Scratch Testing | Cohesive Failure Application Notes - NANOVEA: Advanced Profilometers, Tribometers, Nanoindenters, and Scratch Testers for Materials Testing https://nanovea.com/ko/카테고리/애플리케이션-참고-사항/기계-테스트/스크래치-테스트-응집력-실패/ 재료 연구 및 품질 관리를 위한 계측 기기 Fri, 14 Nov 2025 06:38:41 +0000 ko-KR 매시간 1 https://wordpress.org/?v=6.8.5 https://nanovea.com/wp-content/uploads/2025/02/nanovea-favicon.png Scratch Testing | Cohesive Failure Application Notes - NANOVEA: Advanced Profilometers, Tribometers, Nanoindenters, and Scratch Testers for Materials Testing https://nanovea.com/ko/카테고리/애플리케이션-참고-사항/기계-테스트/스크래치-테스트-응집력-실패/ 32 32 휴대폰 화면 보호기의 스크래치 내성 테스트 https://nanovea.com/ko/%ed%9c%b4%eb%8c%80%ed%8f%b0-%ed%99%94%eb%a9%b4-%eb%b3%b4%ed%98%b8%ea%b8%b0%ec%9d%98-%ec%8a%a4%ed%81%ac%eb%9e%98%ec%b9%98-%ec%a0%80%ed%95%ad%ec%84%b1-%ed%85%8c%ec%8a%a4%ed%8a%b8/?utm_source=rss&utm_medium=rss&utm_campaign=scratch-resistance-testing-of-phone-screen-protectors https://nanovea.com/ko/%ed%9c%b4%eb%8c%80%ed%8f%b0-%ed%99%94%eb%a9%b4-%eb%b3%b4%ed%98%b8%ea%b8%b0%ec%9d%98-%ec%8a%a4%ed%81%ac%eb%9e%98%ec%b9%98-%ec%a0%80%ed%95%ad%ec%84%b1-%ed%85%8c%ec%8a%a4%ed%8a%b8/#respond Wed, 12 Nov 2025 17:42:04 +0000 https://nanovea.com/?p=25222 Scratch Resistance Testing of Phone Screen Protectors Prepared by Stacey Pereira, Jocelyn Esparza, and Pierre Leroux Understanding Scratch Resistance in Phone Screen Protectors Protective coatings on phone screens play a critical role in scratch resistance, adhesion strength, and long-term durability. Over time, scratches, micro-cracks, and coating delamination can reduce optical clarity and reliability — especially […]

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휴대폰 화면 보호기의 스크래치 내성 테스트

작성자

스테이시 페레이라, 조슬린 에스파르자, 피에르 르루

휴대폰 화면 보호기의 스크래치 방지 기능 이해하기

휴대폰 화면의 보호 코팅은 긁힘 방지, 접착 강도 및 장기적인 내구성에 중요한 역할을 합니다. 시간이 지남에 따라 스크래치, 미세 균열 및 코팅 박리는 특히 사용 빈도가 높은 환경에서 광학 선명도와 신뢰성을 떨어뜨릴 수 있습니다. 다양한 화면 보호기가 기계적 손상에 어떻게 저항하는지 평가하기 위해 계측 스크래치 테스트를 통해 접착력, 응집력 및 파손 거동을 포함한 코팅 고장 메커니즘에 대한 정량적인 통찰력을 얻을 수 있습니다.

이 연구에서는, 나노베아 PB1000 기계식 테스터 는 제어된 점진적 하중 하에서 TPU와 강화유리 화면 보호기를 비교하는 데 사용됩니다. 정밀한 음향 방출 감지를 사용하여 임계 고장 하중을 식별하고 각 소재가 증가하는 기계적 스트레스에 어떻게 반응하는지 특성화합니다.

화면 보호기에 스크래치 내성 테스트가 중요한 이유

많은 사용자가 더 두껍거나 단단한 프로텍터가 자동으로 더 나은 성능을 발휘한다고 생각하지만 실제 내구성은 점진적인 하중, 표면 변형 및 국소 응력 하에서 재료가 어떻게 작동하는지에 따라 달라집니다. 엔지니어는 계측식 스크래치 테스트를 통해 코팅 접착력, 응집 강도, 표면 내마모성, 고장이 시작되거나 전파되는 정확한 하중을 측정할 수 있습니다.

제조업체는 균열 시작 지점, 박리 현상 및 고장 모드를 분석하여 R&D, 품질 관리 또는 비교 벤치마킹을 위해 화면 보호기 성능을 검증할 수 있습니다. 나노 및 마이크로 스크래치 테스트는 기존의 경도 등급을 훨씬 뛰어넘는 실제 내구성에 대한 반복 가능한 데이터 기반 인사이트를 제공합니다.

ℹ️ 자세히 알아보기 코팅 및 화면 보호기용 스크래치 및 접착력 테스트 서비스입니다.

스크래치 테스트 목표:
화면 보호기의 고장 부하 측정하기

이 연구의 목적은 나노베아 PB1000 기계식 테스터가 폴리머 및 유리 화면 보호기 모두에 대해 반복 가능하고 표준화된 스크래치 저항 테스트를 수행하는 방법을 입증하는 것입니다. 이 시스템은 적용된 하중을 점진적으로 증가시킴으로써 응집력 및 접착 실패에 대한 임계 하중을 감지하고 음향 방출 신호를 캡처하며 이러한 이벤트를 스크래치 깊이, 마찰력 및 표면 변형과 상호 연관시킵니다.

이 방법론은 각 보호 코팅의 완전한 기계적 프로파일을 제공하여 제조업체와 R&D 팀이 제품 성능 향상을 위해 재료 배합, 코팅 접착 강도, 표면 내구성 및 최적의 코팅 두께를 평가할 수 있도록 합니다. 이러한 스크래치 평가는 나노베아의 광범위한 제품군의 일부입니다. 기계 테스트 솔루션 R&D, 품질 관리 및 생산 환경 전반에서 코팅, 필름 및 기판의 특성을 분석하는 데 사용됩니다.

나노비아 PB1000 대형 플랫폼
기계 테스터

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나노베아 스크래치 테스터: PTFE 코팅 마모 테스트

스크래치 테스트 파라미터 및 계측기 설정

TPU 및 강화유리 화면 보호기의 스크래치 저항성 평가는 반복성과 정확한 고장 하중 감지를 보장하기 위해 통제된 조건에서 수행되었습니다. 다음 매개변수는 나노베아 PB1000 기계식 테스터에 사용된 점진적 부하 스크래치 테스트 설정을 정의합니다.

로드 유형 프로그레시브
초기 로드 0.1 N
최종 로드 12 N
슬라이딩 속도 3.025mm/min
슬라이딩 거리 3mm
들여쓰기 기하학 로크웰(120° 원뿔)
들여쓰기 재료(팁) 다이아몬드
들여쓰기 팁 반경 50 µm
대기권 AIR
온도 24°C(실온)

표 1: 스크래치 테스트에 사용되는 테스트 매개변수

나노베아 PB1000 기계식 테스터에서 스크래치 테스트를 받는 화면 보호기 샘플

프로그레시브 하중 스크래치 측정 중 NANOVEA PB1000 기계식 테스터에 장착된 화면 보호기 샘플.

스크래치 방지 테스트에 사용되는 화면 보호기 샘플

스크래치 저항성, 고장 동작 및 기계적 내구성의 차이를 비교하기 위해 시중에서 판매되는 두 가지 화면 보호기 소재를 선택했습니다. 일관되고 편향되지 않은 비교를 위해 두 샘플을 NANOVEA PB1000 기계식 테스터에 단단히 장착하고 동일한 점진적 부하 조건에서 평가했습니다.

TPU 화면 보호기는 탄성은 높지만 내마모성이 낮은 유연한 고분자 필름이며, 강화 유리 보호기는 경도가 높고 충격 보호 기능이 강화되도록 설계된 단단하고 깨지기 쉬운 소재를 나타냅니다. 동일한 하중 프로파일에서 두 소재를 테스트하면 소재 구성, 탄성 및 경도가 스크래치 고장 모드에 미치는 영향을 명확하게 평가할 수 있습니다.

TPU 화면 보호기

강화 유리

그림 1: 긁힘 방지 테스트를 위해 준비된 TPU 및 강화 유리 화면 보호기.

스크래치 테스트 결과: TPU와 강화유리 화면 보호기의 고장 모드 비교

화면 보호기 유형임계 부하 #1(N)임계 부하 #2 (N)
TPUn/a2.004 ± 0.063
강화 유리3.608 ± 0.2817.44 ± 0.995

표 2: 각 화면 보호기 샘플에 대한 임계 부하 요약.

