编写者
李端杰，博士
聚四氟乙烯（PTFE），通常被称为特氟隆，是一种具有特别低的摩擦系数（COF）和出色的耐磨性的聚合物，取决于应用的负载。聚四氟乙烯表现出卓越的化学惰性，熔点高达 327°C (620°F)，并在低温下保持高强度、高韧性和自润滑性。聚四氟乙烯涂层的特殊耐磨性使其在广泛的工业应用中受到追捧，如汽车、航空航天、医疗，特别是炊具。
超低的摩擦系数（COF）、出色的耐磨性和高温下特殊的化学惰性的结合，使PTFE成为不粘锅涂层的理想选择。为了在研发过程中进一步提高其机械过程，以及确保在质量控制过程中对故障预防和安全措施的最佳控制，拥有一个可靠的技术来定量评估PTFE涂层的摩擦机械过程是至关重要的。精确控制涂层的表面摩擦、磨损和粘附是确保其预期性能的关键。
| 负载 | 30 N |
| 测试时间 | 5分钟 |
| 滑动率 | 80转/分钟 |
| 轨迹的振幅 | 8毫米 |
| 革命 | 300 |
| 球体直径 | 3毫米 |
| 球体材料 | 不锈钢440 |
| 润滑油 | 无 |
| 气体环境 | 空气 |
| 温度 | 230C (RT) |
| 湿度 | 43% |
测试程序
使用 NANOVEA 进行 PTFE 划痕粘附力测量 机械测试仪 在微划痕测试仪模式下使用 1200 Rockwell C 金刚石触针（半径 200 μm）进行测量。
为了确保结果的可重复性，在相同的测试条件下进行了三次测试。
| 装载类型 | 渐进的 |
| 初始负载 | 0.01 mN |
| 终极装载 | 20 mN |
| 装载率 | 40 mN/min |
| 划痕长度 | 3毫米 |
| 刮擦速度，dx/dt | 6.0毫米/分钟 |
| 压头的几何形状 | 120o Rockwell C |
| 压印材料（尖端） | 钻石 |
| 压头半径 | 200 μm |
原位记录的 COF 如图 1 所示。由于 PTFE 的粘性较低，测试样品在前 130 转期间的 COF 约为 0.18。然而，一旦涂层破裂，露出下面的基材，COF 就会突然增加到~1。线性往复测试后，使用 NANOVEA 测量磨损轨迹轮廓 非接触式光学轮廓仪，如图 2 所示。根据获得的数据，计算出相应的磨损率为 ~2.78 × 10-3 mm3/Nm，而磨损轨迹的深度确定为 44.94 µm。
图1: 在PTFE涂层磨损试验中COF的演变。
图2: 磨损轨道PTFE的Profile提取。
| 最大COF | 0.217 |
| 最小COF | 0.125 |
| 平均COF | 0.177 |
| 最大COF | 0.217 |
| 最小COF | 0.125 |
| 平均COF | 0.177 |
表1: 磨损试验期间，突破前和突破后的COF。
聚四氟乙烯涂层对基材的附着力是用200微米的金刚石测针进行划痕测试来测量的。显微照片显示在图3和图4中，COF的演变，以及渗透深度显示在图5中。 PTFE涂层划痕测试结果总结在表4中。随着金刚石测针的负载增加，它逐渐渗透到涂层中，导致COF的增加。当达到~8.5N的载荷时，在高压下发生了涂层的突破和基体的暴露，导致了~0.3的高COF。表2中显示的低St Dev表明了使用NANOVEA机械测试仪进行的PTFE涂层划痕测试的可重复性。
图3: PTFE上的完整划痕的显微照片（10X）。
图4: PTFE上的完整划痕的显微照片（10X）。
图5: 摩擦图显示聚四氟乙烯的临界失效点线。
| 摩擦 | 故障点 [N] | 摩擦力[N]。 | 基金会 |
| 1 | 0.335 | 0.124 | 0.285 |
