各試料について，異なる回転数（100，150，300，800サイクル）で4回のピンオンディスク摩耗試験を実施し，摩耗の進行を観察した。摩耗試験を行う前に，NANOVEA 3D非接触プロファイラで試料の表面形状を測定し，表面粗さを定量化した．図1に示すように、すべてのサンプルの表面粗さは約1μmと同等であった。COFは、図2に示すように、摩耗試験中にその場で記録されました。図4は、100、150、300、および800サイクル後の摩耗痕の変化を示し、図3は、摩耗プロセスの異なる段階での異なる試料の平均摩耗速度をまとめたものである。

他の 3 つのサンプルの COF 値が ~0.07 であるのに対して、サンプル A は初期に ~0.15 という非常に高い COF を示し、徐々に増加し 300 回の摩耗サイクルの後に ~0.3 で安定しました。このような高いCOFは摩耗プロセスを加速し、図4に示すように相当量の塗料カスを発生させます。サンプルAのトップコートは、最初の100回転で除去され始めています。図 3 に示すように、サンプル A は最初の 300 サイクルで ~5 μm2/N という最高の摩耗率を示し、金属基材の耐摩耗性が向上したため ~3.5 μm2/N にわずかに減少しています。サンプルCのトップコートは、図4に示すように、150摩耗サイクルの後に破損し始め、これは図2のCOFの増加によっても示されています。

これに対し、試料Bと試料Dは、トライボロジー特性が向上しています。試料Bは試験中ずっと低いCOFを維持しており、COFは~0.05から~0.1へとわずかに増加しています。このような潤滑効果は耐摩耗性を大幅に向上させ、800回の摩耗サイクルの後でもトップコートは下地のプライマーに対して優れた保護効果を発揮しています。サンプルBでは、800回の摩耗サイクルで、最小の平均摩耗量である〜0.77μm2/Nが測定されています。サンプルDのトップコートは、図2のCOFの急激な増加によって反映されているように、375サイクル後に剥離し始めます。サンプルDの平均摩耗量は、800サイクルで約1.1μm2/Nです。

ナノビアトライボメータは、従来のテーバー摩耗測定と比較して、再現性のある評価と市販の床・自動車塗料の品質管理を保証する、定量的で信頼性の高い摩耗評価を提供します。さらに、COFのその場測定が可能なため、摩耗プロセスのさまざまな段階とCOFの変化を関連付けることができ、さまざまな塗膜の摩耗メカニズムや摩擦特性に関する基礎的な理解を深める上で重要な役割を果たします。

異なる材料のスクラッチ硬度を比較するために、3種類の金属（Cu110、Al6061、SS304）の試験後のスクラッチ痕の画像を図1に示します。ナノビアメカニカル ソフトウェアのマッピング機能を用いて、自動化されたプロトコルで同じ条件で試験した3つの平行なスクラッチを作成しました。測定されたスクラッチトラック幅と計算されたスクラッチ硬度番号（HSP）を表1にまとめ、比較しました。金属は、Al6061、Cu110、SS304でそれぞれ174、220、89μmと異なる摩耗痕幅を示し、計算上のHSPは0.84、0.52、3.2GPaとなりました。

スクラッチトラック幅から計算されるスクラッチ硬度に加え、摩擦係数（COF）、真の深さ、アコースティックエミッションの進化をスクラッチ硬度試験中にその場で記録しました。ここで真の深さとは、スクラッチ試験中のスタイラスの侵入深さとプレスキャンで測定した表面プロファイルの深さの差です。 図2には、例としてCu110のCOF、真の深さ、アコースティックエミッションが示されています。このような情報はスクラッチ中に起こる機械的な不具合についての洞察をもたらし、ユーザーは機械的な欠陥を検出し、被検査材のスクラッチ挙動をさらに調査することができるようになります。

スクラッチ硬さ試験は、高い精度と再現性で数分以内に終了することができます。従来の圧痕法と比較して、本研究のスクラッチ硬さ試験は、品質管理や新素材の開発に有用な硬さ測定の代替ソリューションを提供するものです。

図1は、試験中に記録された針入深さ、摩擦係数（COF）、アコースティックエミッションの変化を示しています。図2には、TiNサンプル上の完全なマイクロスクラッチ痕が示されています。ここで臨界荷重Lc1はスクラッチトラックに凝集性クラックの最初の兆候が発生する荷重、Lc2はスパレーション破壊が繰り返される荷重、Lc3はコーティングが基板から完全に除去される荷重として定義されています。TiNコーティングの臨界荷重（Lc）値は，図4にまとめられています。

針入深さ，COF，アコースティックエミッションの変化から，本研究の臨界荷重で表される異なる段階でのコーティング破壊のメカニズムが明らかになりました。試料Aと試料Bは、スクラッチ試験中に同等の挙動を示すことが確認できます。触針は深さ 0.06mm まで徐々に試料に侵入し、コーティングスクラッチ試験の開始時に は、通常荷重が直線的に増加し、COF は徐々に 0.3 まで増加しました。Lc1 が ~3.3 N に達したとき、最初のチッピング破損の兆候が発生しました。これは、貫入深さ、COF、およびアコースティックエミッションのプロットにおける最初の大きなスパイクにも反映されています。荷重がLc2の〜3.8Nまで増加し続けると、針入深さ、COF、アコースティックエミッションのさらなる変動が発生します。スクラッチトラックの両側で、連続的な変化が発生していることが確認されました。Lc3では、スタイラスによって加えられた高い圧力によって、コーティングが金属基板から完全に剥離し、基板が露出して保護されなくなります。