高硬度、优异的耐磨性、耐腐蚀性和惰性的结合使氮化钛（TiN）成为各行业金属部件的理想保护涂层。例如，氮化钛涂层的边缘保持性和耐腐蚀性可以大幅提高工作效率，延长剃须刀、金属切割机、注塑模具和锯床等机械工具的使用寿命。它的高硬度、惰性和无毒性使TiN成为医疗设备（包括植入物和手术器械）应用的最佳选择。
保护性PVD/CVD涂层中的残余应力对涂层部件的性能和机械完整性起着关键作用。残余应力来自几个主要来源，包括生长应力、热梯度、几何约束和使用应力¹。在高温下涂层沉积过程中，涂层和基体之间产生的热膨胀不匹配导致了高热残余应力。此外，TiN涂层工具经常在非常高的集中应力下使用，例如钻头和轴承。开发一个可靠的质量控制程序来定量检测保护性功能涂层的内聚力和粘合力是至关重要的。
[1] V. Teixeira, Vacuum 64 (2002) 393-399.
NANOVEA PB1000机械测试仪被用来进行涂层 划痕测试 在三个TiN涂层上使用相同的测试参数，总结如下：
装载模式。 渐进式线性
初始负载
0.02 N
终极装载
10 N
装载率
20 N/min
划痕长度
5毫米
缩略语类型
球状体-锥形体
钻石，半径为20微米
图1显示了测试过程中穿透深度、摩擦系数（COF）和声发射的演变记录。图2显示了TiN样品上的全部微划痕。不同临界载荷下的失效行为显示在图3中，其中临界载荷Lc1被定义为划痕中出现第一条粘性裂纹的载荷，Lc2是发生反复剥落的载荷，Lc3是涂层从基体上完全去除的载荷。图4中总结了TiN涂层的临界载荷（Lc）值。
渗透深度、COF和声发射的演变提供了对不同阶段涂层失效机制的深入了解，这些阶段在本研究中由临界载荷代表。可以观察到，样品A和样品B在划痕测试中表现出类似的行为。测针逐渐深入样品，深度为~0.06毫米，在涂层划痕试验开始时，随着法向载荷的线性增加，COF逐渐增加到~0.3。当达到~3.3 N的Lc1时，出现了崩裂失效的第一个迹象。这也反映在穿透深度、COF和声发射图中的第一个大峰值。当载荷继续增加到Lc2的~3.8 N时，穿透深度、COF和声发射的进一步波动发生了。我们可以观察到在划痕的两边都存在连续的剥落故障。在Lc3，涂层在测针施加的高压下从金属基体上完全剥离，使基体暴露在外面，没有受到保护。
相比之下，样品C在涂层划痕试验的不同阶段表现出较低的临界载荷，这也反映在涂层划痕试验期间的穿透深度、摩擦系数（COF）和声发射的演变上。与样品A和样品B相比，样品C在顶部TiN涂层和金属基材之间的界面上拥有一个硬度较低、应力较高的粘附夹层。
这项研究证明了适当的基材支撑和涂层结构对涂层系统质量的重要性。更强的夹层可以在高的外部负荷和集中应力下更好地抵抗变形，从而提高涂层/基体系统的内聚力和粘合力。
图1: TiN样品的渗透深度、COF和声发射的演变。
图2: 测试后的TiN涂层的全部划痕。
图3: 不同临界载荷下的TiN涂层失效，Lc。
图4: TiN涂层的临界载荷（Lc）值摘要。
在这项研究中，我们展示了NANOVEA PB1000机械测试仪在受控和密切监测的情况下对TiN涂层的样品进行可靠和准确的划痕测试。划痕测量使用户能够快速确定典型的内聚性和粘合性涂层失效的临界负荷。我们的仪器是卓越的质量控制工具，可以定量地检查和比较涂层的内在质量和涂层/基体系统的界面完整性。具有适当夹层的涂层可以在高的外部负荷和集中应力下抵抗大的变形，并提高涂层/基体系统的内聚力和粘合力。
NANOVEA机械测试仪的纳米和微米模块都包括符合ISO和ASTM标准的压痕、划痕和磨损测试仪模式，在一个系统中提供了最广泛和最方便的测试范围。NANOVEA无与伦比的范围是确定薄或厚、软或硬的涂层、薄膜和基材的全部机械性能的理想解决方案，包括硬度、杨氏模量、断裂韧性、附着力、耐磨性和许多其他性能。