| 2 | 0.337 | 0.207 | 0.310 |
| 3 | 0.380 | 0.229 | 0.295 |
| 平均值 | 8.52 | 2.47 | 0.297 |
| 圣地亚哥 | 0.17 | 0.16 | 0.012 |
表2: 划痕试验期间的临界载荷、摩擦力和COF的总结。
在这项研究中，我们使用NANOVEA T50摩擦仪在线性往复模式下对不粘锅的PTFE涂层的磨损过程进行了模拟。PTFE涂层表现出较低的COF（约0.18），涂层在130转左右出现了突破。使用NANOVEA机械测试仪对PTFE涂层与金属基体的附着力进行了定量评估，在这个测试中，涂层附着力失效的临界负荷是~8.5N。
NANOVEA摩擦仪采用符合ISO和ASTM标准的旋转和线性模式，具有精确和可重复的磨损和摩擦测试能力。它们提供了高温磨损、润滑和摩擦腐蚀的可选模块，所有这些都集成在一个系统中。这种多功能性使用户能够更准确地模拟真实的应用环境，并获得对不同材料的磨损机制和摩擦学特性的理解。
NANOVEA机械测试仪包括纳米、微观和宏观模块，每个模块都包括符合ISO和ASTM标准的压痕、划痕和磨损测试模式，在一个系统中提供最广泛和最方便的测试能力。
带或不带硬涂层的油漆是最常用的涂料之一。我们在汽车上、墙壁上、电器上以及几乎任何需要一些保护性涂层或只是为了美观的东西上都能看到它。用于保护底层基材的油漆通常含有防止油漆起火的化学品，或者仅仅是防止其失色或开裂。通常情况下，用于审美目的的油漆有各种颜色，但不一定是为了保护其底层，也不一定是为了延长使用寿命。
然而，所有的油漆都会随着时间的推移发生一些风化。涂料的风化往往会改变其属性，使之与制造者的意图不符。它可以更快断裂，受热后剥落，颜色变淡或开裂。随着时间的推移，油漆的不同属性的变化是为什么制造商off了如此广泛的选择。油漆是为满足个别客户的不同要求而定制的。
涂料制造商的一个主要关注点是他们的产品是否能够承受开裂。一旦油漆开始开裂，它就不能保护它所应用的基材；因此，不能满足他们的客户。例如，如果一根树枝碰巧划过一辆汽车的侧面，紧接着油漆就开始开裂，油漆的制造商就会因为油漆质量差而失去业务。油漆的质量是非常重要的，因为如果油漆下的金属暴露出来，它可能会因为新的暴露而开始生锈或腐蚀。
像这样的原因适用于其他几个光谱，如家庭和办公用品和电子产品，玩具，研究工具等。虽然当他们第一次将油漆涂在金属涂层上时，油漆可能是抗裂的，但随着时间的推移，当样品上发生了一些风化后，其性能可能会发生变化。这就是为什么让油漆样品在其风化阶段进行测试非常重要。虽然在高负荷的压力下开裂可能是不可避免的，但制造商必须预测随着时间的推移，这种变化可能会有多大的削弱，以及affecting scratch必须有多深，以便为他们的消费者提供最好的产品。
测量目标
我们必须以控制和监测的方式来模拟划痕的过程，以观察样品的行为effects。在这个应用中，NANOVEA PB1000机械测试仪在纳米划痕测试模式下被用来测量导致金属基体上约7年的30-50微米厚的油漆样品失效所需的负载。
一支2 μm的钻石头测针在0.015 mN到20.00 mN的渐进负荷下，对涂层进行划痕。我们用0.2 mN的载荷对涂料进行了前后扫描，以确定划痕的真实深度值。真实深度分析了测试期间样品的塑性和弹性变形；而后扫描只分析了划痕的塑性变形。涂层因开裂而失效的点被当作是失效点。我们以ASTMD7187为指导来确定我们的测试参数。
我们可以得出结论，使用风化的样品；因此，在较弱的阶段测试油漆样品，为我们提供了较低的故障点。