TPU와 강화유리 화면 보호기는 근본적으로 다른 기계적 특성을 가지고 있기 때문에 각 샘플은 점진적 하중 스크래치 테스트 중에 뚜렷한 고장 모드와 임계 하중 임계값을 나타냈습니다. 표 2에는 각 소재에 대해 측정된 임계 하중이 요약되어 있습니다.

임계 하중 #1은 균열 시작 또는 방사형 골절과 같이 광학 현미경으로 관찰 가능한 응집 실패의 첫 번째 지점을 나타냅니다.

임계 부하 #2는 음향 방출(AE) 모니터링을 통해 감지된 첫 번째 주요 이벤트에 해당하며, 일반적으로 더 큰 구조적 고장 또는 침투 이벤트를 나타냅니다.

TPU 화면 보호기 - 유연한 폴리머 동작

TPU 화면 보호기는 단 한 번의 중요한 중요 이벤트(중요 하중 #2)만 나타났습니다. 이 하중은 스크래치 트랙을 따라 필름이 휴대폰 화면 표면에서 들어 올려지거나 벗겨지거나 박리되기 시작한 지점에 해당합니다.

임계 하중 #2(≈2.00N)를 초과하면 압자가 충분히 관통하여 나머지 테스트 기간 동안 휴대폰 화면에 직접 스크래치가 생겼습니다. 소재의 높은 탄성과 낮은 응집력으로 인해 별도의 임계 하중 #1 이벤트는 감지되지 않았습니다.

강화 유리 화면 보호기 - 깨지기 쉬운 고장 동작

강화유리 화면 보호기는 깨지기 쉬운 소재의 특징인 두 가지 임계 하중을 보여주었습니다:

  • 임계 하중 #1(≈3.61N): 현미경으로 방사형 골절 및 균열 시작이 관찰되어 유리 층의 조기 응집 실패를 나타냅니다.

  • 임계 하중 #2(≈7.44N): 큰 AE 스파이크와 스크래치 깊이의 급격한 증가는 더 높은 하중에서 프로텍터 관통을 나타냅니다.

AE 강도는 TPU보다 높았지만 휴대폰 화면에 손상이 전달되지 않아 강화유리 보호기가 치명적인 고장 전에 하중을 흡수하고 분산하는 능력을 입증했습니다.

두 재료 모두에서 임계 하중 #2는 압자가 화면 보호기를 뚫는 순간에 해당하여 각 샘플의 보호 한계를 확인했습니다.

TPU 화면 보호기: 스크래치 테스트 데이터 및 고장 분석

스크래치임계 부하 #2 (N)
12.033
22.047
31.931
평균2.003
표준 편차0.052

표 3: TPU 화면 보호기 스크래치 테스트 중 측정된 임계 하중.

나노베아 기계식 테스터에서 테스트한 TPU 화면 보호기의 마찰, 정상 힘, 음향 방출 및 깊이 대 스크래치 길이를 보여주는 그래프입니다.

그림 2: TPU 화면 보호기의 마찰력, 정상 하중, 음향 방출(AE), 스크래치 깊이 대 스크래치 길이를 측정합니다. (B) 임계 부하 #2

그림 3: 임계 부하 #2(5배율, 이미지 폭 0.8934mm)에서의 TPU 화면 보호기 광학 현미경 이미지.

그림 4: 점진적 부하 테스트 후 전체 스크래치 트랙을 보여주는 TPU 화면 보호기의 스크래치 후 전체 길이 이미지입니다.

강화유리 화면 보호기: 임계 하중 데이터 및 파손 거동

스크래치 임계 부하 #1(N) 임계 부하 #2 (N)
1 3.923 7.366
2 3.382 6.483
3 3.519 8.468
평균 3.653 6.925
표준 편차 0.383 0.624

표 4: 강화유리 화면 보호기 스크래치 테스트 중 측정한 임계 하중입니다.

ℹ️ 비규산염 폴리머 코팅과 비교하려면 다음 연구를 참조하십시오. PTFE 코팅 마모 테스트, 는 유사한 점진적 하중 조건에서 저마찰 폴리머 필름의 고장 거동을 강조합니다.

그림 5: 강화유리 화면 보호기의 마찰력, 정상 하중, 음향 방출(AE), 스크래치 깊이 대 스크래치 길이를 측정합니다. (A) 임계 부하 #1 (B) 임계 부하 #2

나노베아 기계식 테스터를 사용하여 5배율로 스크래치 테스트 중 강화유리 화면 보호기의 임계 부하 #1 및 임계 부하 #2 고장 위치를 보여주는 광학 현미경 이미지.

그림 6: 5배 확대(이미지 폭: 0.8934mm)에서 임계 부하 #1(왼쪽) 및 임계 부하 #2(오른쪽)의 고장 위치를 보여주는 광학 현미경 이미지.

그림 7: 강화 유리 스크래치 트랙의 테스트 후 광학 현미경 이미지, 점진적 하중 테스트 후 골절 시작(CL#1)과 최종 관통 영역(CL#2)을 강조 표시합니다.

결론: TPU와 강화유리 화면 보호기의 스크래치 성능 비교

이 연구는 나노베아 PB1000 기계식 테스터가 점진적 하중 및 음향 방출(AE) 감지를 사용하여 제어되고 반복 가능하며 매우 민감한 스크래치 저항 측정을 제공하는 방법을 보여줍니다. 이 시스템은 응집 및 접착 실패 이벤트를 모두 정확하게 포착함으로써 기계적 스트레스가 증가함에 따라 TPU 및 강화 유리 화면 보호기가 어떻게 작동하는지를 명확하게 비교할 수 있습니다.

실험 결과에 따르면 강화 유리는 TPU보다 훨씬 높은 임계 하중을 견디며 우수한 스크래치 저항성, 지연된 파손 시작, 압흔 침투에 대한 안정적인 보호 기능을 제공하는 것으로 나타났습니다. TPU는 응집 강도가 낮고 박리가 일찍 일어나기 때문에 스트레스가 많은 환경에서는 한계가 있습니다.

장애 부하를 식별한 후 결과 스크래치 트랙을 다음을 사용하여 분석할 수도 있습니다. 비접촉식 3D 광학 프로파일로미터 를 사용하여 홈 깊이, 잔류 변형 및 스크래치 후 지형을 측정합니다. 이를 통해 각 소재의 기계적 프로파일을 완성할 수 있습니다.

나노베아 기계식 테스터는 정확하고 반복 가능한 압흔, 스크래치 및 마모 테스트를 위해 설계되었으며 ISO 및 ASTM을 준수하는 나노 및 마이크로 모듈을 지원합니다. 다양한 기능을 갖추고 있어 R&D, 생산 및 품질 관리 전반에 걸쳐 박막, 코팅, 폴리머, 유리 및 기판의 전체 기계적 프로파일을 평가하는 데 이상적인 솔루션입니다.

자주 묻는 질문
스크래치 내성 테스트 정보

스크래치 저항 테스트란 무엇인가요?

스크래치 저항 테스트는 다이아몬드 스타일러스에 점진적으로 증가하는 하중을 가했을 때 소재나 코팅이 어떻게 반응하는지를 평가합니다. 이 테스트는 응집력 또는 접착 실패가 발생하는 임계 하중을 식별하여 내구성, 접착 강도 및 표면 손상에 대한 저항성을 정량화할 수 있는 척도를 제공합니다.

접착 실패와 접착 실패의 차이점은 무엇인가요?

응집 실패 발생 내 코팅이나 재료에 균열, 찢어짐, 내부 파손 등의 문제가 발생할 수 있습니다.
접착 실패는 코팅이 인쇄물에서 분리될 때 발생하며, 이는 접착 강도가 충분하지 않음을 나타냅니다.

나노베아 PB1000은 동기화된 음향 방출 모니터링, 스크래치 깊이 추적 및 마찰 분석을 사용하여 이 두 가지를 모두 감지합니다.

수동 방식 대신 기계식 테스터를 사용하는 이유는 무엇인가요?

나노베아 PB1000과 같은 기계식 테스터는 정밀하고 반복 가능하며 표준화된 측정을 제공하여 R&D, 생산 검증 및 품질 관리를 위한 신뢰할 수 있는 데이터를 보장합니다. 또한 음향 방출 감지 및 실시간 깊이 모니터링과 같은 고급 기능을 제공하여 수동 방식으로는 제공하지 못하는 기능을 제공합니다.

소재에 대한 신뢰할 수 있는 스크래치 테스트가 필요하신가요?

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스크래치 테스트 견적 받기

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PTFE 코팅 마모 테스트

트라이보미터 및 기계적 테스터 사용

PTFE 코팅 마모 시험

작성자

DUANJIE LI, PhD

소개

일반적으로 Teflon으로 알려진 PTFE(Polytetrafluoroethylene)는 적용된 하중에 따라 마찰 계수(COF)가 매우 낮고 내마모성이 뛰어난 폴리머입니다. PTFE는 뛰어난 화학적 불활성, 327°C(620°F)의 높은 융점을 나타내며 낮은 온도에서 높은 강도, 인성 및 자기 윤활성을 유지합니다. PTFE 코팅의 뛰어난 내마모성은 자동차, 항공 우주, 의료 및 특히 조리기구와 같은 광범위한 산업 응용 분야에서 매우 인기가 있습니다.

