Cosa fa uno scratch tester
Uno scratch tester risponde a una domanda pratica: quanto carico sopporta una superficie rivestita prima di danneggiarsi, e come cede? Trascina una punta sulla superficie sotto un carico normale controllato, registra la risposta e poi riprende il graffio, così ogni cedimento può essere localizzato e associato a un carico. Rivestimenti duri per utensili, vernici e trasparenti, film sottili ottici ed elettronici, rivestimenti polimerici e di dispositivi medici vengono qualificati in questo modo.
Poiché il risultato è un carico a cui avviene un cedimento definito, lo scratch test è rapido e facile da confrontare tra campioni, processi o fornitori. Per questo si usa sia nello sviluppo dei rivestimenti sia nel controllo qualità in produzione.
Come funziona uno scratch tester strumentato
- Il campione viene posizionato sotto la punta con il videomicroscopio integrato.
- Una pre-scansione facoltativa a carico molto basso registra il profilo della superficie lungo il futuro graffio.
- La punta percorre la lunghezza impostata mentre si applica il carico normale, crescente linearmente in una prova progressiva oppure costante.
- Profondità di penetrazione, attrito ed emissione acustica vengono registrati in continuo.
- Una post-scansione a basso carico fornisce la profondità residua. Confrontata con la pre-scansione e con la profondità di penetrazione, separa il recupero elastico dalla deformazione permanente (True Depth, brevetto europeo n. 0663068).
- La vista zoom a inseguimento riprende l’intero graffio; ogni cedimento viene localizzato e convertito in un carico critico.
Tipi di scratch test
- Carico progressivo: il carico cresce linearmente lungo il graffio. In una sola passata si ottengono i carichi critici del cedimento coesivo (fessurazioni, scheggiature) e del cedimento adesivo (delaminazione), secondo ASTM C1624, ISO 20502 o ASTM D7027.
- Carico costante: il carico è fisso. Si usa per la durezza alla scalfittura secondo ASTM G171, per la resistenza al mar e per verificare l’uniformità di una superficie.
- Multi-passata e alternato: la punta ripassa sulla stessa traccia a un carico sotto quello critico, mostrando come si accumula il danno e quante passate sopporta un rivestimento. Vedi usura multi-passata.
Nano, micro o macro: scegliere la scala di carico
Lo scratch tester giusto dipende da spessore e durezza del rivestimento. Un carico troppo alto attraversa subito un film sottile; uno troppo basso non fa mai cedere un rivestimento duro.
- Il nanoscratch usa un attuatore piezoelettrico, campi di carico da 80 mN a 4800 mN e punte fini, fino a 2 µm di raggio negli studi pubblicati. È adatto a film sottili, vernici e rivestimenti polimerici, e a piccoli elementi come le maglie degli stent.
- Il microscratch usa un servomotore, campi di carico da 20 N a 400 N e punte Rockwell C o sfero-coniche. È adatto a rivestimenti di nitruri, DLC e altri rivestimenti duri, vernici su metallo e rivestimenti di elettrodi.
- Lo scratch macro su tribometro usa punte da 200, 500 o 800 µm di raggio per rivestimenti spessi e molto duri come gli strati anodizzati.
Il PB1000 monta insieme i moduli nano e micro, quindi un sistema di rivestimento può essere provato a entrambe le scale senza spostare il campione su un altro strumento.
Cosa cercare in uno scratch tester
- Carico verticale diretto con sensori di carico e profondità indipendenti e controllo del carico ad anello chiuso, così il carico applicato è il carico misurato, senza leva né fulcro.
- Risoluzione e rumore alla scala che serve. I moduli NANOVEA acquisiscono carico e profondità a 24 bit e l’emissione acustica tra 150 e 400 kHz con sensibilità di 0,005 aJ.
- Immagine dell’intero graffio, non solo di singoli fotogrammi, così ogni cedimento può essere localizzato e riesaminato dopo la prova.
- Posizionamento e automazione: prove su più campioni con differenze di altezza fino a 50 mm, serie di graffi mappate e ricette salvate, per un controllo qualità ripetibile.
- Ambienti: moduli per alta temperatura, bassa temperatura, umidità e liquido, per rivestimenti che lavorano a caldo, a freddo o bagnati.
- Indentazione sullo stesso sistema, perché durezza e modulo aiutano a capire perché un rivestimento cede dove cede.
Leggere i risultati dello scratch test
Un carico critico non è un valore assoluto di adesione. Dipende dal raggio della punta, dalla velocità di carico, dallo spessore del rivestimento, dalla durezza del substrato e dall’attrito oltre che dal legame stesso. Gli scratch test sono quindi più utili come confronti in condizioni identiche e riportate: per classificare rivestimenti, confrontare processi di deposizione e controllare lotti di produzione. I dati di profondità e di profondità residua aggiungono ciò che le sole immagini non mostrano, come la quota elastica della deformazione e la profondità a cui il rivestimento ha ceduto.