对这个样本进行了五次测试，以便
确定准确的失效临界载荷。
NANOVEA
PB1000
以下 ASTM D7027
使用配备了高速传感器的NANOVEA ST400扫描粗糙度标准件的表面，该传感器产生了192个点的亮线，如图1所示。这192个点同时扫描样品表面，导致扫描速度大大增加。
| 装载类型 | 渐进的 |
| 初始负载 | 0.015 mN |
| 终极装载 | 20 mN |
| 装载率 | 20 mN/min |
| 划痕长度 | 1.6毫米 |
| 刮擦速度，dx/dt | 1.601毫米/分钟 |
| 预扫描加载 | 0.2 mN |
| 扫瞄后加载 | 0.2 mN |
压头类型
锥形
钻石90°锥体
2微米的尖端半径
本节介绍了在划痕试验中收集的故障数据。第一部分描述了在划痕中观察到的故障，并定义了所报告的临界载荷。下一部分包含了所有样品的临界载荷的汇总表，以及一个图形表示。最后一部分介绍了每个样品的详细结果：每个划痕的临界载荷，每个故障的显微照片，以及测试的图表。
观察到的故障和关键负载的定义
关键的失败：
初始损害
这是沿划痕轨道观察到的第一个损伤点。
关键的失败：
完全损坏
在这一点上，损坏比较严重的地方是油漆沿着刮痕裂开了。
详细结果
* 失效值取自于基材开裂点。
| 重要负载 | ||
| 划痕模块 | 初始伤害[mN] 。 | 完全损坏 [µm] |
| 1 | 14.513 | 4.932 |
| 2 | 3.895 | 4.838 |
| 3 | 3.917 | 4.930 |
| 平均数 | 3.988 | 4.900 |
| STD DEV | 0.143 | 0.054 |
图2: 完整划痕的显微照片（1000倍放大）。
图3: 初始损伤的显微照片（1000倍放大）。
图4: 完全损坏的显微照片（1000倍放大）。
图5: 摩擦力和摩擦系数。
图6: 表面轮廓。
图7: 真实深度和残余深度。
纳诺维娅 机械测试仪 在里面 纳米划痕测试仪 模式可以模拟许多现实生活中的油漆涂层和硬涂层的故障。通过以受控和密切监测的方式施加越来越大的负载，该仪器可以确定在何种负载下会发生故障。然后，这可以作为确定耐刮擦性的定量值的方法。所测试的涂层，在没有风化的情况下，已知在大约22毫牛时出现第一道裂纹。如果数值接近5 mN，很明显，7年的搭接已经使涂料退化了。
对原始轮廓的补偿可以在划痕期间获得修正的深度，并测量划痕后的残余深度。这就提供了关于涂层在增加载荷下的塑性与弹性行为的额外信息。裂纹和变形的信息对改善硬涂层都有很大的作用。非常小的标准偏差也显示了仪器技术的可重复性，这可以帮助制造商提高其硬涂层/涂料的质量，并研究风化的影响。
丙烯酸聚氨酯漆是一种快干保护涂料，广泛用于各种工业应用，如地板漆、汽车漆等。当作为地坪漆使用时，它可以服务于人流和胶轮车流量大的地方，如人行道、路边和停车场。
传统上，根据ASTM D4060标准，采用Taber磨损试验来评估丙烯酸聚氨酯地坪漆的耐磨性。然而，正如标准中所提到的，"对于某些材料，由于测试过程中车轮的磨料特性发生变化，使用Taber磨料磨具进行的磨损测试可能会发生变化。“1这可能导致检测结果的可重复性差，并造成比较不同实验室报告的值的困难。此外，在Taber磨损试验中，耐磨性计算为在指定次数的磨损循环下的重量损失。而丙烯酸聚氨酯地坪漆的推荐干膜厚度为37.5 ~ 50 μm2。
