用摩擦仪进行玻璃涂层湿度磨损测试
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自洁玻璃涂层创造了一个易于清洁的玻璃表面，防止污垢、灰尘和污点的堆积。它的自洁功能大大减少了清洁的频率、时间、能源和成本，使它成为各种住宅和商业应用的有吸引力的选择，如玻璃外墙、镜子、淋浴玻璃、窗户和挡风玻璃。
自清洁涂层的一个主要应用是摩天大楼的玻璃外墙的外表面。玻璃表面经常受到强风携带的高速颗粒的攻击。天气状况对玻璃涂层的使用寿命也起着重要作用。当旧的涂层失效时，对玻璃进行表面处理并涂上新的涂层是非常困难和昂贵的。因此，玻璃涂层的耐磨性在以下情况下是非常重要的。
不同的天气状况是关键。
为了模拟自清洁涂层在不同天气下的真实环境条件，需要在受控和监测的湿度下进行可重复的磨损评估。它允许用户正确地比较暴露在不同湿度下的自清洁涂层的耐磨性，并为目标应用选择最佳的候选者。
测量目标
在这项研究中，我们展示了 NANOVEA 配备湿度控制器的T100摩擦仪是研究自清洁玻璃涂层在不同湿度下的耐磨性的理想工具。
NANOVEA
T100
测试程序
钠钙玻璃显微镜载玻片被涂上了两种不同处理配方的自洁玻璃涂层。这两种涂层被确定为涂层1和涂层2。还测试了一个未涂层的裸玻璃载玻片作为比较。
NANOVEA 摩擦仪 配备湿度控制模块的自清洁玻璃涂层用于评估摩擦学行为，例如摩擦系数、COF 和耐磨性。将 WC 球头（直径 6 毫米）应用于测试样品。 COF 是现场记录的。连接到摩擦室的湿度控制器将相对湿度 (RH) 值精确控制在 ±1 % 范围内。磨损试验后，在光学显微镜下检查磨损轨迹形态。
在不同的湿度条件下，对有涂层和无涂层的玻璃进行了针尖对磁盘的磨损试验。
样品。如图所示，在磨损测试期间，COF被现场记录下来。 图1 和平均COF总结为 图2. 图4 比较了磨损试验后的磨损痕迹。
如图所示 图1在30% RH中，一旦开始滑动运动，未镀膜的玻璃就表现出很高的COF，约为0.45，在300转的磨损试验结束时，它逐渐增加到约0.6。与此相比，
涂层玻璃样品 涂层1和涂层2在测试开始时显示出低于0.2的低COF。COF
在测试的其余部分，涂层2的COF稳定在~0.25，而涂层1的COF在~0.25时急剧增加。
~250转，COF达到~0.5的值。当在60% RH中进行磨损试验时，其
在整个磨损测试中，未涂层的玻璃仍然显示出较高的COF值，约为0.45。涂层1和2显示的COF值分别为0.27和0.22。在90% RH中，未涂层的玻璃在磨损试验结束时拥有约0.5的高COF。涂层1和2在磨损试验开始时表现出可比的COF约为0.1。涂层1保持相对稳定的COF~0.15。然而，涂层2在约100转时失效，随后在磨损试验结束时，COF显著增加到约0.5。
自清洁玻璃涂层的低摩擦力是由它的低表面能引起的。它创造了一个非常高的静态
水接触角和低滚降角。它导致在90% RH的涂层表面形成小水滴，在显微镜下显示为 图3.当相对湿度值从30%增加到90%时，也导致涂层2的平均COF从~0.23下降到~0.15。
图1: 在不同的相对湿度下进行针盘试验时的摩擦系数。
图2: 在不同的相对湿度下进行的盘上针测试的平均COF。
图3: 在涂层玻璃表面形成小水滴。
图4 比较了在不同湿度下进行磨损试验后玻璃表面的磨损痕迹。涂层1在30%和60%的相对湿度下进行磨损试验后表现出轻微的磨损迹象。在90%相对湿度的测试后，它拥有一个大的磨损痕迹，与磨损测试期间COF的明显增加相一致。涂层2在干燥和潮湿的环境中进行磨损试验后，几乎没有磨损的迹象，而且在不同湿度的磨损试验中，它也表现出持续的低COF。良好的摩擦学性能和低表面能的结合使涂层2成为恶劣环境中自清洁玻璃涂层应用的良好候选者。相比之下，未涂层的玻璃在不同湿度下显示出较大的磨损痕迹和较高的COF，证明了自清洁涂层技术的必要性。
图4: 在不同的相对湿度下进行针盘测试后的磨损痕迹（200倍放大）。
NANOVEA T100摩擦仪是对不同湿度的自清洁玻璃涂层进行评估和质量控制的卓越工具。原位COF测量的能力使用户能够将磨损过程的不同阶段与COF的演变联系起来，这对于提高对玻璃涂层的磨损机制和摩擦学特性的基本认识至关重要。基于对不同湿度下测试的自清洁玻璃涂层的综合摩擦学分析，我们表明涂层2在干燥和潮湿的环境中都拥有恒定的低COF和卓越的耐磨性，使其成为暴露在不同气候下的自清洁玻璃涂层应用的更好的候选者。