PTFE 코팅의 정량적 평가의 중요성

매우 낮은 마찰 계수(COF), 우수한 내마모성 및 고온에서의 뛰어난 화학적 불활성의 조합으로 인해 PTFE는 들러붙지 않는 팬 코팅에 이상적인 선택입니다. R&D 동안 기계 공정을 더욱 강화하고 품질 관리 공정에서 오작동 방지 및 안전 조치에 대한 최적의 제어를 보장하려면 PTFE 코팅의 마찰 기계적 공정을 양적으로 평가하기 위한 신뢰할 수 있는 기술을 보유하는 것이 중요합니다. 코팅의 표면 마찰, 마모 및 접착력을 정밀하게 제어하는 것은 의도한 성능을 보장하는 데 필수적입니다.

측정 목표

이 응용 분야에서 NANOVEA 트리보미터를 사용하여 선형 왕복 모드에서 논스틱 팬용 PTFE 코팅의 마모 과정을 시뮬레이션합니다.

나노비아 마찰계: 석회석 및 대리석 마모성 시험

나노비아 T50 컴팩트
자유 중량 트라이보미터

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또한 NANOVEA Mechanical Tester를 사용하여 PTFE 코팅 접착 실패의 임계 하중을 결정하기 위해 미세 스크래치 접착 테스트를 수행했습니다.

나노베아 스크래치 테스터: PTFE 코팅 마모 테스트

나노비아 PB1000 대형 플랫폼 기계 테스터

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테스트 절차

착용 테스트

트라이보미터를 사용한 선형 왕복 마모

마찰 계수(COF) 및 내마모성을 포함한 PTFE 코팅 샘플의 마찰학적 거동은 NANOVEA를 사용하여 평가되었습니다. 트라이보미터 선형 왕복 모드에서. 직경 3mm(등급 100)의 스테인레스 스틸 440 볼 팁을 코팅에 사용했습니다. COF는 PTFE 코팅 마모 테스트 중에 지속적으로 모니터링되었습니다.

 

마모율 K는 K=V/(F×s)=A/(F×n) 공식을 사용하여 계산되었으며, 여기서 V는 마모량을 나타내고, F는 일반 하중, s는 슬라이딩 거리, A는 마모 트랙의 단면적, n은 스트로크 수입니다. 마모 트랙 프로파일은 NANOVEA를 사용하여 평가되었습니다. 광학 프로파일로미터, 마모 트랙 형태는 광학 현미경을 사용하여 검사되었습니다.

마모 테스트 매개변수

로드 30 N
테스트 기간 5 분
슬라이딩 속도 80rpm
트랙의 진폭 8mm
혁명 300
볼 지름 3mm
볼 소재 스테인레스 스틸 440
윤활유 없음
대기권 Air
온도 230C (RT)
습도 43%

테스트 절차

스크래치 테스트

MECHANICAL TESTER를 이용한 미세스크래치 접착력 시험

PTFE 스크래치 접착력 측정은 NANOVEA를 사용하여 수행되었습니다. 기계 테스터 마이크로 스크래치 테스터 모드에서 1200 Rockwell C 다이아몬드 스타일러스(반경 200μm)를 사용합니다.

결과의 재현성을 보장하기 위해 동일한 테스트 조건에서 세 가지 테스트를 수행했습니다.

스크래치 테스트 매개변수

로드 유형 프로그레시브
초기 로드 0.01mN
최종 로드 20mN
로딩 속도 40mN/분
스크래치 길이 3mm
스크래칭 속도, dx/dt 6.0mm/분
들여쓰기 기하학 120o 로크웰 C
들여쓰기 재료(팁) 다이아몬드
들여쓰기 팁 반경 200 μm

결과 및 토론

트라이보미터를 사용한 선형 왕복 마모

현장에서 기록된 COF는 그림 1에 나와 있습니다. 테스트 샘플은 PTFE의 낮은 점착성으로 인해 처음 130회전 동안 ~0.18의 COF를 나타냈습니다. 그러나 코팅이 뚫리면서 COF가 ~1로 갑자기 증가하여 아래의 기판이 드러났습니다. 선형 왕복 시험 후 마모 트랙 프로파일은 NANOVEA를 사용하여 측정되었습니다. 비접촉식 광학 프로파일로미터, 그림 2와 같이 얻은 데이터에서 해당 마모율은 ~2.78 × 10-3mm3/Nm로 계산되었으며 마모 트랙의 깊이는 44.94μm로 결정되었습니다.

PTFE 코팅 마모 연구
NANOVEA T50 트라이보미터의 PTFE 코팅 마모 테스트 설정.
테플론 COF

그림 1: PTFE 코팅 마모 테스트 중 COF의 진화.

PTFE 마모 시험

그림 2: 마모 트랙 PTFE의 프로파일 추출.

PTFE 돌파 전

최대 COF 0.217
최소 COF 0.125
평균 COF 0.177

획기적인 후 PTFE

최대 COF 0.217
최소 COF 0.125
평균 COF 0.177

표 1: 마모 테스트 중 돌파 전후의 COF.

결과 및 토론

MECHANICAL TESTER를 이용한 미세스크래치 접착력 시험

기판에 대한 PTFE 코팅의 접착력은 200µm 다이아몬드 스타일러스로 스크래치 테스트를 사용하여 측정됩니다. 현미경 사진은 그림 3 및 그림 4, COF의 진화 및 그림 5의 침투 깊이에 나와 있습니다. PTFE 코팅 스크래치 테스트 결과는 표 4에 요약되어 있습니다. 다이아몬드 스타일러스에 대한 부하가 증가함에 따라 점차적으로 코팅에 침투했습니다. 결과적으로 COF가 증가합니다. ~8.5N의 하중에 도달했을 때 코팅의 돌파와 기판의 노출이 고압에서 발생하여 ~0.3의 높은 COF를 초래했습니다. 표 2에 표시된 낮은 St Dev는 NANOVEA 기계적 테스터를 사용하여 수행된 PTFE 코팅 스크래치 테스트의 반복성을 보여줍니다.

PTFE 코팅 시험

그림 3: PTFE(10X)의 전체 스크래치 현미경 사진.

PTFE 코팅 스크래치 시험

그림 4: PTFE(10X)의 전체 스크래치 현미경 사진.

PTFE 코팅 마찰 시험

그림 5: PTFE에 대한 임계 실패 지점의 선을 보여주는 마찰 그래프.

스크래치 실패 지점 [N] 마찰력 [N] COF
1 0.335 0.124 0.285
2 0.337 0.207 0.310
3 0.380 0.229 0.295
평균 8.52 2.47 0.297
세인트 데브 0.17 0.16 0.012

표 2: 스크래치 테스트 중 임계 하중, 마찰력 및 COF 요약.

결론

이 연구에서는 선형 왕복 모드에서 NANOVEA T50 트리보미터를 사용하여 붙지 않는 팬용 PTFE 코팅의 마모 프로세스 시뮬레이션을 수행했습니다. PTFE 코팅은 ~0.18의 낮은 COF를 나타냈고 코팅은 약 130회전에서 돌파구를 경험했습니다. 금속 기판에 대한 PTFE 코팅 접착력의 정량적 평가는 NANOVEA Mechanical Tester를 사용하여 수행되었으며 이 테스트에서 코팅 접착 실패의 임계 하중은 ~8.5N으로 결정되었습니다.

 

NANOVEA 트리보미터는 ISO 및 ASTM 준수 회전 및 선형 모드를 사용하여 정확하고 반복 가능한 마모 및 마찰 테스트 기능을 제공합니다. 단일 시스템에 모두 통합된 고온 마모, 윤활 및 마찰 부식을 위한 옵션 모듈을 제공합니다. 이러한 다재다능함을 통해 사용자는 실제 응용 환경을 보다 정확하게 시뮬레이션하고 다양한 재료의 마모 메커니즘 및 마찰 특성을 이해할 수 있습니다.

 

NANOVEA 기계적 테스터는 나노, 마이크로 및 매크로 모듈을 제공하며 각 모듈에는 ISO 및 ASTM 준수 인덴테이션, 스크래치 및 마모 테스트 모드가 포함되어 있어 단일 시스템에서 사용할 수 있는 가장 광범위하고 사용자 친화적인 테스트 기능을 제공합니다.