Taber Abraser的侵蚀性磨蚀过程可以迅速磨穿丙烯酸聚氨酯涂层，并造成基材的质量损失，从而导致涂料重量损失计算的巨大误差。在磨蚀试验过程中，磨料颗粒植入涂料中也会造成误差。因此，一个控制良好的可量化和可靠的测量对于确保涂料的可重复性磨损评估至关重要。此外，还有 划痕测试 允许用户在实际应用中检测到过早的粘合剂/胶粘剂失效。
本研究评估了四种市售的水性丙烯酸地板涂料，它们具有相同的底漆（基底漆）和相同配方的不同面漆，为了提高耐久性，在添加剂的混合上有小的变化。这四种涂料被确定为样品A、B、C和D。
NANOVEA 摩擦计用于评估摩擦学行为，例如摩擦系数、COF 和耐磨性。将 SS440 球头（直径 6 毫米，等级 100）应用于测试涂料。 COF 是现场记录的。磨损率K的计算公式为K=V/(F×s)=A/(F×n)，其中V为磨损体积，F为法向载荷，s为滑动距离，A为磨损轨迹的横截面积，n是转数。表面粗糙度和磨损轨迹轮廓由 NANOVEA 评估 光学轮廓仪，并使用光学显微镜检查磨损轨迹形态。
常态力
20 N
速度
15米/分钟
测试时间
100、150、300和800周期
配备了罗克韦尔C金刚石触控笔(200 μm半径)的NANOVEA机械测试仪使用微刮擦测试模式对油漆样品进行渐进负载刮擦测试。使用了两种最终负载:5 N的最终负载用于研究底漆上的油漆分层，35 N的最终负载用于研究金属基材上的底漆分层。对每个样品在相同的测试条件下重复进行三次测试，以确保结果的可重复性。
整个划痕长度的全景图像被自动生成，它们的临界失效位置被系统软件与施加的载荷相关联。这一软件功能便于用户随时对划痕进行分析，而不是在划痕测试后立即在显微镜下确定临界载荷。
| 装载类型 | 渐进的 |
| 初始负载 | 0.01 mN |
| 终极装载 | 5 N / 35 N |
| 装载率 | 10 / 70 N/min |
| 划痕长度 | 3毫米 |
| 刮擦速度，dx/dt | 6.0毫米/分钟 |
| 压头的几何形状 | 120º锥体 |
| 压印材料（尖端） | 钻石 |
| 压头半径 | 200 μm |
在不同转数(100、150、300和800循环)下，对每个样品进行了四次针对盘磨损试验，以监测磨损的演变。在进行磨损测试之前，用NANOVEA 3D非接触剖面仪测量样品的表面形貌，以量化表面粗糙度。所有样品的表面粗糙度均约为1 μm，如图1所示。COF在磨损试验中原地记录，如图2所示。图4为100、150、300和800循环后的磨损轨迹演变，图3为不同样品在磨损过程不同阶段的平均磨损率。
与其他三种样品的COF值~0.07相比，样品a的COF值在开始时要高得多，为~0.15，经过300次磨损循环后，COF值逐渐增加，稳定在~0.3。如此高的COF加速了磨损过程，并产生了大量的油漆碎片，如图4所示——样品a的面漆在前100转中已经开始被去除。如图3所示，样品A在前300个循环中磨损率最高，为~5 μm2/N，由于金属基体的耐磨性较好，磨损率略微下降到~3.5 μm2/N。样品C的面漆在150次磨损后开始失效，如图4所示，图2中COF的增加也说明了这一点。
相比之下，样品B和样品D表现出增强的摩擦学性能。样品B在整个测试过程中保持较低的COF - COF从~0.05轻微增加到~0.1。这样的润滑效果大大提高了它的耐磨性-面漆在800次磨损循环后仍然对底漆提供优越的保护。样品B在800次循环时的最低平均磨损率仅为~0.77 μm2/N。样品D的面漆在375次循环后开始分层，从图2中COF的突然增加可以看出。样品D在800次循环时的平均磨损率约为1.1 μm2/N。
