fuerza cohesiva y adhesiva del recubrimiento y seleccionar el mejor candidato para las aplicaciones específicas.

FIGURA 1: Microarañazo completo en la muestra QCM.

FIGURA 2: Microarañazos en diferentes cargas críticas.

FIGURA 3 representa gráficamente la evolución del coeficiente de fricción y la profundidad, lo que puede proporcionar más información sobre la progresión de los fallos del recubrimiento durante la prueba de microarañazos.

FIGURA 3: Evolución del COF y la profundidad durante la prueba de microarañazos.

CONCLUSIÓN

En este estudio, demostramos que el NANOVEA El probador mecánico realiza pruebas de microarañazos fiables y precisas en una muestra QCM. Mediante la aplicación de cargas incrementadas linealmente de forma controlada y estrechamente supervisada, la medición de arañazos permite a los usuarios identificar la carga crítica a la que se produce el fallo típico de los recubrimientos cohesivos y adhesivos. Proporciona una herramienta superior para evaluar cuantitativamente y comparar la calidad intrínseca del recubrimiento y la integridad interfacial del sistema de recubrimiento/sustrato para QCM.

Los módulos Nano, Micro o Macro del NANOVEA Todos los probadores mecánicos incluyen modos de prueba de indentación, rayado y desgaste que cumplen con las normas ISO y ASTM, lo que proporciona la gama de pruebas más amplia y fácil de usar disponible en un solo sistema. NANOVEA‘Su incomparable gama es la solución ideal para determinar todas las propiedades mecánicas de recubrimientos, películas y sustratos finos o gruesos, blandos o duros, incluyendo dureza, módulo de Young, resistencia a la fractura, adhesión, resistencia al desgaste y muchas otras.

Además, hay disponibles un perfilador 3D sin contacto y un módulo AFM opcionales para obtener imágenes 3D de alta resolución de hendiduras, rayones y marcas de desgaste, además de otras mediciones de la superficie, como la rugosidad y la deformación.

¿Tienes alguna pregunta? ¡Los expertos de NANOVEA están aquí para ayudarte!