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나노 스크래치 및 마모 시험

금속 기판에 페인트의 비율

작성자

수잔 카벨로

소개

하드코트가 있든 없든 페인트는 가장 일반적으로 사용되는 코팅 중 하나입니다. 자동차, 벽, 가전제품 등 보호 코팅이 필요하거나 단순히 미적 목적이 있는 거의 모든 곳에서 페인트를 볼 수 있습니다. 기본 기질을 보호하기 위한 페인트에는 종종 페인트에 불이 붙는 것을 방지하거나 페인트의 색이 변하거나 갈라지는 것을 방지하는 화학 물질이 포함되어 있습니다. 미적 목적으로 사용되는 페인트는 종종 다양한 색상으로 제공되지만 반드시 기질을 보호하거나 긴 수명을 위한 것이 아닐 수도 있습니다.

그럼에도 불구하고 모든 페인트는 시간이 지남에 따라 약간의 풍화를 겪습니다. 페인트의 풍화는 종종 제조사가 의도한 것과 다른 특성을 만들 수 있습니다. 더 빨리 부서지거나 열에 의해 벗겨지거나 색이 바래거나 갈라질 수 있습니다. 시간이 지남에 따라 페인트의 특성이 다양하게 변하기 때문에 제조업체는 다양한 페인트를 제공합니다. 페인트는 개별 고객의 다양한 요구 사항을 충족하도록 맞춤 제작됩니다.

품질 관리를 위한 나노 스크래치 테스트의 중요성

페인트 제조업체의 주요 관심사는 제품이 균열을 견딜 수 있는 능력입니다. 페인트가 갈라지기 시작하면 페인트가 도포된 기질을 보호하지 못하기 때문에 고객을 만족시키지 못합니다. 예를 들어, 나뭇가지가 자동차 측면에 부딪혀 페인트가 갈라지기 시작하면 페인트 제조업체는 페인트의 품질 저하로 인해 사업을 잃게 될 것입니다. 페인트 아래의 금속이 노출되면 새로운 노출로 인해 녹이 슬거나 부식되기 시작할 수 있기 때문에 페인트의 품질은 매우 중요합니다.

 

이와 같은 이유는 가정 및 사무용품, 전자제품, 장난감, 연구 도구 등 다양한 분야에 적용됩니다. 페인트를 처음 금속 코팅에 적용했을 때는 균열에 강할 수 있지만, 샘플에 풍화가 발생하면 시간이 지남에 따라 특성이 변할 수 있습니다. 그렇기 때문에 페인트 샘플을 풍화 단계에서 테스트하는 것이 매우 중요합니다. 높은 응력 하에서 균열은 불가피할 수 있지만, 제조업체는 소비자에게 최상의 제품을 제공하기 위해 시간이 지남에 따라 변화가 얼마나 약화될 수 있는지, 영향을 미치는 스크래치가 얼마나 깊어야 하는지 예측해야 합니다.

측정 목표

샘플의 거동 효과를 관찰하기 위해서는 제어되고 모니터링되는 방식으로 스크래치 과정을 시뮬레이션해야 합니다. 이 어플리케이션에서는 나노 스크래치 테스트 모드의 NANOVEA PB1000 기계식 테스터를 사용하여 금속 기판의 약 7 년 된 30-50 μm 두께의 페인트 샘플에 고장을 일으키는 데 필요한 하중을 측정합니다.

2μm 다이아몬드 팁 스타일러스를 0.015mN ~ 20.00mN 범위의 점진적 하중으로 사용하여 코팅을 스크래치했습니다. 스크래치의 실제 깊이 값을 결정하기 위해 0.2mN 하중으로 페인트의 사전 및 사후 스캔을 수행했습니다. 실제 깊이는 테스트 중 샘플의 소성 및 탄성 변형을 분석하는 반면, 사후 스캔은 스크래치의 소성 변형만 분석합니다. 균열로 인해 코팅이 실패한 지점을 실패 지점으로 간주합니다. 테스트 매개변수를 결정하기 위해 ASTMD7187을 기준으로 사용했습니다.

 

풍화된 샘플을 사용했기 때문에 약한 단계에서 페인트 샘플을 테스트하면 실패 지점이 더 낮다는 결론을 내릴 수 있습니다.

 

이 샘플에 대해 다음과 같은 5가지 테스트를 수행했습니다.

정확한 장애 임계 부하를 결정합니다.

나노비아

PB1000

자세히 알아보기

테스트 매개변수

다음 ASTM D7027

거칠기 표준의 표면은 그림 1과 같이 192개의 밝은 선을 생성하는 고속 센서가 장착된 나노베아 ST400을 사용하여 스캔했습니다. 이 192개의 포인트가 동시에 샘플 표면을 스캔하기 때문에 스캔 속도가 크게 향상되었습니다.

로드 유형 프로그레시브
초기 로드 0.015 mN
최종 로드 20mN
로딩 속도 20mN/min
스크래치 길이 1.6mm
스크래치 속도, dx/dt 1.601mm/min
사전 스캔 로드 0.2mN
스캔 후 로드 0.2mN
원뿔형 인덴터 90° 원뿔형 팁 반경 2 µm

들여쓰기 유형

원뿔형

다이아몬드 90° 콘

2 µm 팁 반경

원뿔형 인덴터 다이아몬드 90° 원뿔형 팁 반경 2 µm

결과

이 섹션에서는 스크래치 테스트 중 장애에 대해 수집된 데이터를 제시합니다. 첫 번째 섹션에서는 스크래치에서 관찰된 장애를 설명하고 보고된 임계 부하를 정의합니다. 다음 부분에는 모든 샘플의 임계 하중에 대한 요약 표와 그래픽 표현이 포함되어 있습니다. 마지막 부분에서는 각 스크래치에 대한 임계 하중, 각 불량의 현미경 사진, 테스트 그래프 등 각 샘플에 대한 자세한 결과를 제시합니다.

관찰된 장애 및 임계 부하 정의

중대한 실패:

초기 피해

스크래치 트랙을 따라 손상이 관찰되는 첫 번째 지점입니다.

나노 스크래치 치명적 고장 초기 손상

중대한 실패:

완전한 손상

이 시점에서 스크래치 트랙을 따라 페인트가 깨지고 갈라지는 부분이 더 크게 손상됩니다.

나노 스크래치 치명적 고장 완전 손상

자세한 결과

* 기판 균열 지점에서 측정한 실패 값입니다.

크리티컬 로드
스크래치 초기 피해 [mN] 전체 손상 [µm]
1 14.513 4.932
2 3.895 4.838
3 3.917 4.930
평균 3.988 4.900
STD 개발 0.143 0.054
나노 스크래치 테스트의 전체 스크래치 현미경 사진(1000배 확대).

그림 2: 전체 스크래치 현미경 사진(1000배 확대).

나노 스크래치 테스트의 초기 손상 현미경 사진(1000배 확대)

그림 3: 초기 손상 현미경 사진(1000배 확대).

나노 스크래치 테스트의 전체 손상 현미경 사진(1000배 확대).

그림 4: 전체 손상 현미경 사진(1000배 확대).

선형 나노 스크래치 테스트 마찰력 및 마찰 계수

그림 5: 마찰력 및 마찰 계수.

선형 나노 스크래치 표면 프로파일

그림 6: 표면 프로필.

선형 나노 스크래치 테스트 실제 깊이 및 잔여 깊이

그림 7: 실제 깊이와 잔여 깊이.

결론

나노베아 기계 테스터 에서 나노 스크래치 테스터 모드를 사용하면 페인트 코팅 및 하드 코팅의 많은 실제 실패를 시뮬레이션할 수 있습니다. 제어되고 면밀히 모니터링되는 방식으로 하중을 증가시킴으로써 어떤 하중에서 고장이 발생하는지 파악할 수 있습니다. 이를 통해 스크래치 저항에 대한 정량적 값을 결정할 수 있습니다. 내후성이 없는 상태에서 테스트한 코팅은 약 22mN에서 첫 번째 균열이 발생하는 것으로 알려져 있습니다. 5mN에 가까운 값은 7년의 랩핑으로 인해 페인트의 성능이 저하되었음을 나타냅니다.

원래 프로파일을 보정하면 스크래치 중에 보정된 깊이를 얻고 스크래치 후 잔류 깊이를 측정할 수 있습니다. 이를 통해 하중 증가에 따른 코팅의 소성 및 탄성 거동에 대한 추가 정보를 얻을 수 있습니다. 균열과 변형에 대한 정보는 모두 하드코트 개선에 유용하게 사용될 수 있습니다. 또한 표준 편차가 매우 작아 제조업체가 하드 코트/도료의 품질을 개선하고 풍화 효과를 연구하는 데 도움이 될 수 있는 계측기 기술의 재현성을 보여줍니다.

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산업용 코팅

트라이보미터를 사용한 스크래치 및 마모 평가

작성자

DUANJIE LI, 박사 및 안드레아 헤르만(ANDREA HERRMANN)

소개

아크릴 우레탄 페인트는 바닥 페인트, 자동차 페인트 등 다양한 산업 분야에서 널리 사용되는 속건성 보호 코팅의 일종입니다. 바닥 페인트로 사용하면 보도, 연석 및 주차장과 같이 발과 고무 바퀴가 많이 다니는 구역에 사용할 수 있습니다.

