스크래치 시험기가 하는 일
스크래치 시험기는 실무적인 질문에 답합니다. 코팅된 표면은 손상되기 전까지 얼마나 큰 하중을 견디며, 어떻게 파괴되는가? 제어된 수직 하중으로 팁을 표면을 따라 이동시키며 반응을 기록하고, 이후 스크래치를 촬영하여 각 파괴의 위치를 찾아 하중과 연결합니다. 공구의 경질 코팅, 도료와 클리어코트, 광학 및 전자용 박막, 고분자와 의료기기 코팅이 모두 이 방법으로 평가됩니다.
결과가 정의된 파괴가 일어나는 하중으로 나오기 때문에 스크래치 시험은 빠르게 수행할 수 있고 샘플, 공정, 공급업체 간 비교가 쉽습니다. 그래서 코팅 개발과 생산 품질 관리 모두에 사용됩니다.
계장화 스크래치 시험기의 작동 방식
- 내장 비디오 현미경으로 샘플을 팁 아래에 위치시킵니다.
- 선택적으로 매우 낮은 하중의 사전 스캔으로 앞으로 스크래치할 경로의 표면 프로파일을 기록합니다.
- 팁이 설정된 길이를 이동하는 동안 수직 하중을 가합니다. 점증 시험에서는 선형으로 증가시키고, 일정 하중 시험에서는 일정하게 유지합니다.
- 침투 깊이, 마찰, 음향 방출을 연속으로 기록합니다.
- 낮은 하중의 사후 스캔으로 잔류 깊이를 구합니다. 사전 스캔 및 침투 깊이와 비교하여 탄성 회복과 영구 변형을 구분합니다(True Depth, 유럽 특허 제0663068호).
- 추적 줌 뷰가 스크래치 전체를 촬영하고, 각 파괴의 위치를 찾아 임계 하중으로 환산합니다.
스크래치 시험의 종류
- 점증 하중: 스크래치를 따라 하중이 선형으로 증가합니다. ASTM C1624, ISO 20502, ASTM D7027에 따라 한 번의 패스로 응집 파괴(균열, 치핑)와 접착 파괴(박리)의 임계 하중을 얻습니다.
- 일정 하중: 하중을 고정합니다. ASTM G171에 따른 스크래치 경도, 내마성, 표면 균일성 확인에 사용합니다.
- 다중 패스 및 왕복: 임계 하중 미만에서 같은 트랙을 반복해서 지나가며 손상이 어떻게 누적되고 코팅이 몇 번의 패스를 견디는지 보여 줍니다. 다중 패스 마모를 참조하십시오.
나노, 마이크로, 매크로: 하중 범위 선택
알맞은 스크래치 시험기는 코팅의 두께와 경도에 따라 달라집니다. 하중이 너무 높으면 박막을 바로 관통하고, 너무 낮으면 경질 코팅은 결코 파괴되지 않습니다.
- 나노 스크래치는 압전 액추에이터, 80 mN~4800 mN의 하중 레인지, 가는 팁(발표된 연구에서는 반경 2 µm까지)을 사용합니다. 박막, 도막, 고분자 코팅과 스텐트 스트럿 같은 작은 구조에 적합합니다.
- 마이크로 스크래치는 서보 모터, 20 N~400 N의 하중 레인지, 로크웰 C 또는 구원뿔형 팁을 사용합니다. 질화물, DLC 등 경질 코팅, 금속 위 도막, 전극 코팅에 적합합니다.
- 매크로 스크래치는 트라이보미터에서 반경 200, 500, 800 µm의 팁으로 양극산화 피막 같은 두껍고 매우 단단한 코팅을 시험합니다.
PB1000은 나노와 마이크로 모듈을 함께 탑재하므로 샘플을 다른 장비로 옮기지 않고 코팅 시스템을 두 스케일에서 모두 시험할 수 있습니다.
스크래치 시험기 선택 시 확인할 점
- 직접 수직 하중: 독립된 하중 센서와 깊이 센서, 폐루프 하중 제어로 가한 하중이 곧 측정된 하중이 됩니다. 캔틸레버나 피벗이 없습니다.
- 필요한 스케일에서의 분해능과 노이즈: NANOVEA 모듈은 하중과 깊이를 24비트로 수집하고, 음향 방출을 150~400 kHz, 감도 0.005 aJ로 측정합니다.
- 스크래치 전체의 이미징: 개별 이미지가 아니라 전체 길이를 기록하므로 시험 후 각 파괴를 찾아 다시 검토할 수 있습니다.
- 위치 결정과 자동화: 높이 차이가 최대 50 mm인 여러 샘플의 시험, 매핑된 스크래치 시리즈, 저장된 레시피로 재현성 있는 품질 관리가 가능합니다.
- 환경: 고온, 저온, 습도, 액중 모듈로 뜨겁거나 차갑거나 젖은 환경에서 쓰이는 코팅을 시험합니다.
- 같은 시스템에서의 압입 시험: 경도와 탄성계수는 코팅이 왜 그 위치에서 파괴되는지 설명하는 데 도움이 됩니다.
스크래치 결과 해석
임계 하중은 밀착력의 절대값이 아닙니다. 결합 자체뿐 아니라 팁 반경, 부하 속도, 코팅 두께, 기재 경도, 마찰에 따라 달라집니다. 따라서 스크래치 시험은 동일하고 명시된 조건에서의 비교, 즉 코팅 순위화, 증착 공정 비교, 생산 로트 점검에 가장 유용합니다. 깊이와 잔류 깊이 데이터는 변형 중 탄성 부분이 얼마인지, 어느 깊이에서 코팅이 파괴되었는지처럼 이미지만으로는 알 수 없는 정보를 더해 줍니다.