与传统的Taber磨损测量相比，NANOVEA摩擦仪提供了良好控制的可量化和可靠的磨损评估，确保了商业地板/汽车涂料的可重复性评估和质量控制。此外，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，这对于提高对各种油漆涂层的磨损机制和摩擦学特性的基本认识至关重要。
图1: 涂料样品的三维形态和粗糙度。
图2: 在引脚磁盘测试期间，COF。
图3: 不同涂料的磨损率的演变。
图4: 钉盘试验期间磨损痕迹的演变。
图5显示了以样品A为例，法向力、摩擦力和真实深度与划痕长度的关系图。可以安装一个可选的声发射模块来提供更多信息。随着法向载荷的线性增加，压痕尖端逐渐下沉到被测样品中，这反映在真实深度的逐渐增加上。摩擦力和真实深度曲线的斜率变化可以作为涂层开始出现故障的含义之一。
图5: 法向力、摩擦力和真实深度与划痕长度的关系。 最大载荷为5N的样品A的划痕测试。
图6和图7显示了在最大载荷为5N和35N的情况下测试的所有四个油漆样品的全部划痕。样品D需要更高的负荷，即50N才能使底漆脱层。在5N的最终载荷下的划痕测试（图6）评估了面漆的内聚/粘附失效，而在35N的测试（图7）评估了底漆的分层。显微照片中的箭头表示顶层涂料或底层涂料开始从底层或基材上完全脱落的点。在这一点上的载荷，即所谓的临界载荷，Lc，是用来比较涂料的内聚力或粘合力的，如表1所总结的。
很明显，油漆样品D具有最好的界面附着力——在油漆分层处显示出最高的Lc值4.04 N，在底漆分层处显示出36.61 N。样品B显示出第二好的耐刮性。从划痕分析中，我们发现涂料配方的优化对丙烯酸地板涂料的力学性能，或更具体地说，耐划痕性和粘附性至关重要。
表1: 关键负荷的总结。
图6: 最大负荷为5N的完全划痕的显微照片。
图7: 最大负荷为35N的完全划痕的显微照片。
与传统的Taber磨蚀测量相比，NANOVEA机械测试仪和摩擦仪是商业地板和汽车涂料评估和质量控制的卓越工具。NANOVEA机械测试仪在划痕模式下可以检测涂层系统中的附着力/内聚力问题。NANOVEA摩擦仪对涂料的耐磨性和摩擦系数提供了良好控制的可量化和可重复的摩擦学分析。
基于对本研究中测试的水基丙烯酸地板涂料的综合摩擦学和机械分析，我们表明样品B拥有最低的COF和磨损率，以及第二好的耐刮擦性，而样品D表现出最好的耐刮擦性和第二好的耐磨性。这一评估使我们能够评估和选择针对不同应用环境需求的最佳候选人。
NANOVEA机械测试仪的纳米和微模块都包括ISO和ASTM兼容的压痕，划痕和磨损测试模式，提供了最广泛的测试范围，可在单个模块上进行油漆评估。NANOVEA摩擦计使用符合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，并可在一个预先集成的系统中提供可选的高温磨损、润滑和摩擦腐蚀模块。NANOVEA无与伦比的范围是确定薄或厚、软或硬涂层、薄膜和基材的全套机械/摩擦学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。可选NANOVEA非接触式光学剖面仪可用于划痕和磨损轨迹的高分辨率三维成像，以及其他表面测量，如粗糙度。
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。
石英晶体微天平（QCM）是一种极其敏感的质量传感器，能够对纳克级的小质量进行精确测量。QCM通过检测石英晶体共振频率的变化来测量表面的质量变化，有两个电极分别贴在板的两侧。测量极小重量的能力使其成为各种研究和工业仪器的关键部件，用于检测和监测质量、吸附、密度和腐蚀等的变化。