품질 관리를 위한 스크래치 및 마모 테스트의 중요성

전통적으로 테이버 마모 테스트는 ASTM D4060 표준에 따라 아크릴 우레탄 바닥 페인트의 내마모성을 평가하기 위해 수행되었습니다. 그러나 표준에 언급된 바와 같이 "일부 재료의 경우, 테이버 연마기를 사용한 마모 테스트는 테스트 중 휠의 연마 특성 변화로 인해 편차가 발생할 수 있습니다."1 이로 인해 테스트 결과의 재현성이 떨어지고 다른 실험실에서 보고된 값을 비교하기 어려울 수 있습니다. 또한 테이퍼 마모 테스트에서 내마모성은 지정된 마모 사이클 횟수에서 무게의 손실로 계산됩니다. 그러나 아크릴 우레탄 바닥 페인트의 권장 건조막 두께는 37.5-50 μm2입니다.

테이버 연마기의 공격적인 마모 공정은 아크릴 우레탄 코팅을 빠르게 마모시키고 기판에 질량 손실을 일으켜 페인트 중량 손실 계산에 상당한 오류를 초래할 수 있습니다. 마모 테스트 중 페인트에 연마 입자를 주입하는 것도 오류의 원인이 됩니다. 따라서 페인트의 재현 가능한 마모 평가를 보장하려면 잘 제어되고 정량화 가능하며 신뢰할 수 있는 측정이 중요합니다. 또한 스크래치 테스트 를 사용하면 실제 응용 분야에서 조기에 접착/응집력 실패를 감지할 수 있습니다.

측정 목표

본 연구에서는 NANOVEA를 소개합니다. 트라이보미터 그리고 기계 테스터 산업용 코팅의 평가 및 품질 관리에 이상적입니다.

다양한 탑코트가 있는 아크릴 우레탄 바닥 페인트의 마모 과정은 나노베아 트라이보미터를 사용하여 제어 및 모니터링 방식으로 시뮬레이션됩니다. 마이크로 스크래치 테스트는 페인트의 응집력 또는 접착력 실패를 유발하는 데 필요한 하중을 측정하는 데 사용됩니다.

소형 공압 트라이보미터 T100
나노비아 T100

컴팩트 공압 트라이보미터

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나노비아 PB1000

대형 플랫폼 기계 테스터

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테스트 절차

이 연구에서는 내구성을 향상시키기 위해 첨가제 배합에 약간의 변화를 주면서 동일한 프라이머(베이스 코트)와 동일한 포뮬러의 다른 탑코트를 가진 시판되는 4가지 수성 아크릴 바닥 코팅제를 평가합니다. 이 네 가지 코팅은 샘플 A, B, C 및 D로 식별됩니다.

착용 테스트

NANOVEA 마찰계는 마찰계수, COF, 내마모성과 같은 마찰학적 거동을 평가하기 위해 적용되었습니다. SS440 볼 팁(직경 6mm, 등급 100)을 테스트된 페인트에 적용했습니다. COF는 현장에서 기록되었습니다. 마모율 K는 공식 K=V/(F×s)=A/(F×n)을 사용하여 평가되었으며, 여기서 V는 마모량, F는 일반 하중, s는 슬라이딩 거리, A는 마모 트랙의 단면적, n은 회전수입니다. 표면 거칠기와 마모 트랙 프로파일은 NANOVEA에 의해 평가되었습니다. 광학 프로파일로미터, 마모 트랙 형태는 광학 현미경을 사용하여 검사되었습니다.

마모 테스트 매개변수

일반 힘

20 N

속도

15m/분

테스트 기간

100, 150, 300 및 800 사이클

스크래치 테스트

마이크로 스크래치 테스터 모드를 사용하여 페인트 샘플에 대한 점진적 하중 스크래치 테스트를 수행하기 위해 로크웰 C 다이아몬드 스타일러스(반경 200μm)가 장착된 나노베아 기계식 테스터를 사용했습니다. 두 가지 최종 하중이 사용되었습니다: 프라이머로부터 페인트 박리를 조사하기 위한 최종 하중 5N과 금속 기판으로부터 프라이머 박리를 조사하기 위한 최종 하중 35N이 사용되었습니다. 결과의 재현성을 보장하기 위해 각 샘플에 대해 동일한 테스트 조건에서 세 번의 테스트를 반복했습니다.

전체 스크래치 길이의 파노라마 이미지가 자동으로 생성되고 시스템 소프트웨어에 의해 임계 고장 위치가 적용된 하중과 상호 연관되었습니다. 이 소프트웨어 기능을 통해 사용자는 스크래치 테스트 직후 현미경으로 임계 하중을 결정할 필요 없이 언제든지 스크래치 트랙에 대한 분석을 수행할 수 있습니다.

스크래치 테스트 매개변수

로드 유형프로그레시브
초기 로드0.01mN
최종 로드5 N / 35 N
로딩 속도10 / 70 N/min
스크래치 길이3mm
스크래칭 속도, dx/dt6.0mm/분
들여쓰기 기하학120º 콘
들여쓰기 재료(팁)다이아몬드
들여쓰기 팁 반경200 μm

마모 테스트 결과

마모 변화를 모니터링하기 위해 각 샘플에 대해 다양한 회전 수(100, 150, 300, 800 사이클)로 4번의 핀 온 디스크 마모 테스트를 수행했습니다. 마모 테스트를 수행하기 전에 표면 거칠기를 정량화하기 위해 나노베아 3D 비접촉 프로파일러로 샘플의 표면 형태를 측정했습니다. 모든 샘플의 표면 거칠기는 그림 1에 표시된 것처럼 약 1μm로 비슷했습니다. 그림 2와 같이 마모 테스트가 진행되는 동안 COF는 현장에서 기록되었습니다. 그림 4는 100, 150, 300, 800 사이클 후 마모 트랙의 변화를 보여주며, 그림 3은 마모 과정의 여러 단계에서 다양한 샘플의 평균 마모율을 요약한 것입니다.

 

다른 세 샘플의 COF 값이 ~0.07인 것과 비교하면, 샘플 A는 처음에 ~0.15로 훨씬 높은 COF를 보이다가 점차 증가하여 300회 마모 사이클 후 ~0.3에서 안정화됩니다. 이러한 높은 COF는 마모 과정을 가속화하고 그림 4에 표시된 바와 같이 상당한 양의 페인트 잔해를 생성합니다(샘플 A의 탑코트는 처음 100회 회전에서 제거되기 시작함). 그림 3에서 볼 수 있듯이, 샘플 A는 처음 300회 동안 ~5μm2/N의 가장 높은 마모율을 나타내며, 금속 기판의 내마모성이 향상되어 ~3.5μm2/N으로 약간 감소합니다. 샘플 C의 탑코트는 그림 4에 표시된 것처럼 150회 마모 사이클 후에 실패하기 시작하며, 이는 그림 2에서 COF의 증가로도 알 수 있습니다.

 

이에 비해 샘플 B와 샘플 D는 향상된 마찰 특성을 보여줍니다. 샘플 B는 전체 테스트 기간 동안 낮은 COF를 유지하며, COF가 ~0.05에서 ~0.1로 약간 증가합니다. 이러한 윤활 효과는 내마모성을 크게 향상시켜 800회 마모 사이클 후에도 탑코트가 여전히 밑에 있는 프라이머에 우수한 보호 기능을 제공합니다. 800 사이클에서 샘플 B의 평균 마모율은 ~0.77 μm2/N에 불과한 최저치를 기록했습니다. 샘플 D의 탑코트는 375 사이클 후에 박리되기 시작하는데, 이는 그림 2의 갑작스러운 COF 증가에 반영되어 있습니다. 샘플 D의 평균 마모율은 800 사이클에서 ~1.1 μm2/N입니다.

 

기존의 테이버 마모 측정과 비교하여 나노베아 트라이보미터는 상업용 바닥/자동차 페인트의 재현 가능한 평가 및 품질 관리를 보장하는 잘 제어되고 정량화되고 신뢰할 수 있는 마모 평가를 제공합니다. 또한, 현장 COF 측정 기능을 통해 사용자는 마모 공정의 여러 단계를 COF의 변화와 연관시킬 수 있으며, 이는 다양한 페인트 코팅의 마모 메커니즘 및 마찰 특성에 대한 근본적인 이해를 향상시키는 데 매우 중요합니다.

그림 1: 페인트 샘플의 3D 형태 및 거칠기.

그림 2: 핀 온 디스크 테스트 중 COF.

그림 3: 다양한 페인트의 마모율의 진화.

