Co mówi badanie adhezji metodą zarysowania
Powłoka jest tak dobra, jak jej połączenie z podłożem. Twarde powłoki na narzędziach, farby na metalu, warstwy elektrod, powłoki wyrobów medycznych i warstwy optyczne zawodzą, gdy ulegają delaminacji. Badanie adhezji metodą zarysowania wywołuje zniszczenie w kontrolowany sposób i rejestruje obciążenie, przy którym ono następuje. To jedna z najczęściej stosowanych metod porównywania powłok i sprawdzania jakości ich nanoszenia.
Jak przebiega badanie
- Próbkę ustawia się pod wgłębnikiem za pomocą wbudowanego mikroskopu; dla małych elementów dokładność pozycjonowania sięga 0,25 µm.
- Wgłębnik styka się z powierzchnią i przesuwa się na zadanej długości, a obciążenie normalne rośnie liniowo od obciążenia początkowego do końcowego.
- Głębokość penetracji, tarcie i emisja akustyczna są rejestrowane w sposób ciągły. Skan przed i po zarysowaniu przy bardzo małym obciążeniu daje rzeczywistą i resztkową głębokość rysy.
- Cała rysa jest obrazowana, a każde zniszczenie lokalizowane i przeliczane na obciążenie krytyczne.
Powtarzane rysy w identycznych warunkach potwierdzają powtarzalność. Na PB1000 automatyzacja wielu rys wykonuje to samo badanie na wielu podobnych próbkach.
Odczytywanie kolejności zniszczeń
Rysa progresywna zwykle pokazuje sekwencję zniszczeń, z których każde ma swoje obciążenie krytyczne:
- Lc1: pierwsze uszkodzenie kohezyjne, np. pęknięcia lub drobne odpryski;
- Lc2: początek zniszczenia adhezyjnego, powłoka zaczyna się odspajać;
- Lc3: pełna delaminacja, podłoże jest odsłonięte wzdłuż śladu.
Badanie NANOVEA złota na kwarcu pokazuje klasyczną sekwencję: odpryski przy 11,15 N, powtarzające się zniszczenie adhezyjne po 16,29 N i pełną delaminację przy 19,09 N.
Od nano do mikro
Grubość i wytrzymałość powłoki decydują o zakresie obciążeń. Powłoki polimerowe na strutach stentów o szerokości ok. 100 µm wymagają nanozarysowania przy obciążeniach rzędu mN i cienkich końcówkach. NANOVEA zmierzyła pierwsze uszkodzenie przy ok. 14,5 mN i pełną delaminację przy ok. 78,1 mN. Powłoki azotkowe, farby na metalu i obróbki drutów wymagają mikrozarysowania przy obciążeniach rzędu N. Oba moduły montuje się na tym samym urządzeniu.
Dlaczego sygnały są ważne
Ocena optyczna pozostaje punktem odniesienia przy rozpoznawaniu zniszczenia, ale rejestrowane sygnały czynią interpretację wiarygodną. Tarcie często zmienia się, gdy wgłębnik przebija się do podłoża, głębokość wykazuje nagłe skoki przy odpryskach, a emisja akustyczna wychwytuje pękanie. W badaniu NANOVEA powłok TiN niższe obciążenia krytyczne słabszej powłoki były widoczne we wszystkich trzech sygnałach, a także na zdjęciach.
