Ce que fait un scratch testeur
Un scratch testeur répond à une question pratique : quelle charge une surface revêtue supporte-t-elle avant d’être endommagée, et comment cède-t-elle ? Il déplace une pointe sur la surface sous une charge normale contrôlée, enregistre la réponse, puis image la rayure pour localiser chaque rupture et lui attribuer une charge. Les revêtements durs d’outils, les peintures et vernis, les couches minces optiques et électroniques, les revêtements polymères et de dispositifs médicaux sont tous qualifiés de cette façon.
Comme le résultat est une charge à laquelle se produit une rupture définie, l’essai de rayure est rapide et facile à comparer entre échantillons, procédés ou fournisseurs. C’est pourquoi il sert autant au développement des revêtements qu’au contrôle qualité en production.
Fonctionnement d’un scratch testeur instrumenté
- L’échantillon est positionné sous la pointe à l’aide du vidéomicroscope intégré.
- Un pré-balayage facultatif à très faible charge enregistre le profil de la surface le long de la future rayure.
- La pointe parcourt la longueur définie pendant que la charge normale est appliquée, croissante linéairement dans un essai progressif ou constante.
- La profondeur de pénétration, le frottement et l’émission acoustique sont enregistrés en continu.
- Un post-balayage à faible charge donne la profondeur résiduelle. Comparée au pré-balayage et à la profondeur de pénétration, elle sépare la recouvrance élastique de la déformation permanente (True Depth, brevet européen n° 0663068).
- La vue zoomée de suivi image toute la rayure ; chaque rupture est localisée et convertie en charge critique.
Types d’essais de rayure
- Charge progressive : la charge augmente linéairement le long de la rayure. Un seul passage donne les charges critiques de rupture cohésive (fissuration, écaillage) et de rupture adhésive (délaminage), selon ASTM C1624, ISO 20502 ou ASTM D7027.
- Charge constante : la charge est fixe. On l’utilise pour la dureté à la rayure selon ASTM G171, pour la résistance au mar et pour vérifier l’uniformité d’une surface.
- Multi-passes et alternatif : la pointe repasse sur la même piste à une charge sous-critique, montrant comment l’endommagement s’accumule et combien de passages un revêtement supporte. Voir l’usure multi-passes.
Nano, micro ou macro : choisir l’échelle de charge
Le bon scratch testeur dépend de l’épaisseur et de la dureté du revêtement. Une charge trop élevée traverse directement une couche mince ; une charge trop faible ne fait jamais céder un revêtement dur.
- La nanorayure utilise un actionneur piézoélectrique, des gammes de charge de 80 mN à 4800 mN et des pointes fines, jusqu’à 2 µm de rayon dans les études publiées. Elle convient aux couches minces, aux peintures et aux revêtements polymères, ainsi qu’aux petits éléments comme les mailles de stents.
- La microrayure utilise un servomoteur, des gammes de charge de 20 N à 400 N et des pointes Rockwell C ou sphéro-coniques. Elle convient aux revêtements de nitrures, de DLC et autres revêtements durs, aux peintures sur métal et aux revêtements d’électrodes.
- La rayure macro sur tribomètre utilise des pointes de 200, 500 ou 800 µm de rayon pour les revêtements épais et très durs comme les couches anodisées.
Le PB1000 porte ensemble les modules nano et micro : un système de revêtement peut être testé aux deux échelles sans déplacer l’échantillon vers un autre instrument.
Les critères de choix d’un scratch testeur
- Un chargement vertical direct avec des capteurs de charge et de profondeur indépendants et une régulation de charge en boucle fermée : la charge appliquée est la charge mesurée, sans bras de levier ni pivot.
- La résolution et le bruit à l’échelle voulue. Les modules NANOVEA acquièrent la charge et la profondeur sur 24 bits, et l’émission acoustique de 150 à 400 kHz avec une sensibilité de 0,005 aJ.
- L’imagerie de toute la rayure, et pas seulement d’images isolées, pour localiser et réexaminer chaque rupture après l’essai.
- Le positionnement et l’automatisation : essais sur plusieurs échantillons avec des écarts de hauteur jusqu’à 50 mm, séries de rayures cartographiées et recettes enregistrées, pour un contrôle qualité reproductible.
- Les environnements : modules haute température, basse température, humidité et liquide, pour les revêtements qui travaillent à chaud, à froid ou mouillés.
- L’indentation sur le même système, car la dureté et le module aident à comprendre pourquoi un revêtement cède là où il cède.
Lire les résultats de rayure
Une charge critique n’est pas une valeur absolue d’adhérence. Elle dépend du rayon de la pointe, de la vitesse de chargement, de l’épaisseur du revêtement, de la dureté du substrat et du frottement autant que de la liaison elle-même. Les essais de rayure sont donc les plus utiles en comparaison, dans des conditions identiques et rapportées : classer des revêtements, comparer des procédés de dépôt et contrôler des lots de production. Les données de profondeur et de profondeur résiduelle ajoutent ce que les images seules ne montrent pas, comme la part élastique de la déformation et la profondeur à laquelle le revêtement a cédé.