그림 4: 핀 온 디스크 테스트 중 마모 트랙의 진화.

스크래치 테스트 결과

그림 5는 샘플 A의 스크래치 길이에 따른 정상 힘, 마찰력 및 실제 깊이의 플롯을 예로 들어 보여줍니다. 옵션으로 제공되는 음향 방출 모듈을 설치하면 더 많은 정보를 얻을 수 있습니다. 정상 하중이 선형적으로 증가함에 따라 압흔 팁은 실제 깊이의 점진적인 증가에 반영되어 테스트 샘플에 점차적으로 가라 앉습니다. 마찰력 및 실제 깊이 곡선의 기울기 변화는 코팅 실패가 발생하기 시작한다는 의미 중 하나로 사용할 수 있습니다.

그림 5: 스크래치 길이의 함수로서의 정상 힘, 마찰력 및 실제 깊이 최대 하중이 5N인 샘플 A의 스크래치 테스트.

그림 6과 그림 7은 각각 최대 하중 5N과 35N으로 테스트한 네 가지 페인트 샘플 모두의 전체 스크래치를 보여줍니다. 샘플 D는 프라이머를 박리하기 위해 50N의 더 높은 하중이 필요했습니다. 5N 최종 하중에서의 스크래치 테스트(그림 6)는 상단 페인트의 응집력/접착력 실패를 평가하고, 35N에서의 테스트(그림 7)는 프라이머의 박리를 평가합니다. 현미경 사진의 화살표는 상단 코팅 또는 프라이머가 프라이머 또는 기판에서 완전히 제거되기 시작하는 지점을 나타냅니다. 이 시점의 하중을 임계 하중(Lc)이라고 하며, 표 1에 요약된 대로 페인트의 응집력 또는 접착 특성을 비교하는 데 사용됩니다.

 

페인트 박리 시 4.04N, 프라이머 박리 시 36.61N의 가장 높은 Lc 값을 나타내는 페인트 샘플 D가 계면 접착력이 가장 우수하다는 것이 분명합니다. 샘플 B는 두 번째로 우수한 스크래치 저항성을 보여줍니다. 스크래치 분석 결과, 페인트 포뮬러의 최적화가 아크릴 바닥 페인트의 기계적 거동, 더 구체적으로는 스크래치 저항성과 접착 특성에 매우 중요하다는 것을 알 수 있습니다.

표 1: 임계 부하 요약.

그림 6: 최대 하중 5N의 전체 스크래치 현미경 사진.

그림 7: 최대 하중 35N의 전체 스크래치 현미경 사진.

결론

기존의 테이버 마모 측정과 비교했을 때, 나노베아 메카니컬 테스터와 트라이보미터는 상업용 바닥 및 자동차 코팅의 평가 및 품질 관리를 위한 탁월한 도구입니다. 스크래치 모드의 나노베아 메카니컬 테스터는 코팅 시스템의 접착/응집력 문제를 감지할 수 있습니다. 나노베아 트라이보미터는 페인트의 내마모성 및 마찰 계수에 대해 잘 제어되고 정량화 및 반복 가능한 마찰학적 분석을 제공합니다.

 

이 연구에서 테스트한 수성 아크릴 바닥 코팅에 대한 종합적인 마찰 및 기계적 분석에 따르면, 샘플 B가 가장 낮은 COF 및 마모율과 두 번째로 우수한 스크래치 저항성을 보였으며, 샘플 D는 가장 우수한 스크래치 저항성과 두 번째로 우수한 내마모성을 나타냈습니다. 이 평가를 통해 다양한 적용 환경의 요구 사항에 맞는 최적의 후보를 평가하고 선택할 수 있습니다.

 

나노베아 기계식 시험기의 나노 및 마이크로 모듈은 모두 ISO 및 ASTM을 준수하는 압흔, 스크래치 및 마모 시험기 모드를 포함하고 있어 단일 모듈에서 페인트 평가에 사용할 수 있는 가장 광범위한 테스트를 제공합니다. 나노베아 트라이보미터는 ISO 및 ASTM을 준수하는 회전 및 선형 모드를 사용하여 정밀하고 반복 가능한 마모 및 마찰 테스트를 제공하며, 하나의 사전 통합된 시스템에서 고온 마모, 윤활 및 트리보 부식 모듈을 옵션으로 사용할 수 있습니다. 나노베아의 탁월한 제품군은 경도, 영 계수, 파괴 인성, 접착력, 내마모성 등 얇거나 두꺼운, 연질 또는 경질 코팅, 필름 및 기판의 모든 기계적/ 마찰학적 특성을 측정하는 데 이상적인 솔루션입니다. 옵션으로 제공되는 나노베아 비접촉식 광학 프로파일러는 거칠기와 같은 기타 표면 측정 외에도 스크래치 및 마모 트랙의 고해상도 3D 이미징을 위해 사용할 수 있습니다.

이제 애플리케이션에 대해 이야기해 보겠습니다.

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질화 티타늄 코팅 스크래치 테스트

품질 관리 검사

작성자

DUANJIE LI, PhD

소개

높은 경도, 우수한 내마모성, 내식성 및 불활성의 조합으로 인해 질화 티타늄(TiN)은 다양한 산업 분야의 금속 부품에 이상적인 보호 코팅입니다. 예를 들어 TiN 코팅의 모서리 유지력과 내식성은 면도날, 금속 절단기, 사출 금형 및 톱과 같은 공작 기계의 작업 효율을 크게 높이고 수명을 연장할 수 있습니다. 높은 경도, 불활성 및 무독성 덕분에 TiN은 임플란트 및 수술 기구를 포함한 의료 기기에 적용하기에 매우 적합합니다.

TiN 코팅 스크래치 테스트의 중요성

보호용 PVD/CVD 코팅의 잔류 응력은 코팅된 부품의 성능과 기계적 무결성에 중요한 역할을 합니다. 잔류 응력은 성장 응력, 열 구배, 기하학적 제약, 서비스 응력¹ 등 몇 가지 주요 원인에서 비롯됩니다. 고온에서 코팅 증착 시 발생하는 코팅과 기판 사이의 열팽창 불일치는 높은 열 잔류 응력을 유발합니다. 또한 TiN 코팅 공구는 드릴 비트 및 베어링과 같이 매우 높은 응력이 집중된 환경에서 사용되는 경우가 많습니다. 따라서 보호 기능성 코팅의 응집력과 접착력을 정량적으로 검사할 수 있는 신뢰할 수 있는 품질 관리 프로세스를 개발하는 것이 매우 중요합니다.

[1] V. 테이세이라, 진공 64 (2002) 393-399.

측정 목표

본 연구에서는 NANOVEA를 소개합니다. 기계 테스터 스크래치 모드는 제어된 정량적 방식으로 보호용 TiN 코팅의 응집력/접착력을 평가하는 데 이상적입니다.

나노비아

PB1000

자세히 알아보기
나노 인덴터 및 스크래치 테스터 나노베아 PB1000

테스트 조건

나노베아 PB1000 기계식 테스터는 코팅을 수행하는 데 사용되었습니다. 스크래치 테스트 를 아래에 요약된 것과 동일한 테스트 매개변수를 사용하여 세 가지 TiN 코팅에 적용했습니다:

로딩 모드: 프로그레시브 리니어

초기 로드

0.02 N

최종 로드

10 N

로딩 속도

20 N/min

스크래치 길이

5mm

들여쓰기 유형

구형-원뿔형

다이아몬드, 반경 20μm

결과 및 토론

그림 1은 테스트 중 침투 깊이, 마찰 계수(COF) 및 음향 방출의 기록된 변화를 보여줍니다. TiN 샘플의 전체 마이크로 스크래치 트랙은 그림 2에 나와 있습니다. 다양한 임계 하중에서의 고장 거동은 그림 3에 표시되어 있으며, 임계 하중 Lc1은 스크래치 트랙에서 응집 균열의 첫 징후가 발생하는 하중으로 정의되고, Lc2는 반복적인 박리 고장이 발생하는 하중으로, Lc3은 코팅이 기판에서 완전히 제거되는 하중으로 정의됩니다. TiN 코팅의 임계 하중(Lc) 값은 그림 4에 요약되어 있습니다.

침투 깊이, COF 및 음향 방출의 변화는 이 연구에서 임계 하중으로 대표되는 여러 단계에서의 코팅 실패 메커니즘에 대한 통찰력을 제공합니다. 스크래치 테스트 중에 샘플 A와 샘플 B가 비슷한 거동을 보이는 것을 관찰할 수 있습니다. 코팅 스크래치 테스트 초기에 일반 하중이 선형적으로 증가함에 따라 스타일러스가 샘플에 ~0.06mm 깊이까지 점진적으로 침투하고 COF는 ~0.3까지 점차 증가합니다. 3.3N의 Lc1에 도달하면 칩핑 실패의 첫 번째 징후가 발생합니다. 이는 침투 깊이, COF 및 음향 방출 플롯의 첫 번째 큰 스파이크에도 반영됩니다. 하중이 ~3.8N의 Lc2까지 계속 증가함에 따라 침투 깊이, COF 및 음향 방출의 추가 변동이 발생합니다. 스크래치 트랙의 양쪽에서 지속적인 박리 실패를 관찰할 수 있습니다. Lc3에서는 스타일러스가 가하는 높은 압력으로 인해 코팅이 금속 기판에서 완전히 박리되어 기판이 노출되고 보호되지 않은 상태로 남게 됩니다.

