Co robi scratch tester
Scratch tester odpowiada na praktyczne pytanie: jakie obciążenie wytrzyma powierzchnia z powłoką, zanim ulegnie uszkodzeniu, i w jaki sposób się zniszczy? Przesuwa ostrze po powierzchni pod kontrolowanym obciążeniem normalnym, rejestruje odpowiedź, a następnie obrazuje rysę, aby każde zniszczenie zlokalizować i przypisać mu obciążenie. W ten sposób kwalifikuje się twarde powłoki narzędzi, lakiery i lakiery bezbarwne, optyczne i elektroniczne cienkie warstwy, powłoki polimerowe i powłoki wyrobów medycznych.
Ponieważ wynikiem jest obciążenie, przy którym następuje określone zniszczenie, test zarysowania jest szybki i łatwy do porównania między próbkami, procesami lub dostawcami. Dlatego stosuje się go zarówno przy opracowywaniu powłok, jak i w kontroli jakości produkcji.
Jak działa instrumentalny scratch tester
- Próbkę ustawia się pod ostrzem za pomocą zintegrowanego mikroskopu wideo.
- Opcjonalny skan wstępny przy bardzo małym obciążeniu rejestruje profil powierzchni wzdłuż przyszłej rysy.
- Ostrze przesuwa się na zadaną długość, podczas gdy przykładane jest obciążenie normalne: rosnące liniowo w teście progresywnym albo stałe.
- Głębokość penetracji, tarcie i emisja akustyczna są rejestrowane w sposób ciągły.
- Skan końcowy przy małym obciążeniu daje głębokość resztkową. W porównaniu ze skanem wstępnym i głębokością penetracji oddziela ona powrót sprężysty od odkształcenia trwałego (True Depth, patent europejski nr 0663068).
- Śledzący widok powiększony obrazuje całą rysę; każde zniszczenie jest lokalizowane i przeliczane na obciążenie krytyczne.
Rodzaje testów zarysowania
- Obciążenie narastające: obciążenie rośnie liniowo wzdłuż rysy. W jednym przejściu daje obciążenia krytyczne zniszczenia kohezyjnego (pękanie, odpryski) i zniszczenia adhezyjnego (rozwarstwienie) wg ASTM C1624, ISO 20502 lub ASTM D7027.
- Obciążenie stałe: obciążenie jest stałe. Stosuje się je do twardości zarysowania wg ASTM G171, odporności na mar i sprawdzania jednorodności powierzchni.
- Wieloprzejściowe i posuwisto-zwrotne: ostrze wielokrotnie przechodzi tą samą ścieżką przy obciążeniu poniżej krytycznego, co pokazuje, jak kumulują się uszkodzenia i ile przejść wytrzymuje powłoka. Zob. zużycie wieloprzejściowe.
Nano, mikro czy makro: wybór zakresu obciążeń
Właściwy scratch tester zależy od grubości i twardości powłoki. Zbyt duże obciążenie od razu przebija cienką warstwę; zbyt małe nigdy nie doprowadzi do zniszczenia twardej powłoki.
- Nanozarysowanie wykorzystuje aktuator piezoelektryczny, zakresy obciążeń od 80 mN do 4800 mN i cienkie ostrza, w opublikowanych badaniach o promieniu do 2 µm. Nadaje się do cienkich warstw, lakierów i powłok polimerowych oraz małych elementów, takich jak rozpórki stentów.
- Mikrozarysowanie wykorzystuje serwosilnik, zakresy obciążeń od 20 N do 400 N i ostrza Rockwella C lub sferyczno-stożkowe. Nadaje się do powłok azotkowych, DLC i innych twardych powłok, lakierów na metalu i powłok elektrod.
- Zarysowanie makro w tribometrze wykorzystuje ostrza o promieniu 200, 500 lub 800 µm dla grubych i bardzo twardych powłok, takich jak warstwy anodowe.
PB1000 ma jednocześnie moduły nano i mikro, więc układ powłokowy można zbadać w obu skalach bez przenoszenia próbki do innego urządzenia.
Na co zwrócić uwagę przy wyborze scratch testera
- Bezpośrednie obciążenie pionowe z niezależnymi czujnikami obciążenia i głębokości oraz regulacją obciążenia w pętli zamkniętej, dzięki czemu przyłożone obciążenie jest obciążeniem zmierzonym, bez wysięgnika ani punktu obrotu.
- Rozdzielczość i szum w potrzebnej skali. Moduły NANOVEA rejestrują obciążenie i głębokość z rozdzielczością 24 bitów, a emisję akustyczną w zakresie 150–400 kHz z czułością 0,005 aJ.
- Obrazowanie całej rysy, a nie tylko pojedynczych kadrów, aby każde zniszczenie można było zlokalizować i ponownie obejrzeć po badaniu.
- Pozycjonowanie i automatyzacja: badania wielu próbek o różnicy wysokości do 50 mm, mapowane serie rys i zapisane receptury dla powtarzalnej kontroli jakości.
- Środowiska: moduły wysokiej i niskiej temperatury, wilgotności i cieczy dla powłok pracujących na gorąco, na zimno lub na mokro.
- Indentacja w tym samym systemie, ponieważ twardość i moduł pomagają wyjaśnić, dlaczego powłoka niszczy się właśnie w danym miejscu.
Jak czytać wyniki testów zarysowania
Obciążenie krytyczne nie jest bezwzględną miarą adhezji. Oprócz samego wiązania zależy od promienia ostrza, szybkości obciążania, grubości powłoki, twardości podłoża i tarcia. Dlatego testy zarysowania są najbardziej przydatne jako porównania w identycznych, raportowanych warunkach: do szeregowania powłok, porównywania procesów osadzania i kontroli partii produkcyjnych. Dane o głębokości i głębokości resztkowej dodają to, czego same obrazy nie pokazują, na przykład jaka część odkształcenia była sprężysta i na jakiej głębokości powłoka uległa zniszczeniu.