NANOVEA 摩擦仪采用符合ISO和ASTM标准的旋转和线性模式提供精确和可重复的磨损和摩擦测试，在一个预集成的系统中可选择高温磨损、润滑和三相腐蚀模块。可选的3D非接触式轮廓仪可用于高
除了其他表面测量（如粗糙度）外，还可以对磨损轨迹进行分辨率三维成像。
在潮湿环境下对DLC进行磨损评估的重要性
类金刚石碳 (DLC) 涂层具有增强的摩擦学性能，即优异的耐磨性和极低的摩擦系数 (COF)。当沉积在不同的材料上时，DLC 涂层赋予金刚石特性。良好的摩擦机械性能使 DLC 涂层成为各种工业应用的首选，例如航空航天零件、剃须刀刀片、金属切削工具、轴承、摩托车发动机和医疗植入物。
在高真空和干燥条件下，DLC 涂层相对于钢球表现出非常低的 COF（低于 0.1）12.然而，DLC涂层对环境条件的变化很敏感，特别是相对湿度（RH）。3.高湿度和高氧浓度的环境可能会导致COF的显著增加。4。在受控湿度下进行可靠的磨损评估可模拟摩擦学应用中 DLC 涂层的真实环境条件。用户通过适当的比较，为目标应用选择最佳的 DLC 涂层
暴露于不同湿度下的 DLC 磨损行为。
测量目标
这项研究展示了 Nanovea 摩擦仪 配备湿度控制器是研究 DLC 涂层在不同相对湿度下磨损行为的理想工具。
测试程序
DLC 涂层的摩擦和耐磨性通过 Nanovea Tribometer 进行评估。测试参数总结于表 1 中。连接到摩擦室的湿度控制器精确控制相对湿度 (RH)，精度为 ±1%。测试后使用光学显微镜检查 DLC 涂层上的磨损痕迹和 SiN 球上的磨损痕迹。
注：任何实心球材料均可用于模拟不同材料联轴器在润滑或高温等环境条件下的性能。
结果和讨论
由于DLC涂层的低摩擦力和卓越的耐磨性，它是摩擦学应用的最佳选择。DLC涂层的摩擦表现出与湿度有关的行为，如图2所示。在相对干燥的条件下（10% RH），DLC涂层显示出非常低的COF，约为0.05。当相对湿度增加到30%时，DLC涂层在测试中表现出恒定的COF约为0.1。当RH上升到50%以上时，在头2000转中观察到COF的初始运行阶段。在RH为50、70和90%时，DLC涂层显示的最大COF分别为~0.20、~0.26和~0.33。在磨合期之后，DLC涂层的COF在RH为50、70和90%时分别保持在~0.11、0.13和0.20。
图3比较了SiN球的磨损疤痕，图4比较了磨损试验后DLC涂层的磨损痕迹。当DLC涂层暴露在低湿度的环境中时，磨损痕的直径更小。在接触面的重复滑动过程中，转移DLC层在SiN球表面积累。在这个阶段，DLC涂层与自己的转移层滑动，它作为一种有效的润滑剂，促进了相对运动，抑制了剪切变形引起的进一步质量损失。在低相对湿度环境下（如10%和30%），在SiN球的磨损疤痕中观察到转移膜，导致球的磨损过程减速。这种磨损过程反映在DLC涂层的磨损痕迹形态上，如图4所示。在干燥环境中，DLC涂层表现出较小的磨损轨迹，这是因为在接触界面上形成了稳定的DLC转移膜，大大降低了摩擦和磨损率。
总结
湿度对 DLC 涂层的摩擦学性能起着至关重要的作用。由于形成转移到滑动对应物（本研究中的 SiN 球）上的稳定石墨层，DLC 涂层在干燥条件下具有显着增强的耐磨性和优异的低摩擦性。 DLC 涂层在其自身的转移层上滑动，该转移层充当有效的润滑剂，以促进相对运动并抑制剪切变形引起的进一步质量损失。随着相对湿度的增加，SiN 球上不会观察到薄膜，导致 SiN 球和 DLC 涂层的磨损率增加。
Nanovea 摩擦磨损试验机使用符合 ISO 和 ASTM 的旋转和线性模式提供可重复的磨损和摩擦测试，并在一个预集成系统中提供可选的湿度模块。它允许用户模拟不同湿度下的工作环境，为用户提供定量评估不同工作条件下材料摩擦学行为的理想工具。
了解更多关于Nanovea摩擦仪和实验室服务的信息
1 C. Donnet, Surf.涂料。Technol.100-101 (1998) 180.
2 K. Miyoshi, B. Pohlchuck, K.W. Street, J.S. Zabinski, J.H. Sanders, A.A. Voevodin, R.L.C. Wu, Wear 225-229 (1999) 65.
3 R. Gilmore, R. Hauert, Surf.涂料。Technol.133-134 (2000) 437.
4 R. Memming, H.J. Tolle, P.E. Wierenga, Thin Solid Coatings 143 (1986) 31
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