이에 비해 샘플 C는 코팅 스크래치 테스트의 여러 단계에서 더 낮은 임계 하중을 나타내며, 이는 코팅 스크래치 테스트 중 침투 깊이, 마찰 계수(COF) 및 음향 방출의 변화에도 반영됩니다. 샘플 C는 샘플 A 및 샘플 B에 비해 상단 TiN 코팅과 금속 기판 사이의 계면에서 경도가 낮고 응력이 높은 접착 중간층을 가지고 있습니다.

이 연구는 코팅 시스템의 품질에 있어 적절한 기판 지지대와 코팅 아키텍처가 얼마나 중요한지 보여줍니다. 중간층이 강할수록 높은 외부 하중과 집중 응력 하에서 변형에 더 잘 견딜 수 있으므로 코팅/기판 시스템의 응집력 및 접착 강도가 향상됩니다.

그림 1: TiN 샘플의 투과 깊이, COF 및 음향 방출의 진화.

그림 2: 테스트 후 TiN 코팅의 전체 스크래치 트랙.

그림 3: 다양한 임계 하중 하에서 TiN 코팅 실패, Lc.

그림 4: TiN 코팅의 임계 하중(Lc) 값 요약.

결론

이 연구에서는 나노베아 PB1000 기계식 테스터가 제어되고 면밀히 모니터링되는 방식으로 TiN 코팅 샘플에 대해 신뢰할 수 있고 정확한 스크래치 테스트를 수행한다는 것을 보여주었습니다. 스크래치 측정을 통해 사용자는 일반적인 응집력 및 접착 코팅 실패가 발생하는 임계 하중을 신속하게 식별할 수 있습니다. 키사이트의 기기는 코팅의 내재적 품질과 코팅/기판 시스템의 계면 무결성을 정량적으로 검사하고 비교할 수 있는 우수한 품질 관리 도구입니다. 적절한 중간층을 가진 코팅은 높은 외부 하중과 집중 응력 하에서 큰 변형을 견딜 수 있고 코팅/기판 시스템의 응집력과 접착력을 향상시킬 수 있습니다.

나노베아 기계식 테스터의 나노 및 마이크로 모듈은 모두 ISO 및 ASTM을 준수하는 압입, 스크래치 및 마모 테스터 모드를 포함하여 단일 시스템에서 사용할 수 있는 가장 광범위하고 사용자 친화적인 범위의 테스트를 제공합니다. NANOVEA의 탁월한 범위는 경도, 영 계수, 파괴 인성, 접착력, 내마모성 등을 포함하여 얇거나 두꺼운, 연질 또는 경질 코팅, 필름 및 기판의 모든 기계적 특성을 측정하는 데 이상적인 솔루션입니다.

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골드 코팅의 접착 특성

석영 크리스탈 기판에서

작성자

DUANJIE LI, 박사

소개

쿼츠 크리스탈 마이크로밸런스(QCM)는 나노그램 범위의 작은 질량을 정밀하게 측정할 수 있는 매우 민감한 질량 센서입니다. QCM은 플레이트 양쪽에 부착된 두 개의 전극으로 석영 결정의 공진 주파수 변화를 감지하여 표면의 질량 변화를 측정합니다. 극히 작은 무게도 측정할 수 있어 질량, 흡착, 밀도, 부식 등의 변화를 감지하고 모니터링하는 다양한 연구 및 산업 기기의 핵심 구성 요소로 사용됩니다.

QCM을 위한 스크래치 테스트의 중요성

매우 정확한 장치인 QCM은 질량 변화를 0.1 나노그램까지 측정합니다. 석영 플레이트에서 전극의 질량 손실이나 박리는 석영 결정에 의해 감지되어 상당한 측정 오류를 유발합니다. 따라서 전극 코팅의 본질적인 품질과 코팅/기판 시스템의 계면 무결성은 정확하고 반복 가능한 질량 측정을 수행하는 데 필수적인 역할을 합니다. 마이크로 스크래치 테스트는 고장이 나타나는 임계 하중의 비교를 기반으로 코팅의 상대적 응집력 또는 접착 특성을 평가하기 위해 널리 사용되는 비교 측정입니다. QCM의 신뢰할 수 있는 품질 관리를 위한 탁월한 도구입니다.

측정 목표

이 애플리케이션에서는 나노비아 기계 테스터, 마이크로 스크래치 모드에서는 QCM 샘플의 석영 기판에 있는 금 코팅의 응집력 및 접착 강도를 평가하는 데 사용됩니다. 우리는 그 능력을 보여주고 싶습니다. 나노비아 기계식 테스터는 높은 정밀도와 반복성으로 섬세한 시료에 대한 미세 스크래치 테스트를 수행합니다.

나노비아

PB1000

나노 인덴터 및 스크래치 테스터 나노베아 PB1000
테스트 조건

The 나노비아 PB1000 기계식 테스터를 사용하여 아래에 요약된 테스트 매개변수를 사용하여 QCM 샘플에 대한 미세 스크래치 테스트를 수행했습니다. 결과의 재현성을 보장하기 위해 세 번의 스크래치를 수행했습니다.

로드 유형: 프로그레시브

초기 로드

0.01 N

최종 로드

30 N

분위기: 공기 24°C

슬라이딩 속도

2mm/min

슬라이딩 거리

2mm

결과 및 토론

QCM 샘플의 전체 마이크로 스크래치 트랙은 다음과 같습니다. 그림 1. 다양한 임계 부하에서의 고장 동작은 그림 2에 표시되어 있습니다.에서 임계 하중, LC1 는 스크래치 트랙에서 접착 실패의 첫 징후가 발생하는 하중으로 정의되며, LC2 은 반복적인 접착 실패가 발생하는 하중이며, LC3 는 코팅이 기판에서 완전히 제거되는 하중입니다. L에서 칩핑이 거의 발생하지 않는 것을 관찰할 수 있습니다.C1 코팅 실패의 첫 징후인 11.15N을 초과합니다. 

마이크로 스크래치 테스트 동안 정상 하중이 계속 증가함에 따라 L 후 반복적인 접착 실패가 발생합니다.C2 의 16.29 N. LC3 19.09N에 도달하면 코팅이 석영 기판에서 완전히 박리됩니다. 이러한 임계 하중은 코팅의 응집력과 접착력을 정량적으로 비교하고 대상 응용 분야에 가장 적합한 후보를 선택하는 데 사용할 수 있습니다.

그림 1: QCM 샘플의 전체 마이크로 스크래치 트랙.

그림 2: 다양한 임계 부하에서 마이크로 스크래치 트랙.

그림 3 은 미세 스크래치 테스트 중 코팅 실패 진행에 대한 더 많은 통찰력을 제공할 수 있는 마찰 계수 및 깊이의 변화를 플롯합니다.

그림 3: 마이크로 스크래치 테스트 중 COF와 깊이의 진화.

결론

이 연구에서 우리는 나노비아 기계적 테스터는 QCM 샘플에 대해 신뢰할 수 있고 정확한 마이크로 스크래치 테스트를 수행합니다. 제어되고 면밀히 모니터링되는 방식으로 선형적으로 증가된 하중을 가함으로써 스크래치 측정을 통해 사용자는 일반적인 응집력 및 접착 코팅 실패가 발생하는 임계 하중을 식별할 수 있습니다. 또한 코팅의 본질적인 품질과 코팅/기판 시스템의 계면 무결성을 정량적으로 평가하고 비교할 수 있는 우수한 도구를 제공하여 QCM에 적합합니다.

나노, 마이크로 또는 매크로 모듈의 나노비아 기계식 테스터에는 모두 ISO 및 ASTM 준수 압흔, 스크래치 및 마모 테스터 모드가 포함되어 있어 단일 시스템에서 가장 광범위하고 사용자 친화적인 테스트 범위를 제공합니다. 나노비아의 탁월한 제품군은 경도, 영 계수, 파괴 인성, 접착력, 내마모성 등 얇거나 두꺼운, 연질 또는 경질 코팅, 필름 및 기판의 모든 기계적 특성을 측정하는 데 이상적인 솔루션입니다.