断口分析是对断裂表面特征的研究，历史上一直通过显微镜或 SEM 进行研究。根据特征的大小，选择显微镜（宏观特征）或SEM（纳米和微观特征）进行表面分析。两者最终都可以识别断裂机制类型。尽管有效，但显微镜具有明显的局限性，并且在大多数情况下，除了原子级分析之外，SEM 对于断裂表面测量来说是不切实际的，并且缺乏更广泛的使用能力。随着光学测量技术的进步，NANOVEA 3D 非接触式轮廓仪 现在被认为是首选仪器，能够通过宏观尺度 2D 和 3D 表面测量提供纳米级测量
与SEM不同，3D非接触式轮廓仪几乎可以测量任何表面和样品尺寸，只需最少的样品准备，同时提供优于SEM的垂直/水平尺寸。使用轮廓仪，从纳米到宏观范围的特征都可以在一次测量中捕捉到，而样品反射率的影响为零。可以轻松地测量任何材料：透明的、不透明的、镜面的、扩散的、抛光的、粗糙的等等。三维非接触式轮廓仪提供了广泛和用户友好的能力，以SEM的一小部分成本，最大限度地提高表面断裂研究。
| 同向性 | 51.26% |
| 第一方向 | 123.2º |
| 第二方向 | 116.3º |
| 第三方向 | 0.1725º |
表面积、体积、粗糙度和许多其他方面都可以从这个提取中自动计算。
| 同向性 | 15.55% |
| 第一方向 | 0.1617º |
| 第二方向 | 110.5º |
| 第三方向 | 171.5º |
表面积、体积、粗糙度和许多其他方面都可以从这个提取中自动计算。
在这个应用中，我们展示了NANOVEA ST400 3D非接触式轮廓仪是如何精确表征断裂表面的全部地形（纳米、微观和宏观特征）的。从三维区域中，可以清楚地识别出表面，并且可以快速提取子区域或剖面/横截面，并通过无尽的表面计算列表进行分析。亚纳米级的表面特征可以通过集成的AFM模块进一步分析。
此外，NANOVEA还在其Profilometer阵容中加入了一个便携式版本，这对于不可移动的裂缝表面现场研究来说尤其重要。有了这些广泛的表面测量能力，使用一台仪器进行断裂表面分析从未如此简单和方便。
测量目标
在这个应用中，NANOVEA ST400被用来测量玻璃纤维复合材料表面的粗糙度和平整度。通过量化这些表面特征，有可能创造或优化一个更强大、更持久的玻璃纤维复合材料。
NANOVEA
ST400
| 探测仪 | 1毫米 |
| 购置率 | 300赫兹 |
| 平均数 | 1 |
| 测量表面 | 5 mm x 2 mm |
| 阶梯尺寸 | 5 µm x 5 µm |
| 扫瞄模式 | 恒定速度 |
| 测量 范围 | 1毫米 |
| Z决议 | 25纳米 |
| 准确度 | 200纳米 |
| 侧向分辨率 | 2 μm |
| 萨 | 15.716 μm | 算术平均高度 |
| 规模 | 19.905 μm | 均方根高度 |
| ǞǞǞ | 116.74 μm | 最大峰值高度 |
| ǞǞǞ | 136.09 μm | 最大基坑高度 |
| 仕 | 252.83 μm | 最大高度 |
| スクリート | 0.556 | 倾斜度 |
| 苏 | 3.654 | 峰度 |
如结果所示，NANOVEA ST400 Optical 分析器 能够精确测量玻璃纤维复合材料表面的粗糙度和平整度。可以测量多批纤维复合材料和/或给定时间段的数据，以提供有关不同玻璃纤维制造工艺及其随时间变化的反应的重要信息。因此，ST400 是加强玻璃纤维复合材料质量控制过程的可行选择。
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