또한 옵션으로 제공되는 3D 비접촉 프로파일러와 AFM 모듈을 사용하면 거칠기, 휨과 같은 기타 표면 측정 외에도 압흔, 스크래치 및 마모 트랙의 고해상도 3D 이미징을 수행할 수 있습니다.

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구리선의 마모 및 스크래치 평가의 중요성

구리는 전자석과 전신이 발명된 이래 전기 배선에 사용된 오랜 역사를 가지고 있습니다. 구리선은 내식성, 납땜성, 최대 150°C의 고온에서의 성능 덕분에 패널, 계량기, 컴퓨터, 업무용 기계 및 가전제품과 같은 다양한 전자 장비에 적용됩니다. 채굴된 구리의 약 절반이 전선 및 케이블 도체 제조에 사용됩니다.

구리선 표면 품질은 애플리케이션 서비스 성능과 수명에 매우 중요합니다. 전선의 미세한 결함은 과도한 마모, 균열 시작 및 전파, 전도도 감소, 납땜성 부적합으로 이어질 수 있습니다. 구리선의 적절한 표면 처리는 와이어 드로잉 중에 발생하는 표면 결함을 제거하여 부식, 스크래치 및 내마모성을 개선합니다. 구리선을 사용하는 많은 항공우주 애플리케이션은 예기치 않은 장비 고장을 방지하기 위해 제어된 동작이 필요합니다. 구리선 표면의 내마모성과 내스크래치성을 적절히 평가하기 위해서는 정량화되고 신뢰할 수 있는 측정이 필요합니다.

 
 

 

측정 목표

이 애플리케이션에서는 다양한 구리선 표면 처리의 제어된 마모 프로세스를 시뮬레이션합니다. 스크래치 테스트 처리된 표면층에 파손을 일으키는 데 필요한 하중을 측정합니다. 이번 연구에서는 Nanovea를 소개합니다. 트라이보미터 그리고 기계 테스터 전선의 평가 및 품질 관리를 위한 이상적인 도구입니다.

 

 

테스트 절차 및 방법

구리 와이어(와이어 A 및 와이어 B)에 대한 두 가지 다른 표면 처리의 마찰 계수(COF)와 내마모성은 선형 왕복 마모 모듈을 사용하는 Nanovea 마찰계로 평가되었습니다. Al2O₃ 볼(직경 6mm)이 이 응용 분야에 사용되는 카운터 재료입니다. 마모 트랙은 Nanovea를 사용하여 검사되었습니다. 3D 비접촉 프로파일로미터. 테스트 매개변수는 표 1에 요약되어 있습니다.

이 연구에서는 카운터 재료로 매끄러운 Al₂O₃ 볼을 예로 사용했습니다. 실제 적용 상황을 시뮬레이션하기 위해 맞춤형 픽스처를 사용하여 모양과 표면 마감이 다른 모든 고체 소재를 적용할 수 있습니다.

 

 

로크웰 C 다이아몬드 스타일러스(반경 100μm)가 장착된 나노베아의 기계식 테스터는 마이크로 스크래치 모드를 사용하여 코팅된 전선에 대해 프로그레시브 하중 스크래치 테스트를 수행했습니다. 스크래치 테스트 파라미터와 팁 형상은 표 2에 나와 있습니다.
 

 

 

 

결과 및 토론

구리선의 마모:

그림 2는 마모 테스트 중 구리선의 COF 변화를 보여줍니다. 와이어 A는 마모 테스트 내내 ~0.4의 안정적인 COF를 보이는 반면, 와이어 B는 처음 100회전 동안 ~0.35의 COF를 보이다가 점차 ~0.4까지 증가합니다.

 

그림 3은 테스트 후 구리선의 마모 트랙을 비교한 것입니다. 나노비아의 3D 비접촉식 프로파일로미터는 마모 트랙의 세부적인 형태에 대한 탁월한 분석을 제공했습니다. 마모 메커니즘에 대한 근본적인 이해를 제공함으로써 마모 트랙의 양을 직접적이고 정확하게 측정할 수 있습니다. 와이어 B의 표면은 600회 회전 마모 테스트 후 상당한 마모 트랙 손상을 입었습니다. 프로파일로미터 3D 뷰는 와이어 B의 표면 처리층이 완전히 제거되어 마모 과정이 상당히 빨라진 것을 보여줍니다. 이로 인해 구리 기판이 노출된 와이어 B에 평평한 마모 트랙이 남았습니다. 이로 인해 B 와이어가 사용되는 전기 장비의 수명이 크게 단축될 수 있습니다. 이에 비해 전선 A는 표면에 얕은 마모 트랙이 나타나 비교적 가벼운 마모를 보였습니다. 전선 A의 표면 처리된 층은 동일한 조건에서 전선 B의 층처럼 제거되지 않았습니다.

구리선 표면의 스크래치 방지:

그림 4는 테스트 후 전선의 스크래치 트랙을 보여줍니다. 전선 A의 보호층은 매우 우수한 스크래치 저항성을 보여줍니다. 이 전선은 ~12.6N의 하중에서 박리된 반면, B 전선의 보호층은 ~1.0N의 하중에서 박리되었습니다. 이러한 전선의 스크래치 저항성에 대한 상당한 차이는 전선 A의 내마모성이 상당히 향상된 마모 성능에 영향을 미칩니다. 그림 5에 표시된 스크래치 테스트 중 정상 힘, COF 및 깊이의 변화는 테스트 중 코팅 실패에 대한 더 많은 통찰력을 제공합니다.

결론

이 대조 연구에서는 표면 처리된 구리선의 내마모성을 정량적으로 평가하는 나노베아의 트라이보미터와 구리선의 스크래치 저항성을 신뢰성 있게 평가하는 나노베아의 기계식 테스터를 선보였습니다. 와이어 표면 처리는 와이어의 수명 동안 트라이보-기계적 특성에 중요한 역할을 합니다. 와이어 A의 적절한 표면 처리는 거친 환경에서 전선의 성능과 수명에 중요한 마모 및 긁힘 저항성을 크게 향상시킵니다.

나노베아의 트라이보미터는 ISO 및 ASTM을 준수하는 회전 및 선형 모드를 사용하여 정밀하고 반복 가능한 마모 및 마찰 테스트를 제공하며, 하나의 사전 통합된 시스템에서 고온 마모, 윤활 및 트리보 부식 모듈을 옵션으로 사용할 수 있습니다. 나노비아의 독보적인 제품군은 얇거나 두꺼운, 연질 또는 경질 코팅, 필름 및 기판의 모든 마찰 특성을 측정하는 데 이상적인 솔루션입니다.

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]]> 소개:

재료의 표면 공학은 장식적인 외관부터 마모, 부식 및 기타 형태의 공격으로부터 기판을 보호하는 것까지 다양한 기능적 응용 분야에서 중요한 역할을 합니다. 코팅의 품질과 서비스 수명을 결정하는 중요하고 가장 중요한 요소는 응집력과 접착력입니다.

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]]> 소개 :

코팅은 기능적 특성으로 인해 다양한 산업 분야에서 널리 사용됩니다. 코팅의 경도, 내식성, 낮은 마찰, 높은 내마모성 등은 코팅을 중요하게 만드는 많은 특성 중 일부에 불과합니다. 이러한 특성을 정량화하는 데 일반적으로 사용되는 방법은 스크래치 테스트이며, 이를 통해 코팅의 접착 및/또는 응집 특성을 반복적으로 측정할 수 있습니다. 고장이 발생하는 임계 하중을 비교하여 코팅의 고유한 특성을 평가할 수 있습니다.

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폴리카보네이트 렌즈에 대해 더 자세히 알아보기 자세히 알아보기
 
폴리카보네이트 렌즈는 일반적으로 많은 광학 애플리케이션에 사용됩니다. 내충격성이 높고 무게가 가벼우며 대량 생산 비용이 저렴하기 때문에 다양한 애플리케이션에서 기존 유리보다 실용적입니다[1]. 이러한 응용 분야 중 일부는 플라스틱을 사용하지 않으면 충족하기 어려운 안전성(예: 보안경), 복잡성(예: 프레넬 렌즈) 또는 내구성(예: 신호등 렌즈) 기준을 필요로 합니다. 충분한 광학 품질을 유지하면서 많은 요구 사항을 저렴하게 충족할 수 있는 능력 덕분에 플라스틱 렌즈는 해당 분야에서 두각을 나타내고 있습니다. 폴리카보네이트 렌즈에도 한계가 있습니다. 소비자의 주요 관심사는 쉽게 긁힐 수 있다는 점입니다. 이를 보완하기 위해 스크래치 방지 코팅을 적용하기 위해 추가 공정을 수행할 수 있습니다. 나노비아는 세 가지 계측 장비를 활용하여 플라스틱 렌즈의 몇 가지 중요한 특성을 살펴봅니다: 프로파일 미터, 트라이보미터및 기계 테스터.   자세히 보려면 클릭하세요!

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