作为一种极其精确的设备，QCM可测量低至0.1纳克的质量变化。石英板上电极的任何质量损失或分层都会被石英晶体检测到，并导致重大测量误差。因此，电极涂层的内在质量和涂层/基底系统的界面完整性在进行准确和可重复的质量测量中起着重要作用。微量划痕试验是一种广泛使用的比较性测量，基于对出现故障的临界载荷的比较，评估涂层的相对内聚力或粘附性能。它是对QCM进行可靠的质量控制的一个卓越工具。
测量目标
在这个应用中， NANOVEA 机械测试仪，在微划痕模式下，用于评估 QCM 样品石英基板上金涂层的内聚力和粘合强度。我们想展示的能力 NANOVEA 机械测试仪在对精致的样品进行微观划痕测试时，具有很高的精度和可重复性。
NANOVEA
PB1000
ǞǞǞ NANOVEA 使用PB1000机械测试仪对QCM样品进行微划痕测试，测试参数总结如下。进行了三次划痕，以确保结果的可重复性。
装载类型。 渐进的
初始负载
0.01 N
终极装载
30 N
气候环境。 空气 24°C
滑动速度
2毫米/分钟
划痕长度
2毫米
QCM样品上的全部微观划痕如图所示 图1.不同临界载荷下的失效行为显示在图2中。，其中临界负荷，LC1 被定义为在划痕中出现粘合剂失效的第一个迹象的载荷，LC2 是发生重复性粘接失效后的负荷，而LC3 是涂层从基体上完全去除的载荷。可以看出，在LC1 的11.15N，这是涂层失效的第一个迹象。
在微划痕试验中，随着正常载荷的不断增加，在LC2 的16.29N。当LC3 达到19.09N时，涂层完全从石英基体上剥离。这样的临界载荷可以用来定量比较涂层的内聚力和粘合力，并为目标应用选择最佳候选者。
图1: QCM样品上的完整微划痕。
图2: 在不同的临界载荷下的微观划痕轨道。
图3 图为摩擦系数和深度的演变，这可能为微划痕试验期间涂层故障的进展提供更多的启示。
图3: 在微划痕测试期间，COF和深度的演变。
在这项研究中，我们展示了 NANOVEA 机械测试仪可在QCM样品上进行可靠而准确的微划痕测试。通过以受控和密切监测的方式施加线性增加的载荷，划痕测量使用户能够确定发生典型的内聚性和粘附性涂层失效的临界载荷。它为定量评估和比较涂层的内在质量以及用于 QCM 的涂层/基底系统的界面完整性提供了一个卓越的工具。
的纳米、微观或宏观模块。 NANOVEA 机械测试仪都包括符合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友好的测试范围。 NANOVEA我们无与伦比的产品系列是确定薄或厚、软或硬的涂层、薄膜和基质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、粘附性、耐磨性和许多其他性能。
此外，还有一个可选的3D非接触式轮廓仪和AFM模块，用于对压痕、划痕和磨损轨迹进行高分辨率的3D成像，以及其他表面测量，如粗糙度和翘曲度。
铜线的磨损和划痕评估的重要性
自电磁铁和电报发明以来，铜在电线方面的应用有着悠久的历史。由于铜的耐腐蚀性、可焊性以及在高达150℃的高温下的性能，铜线被广泛用于电子设备，如面板、仪表、计算机、商业机器和电器。所有开采出来的铜大约有一半是用来制造电线和电缆导体的。
铜线的表面质量对应用服务性能和使用寿命至关重要。铜线中的微观缺陷可能导致过度磨损、裂纹的产生和扩展、导电性下降和焊接性不足。适当的铜线表面处理可以消除拉丝过程中产生的表面缺陷，提高耐腐蚀、耐刮擦和耐磨性。许多使用铜线的航空应用需要控制行为以防止意外的设备故障。为了正确评估铜线表面的耐磨性和耐刮擦性，需要进行可量化和可靠的测量。
测量目标
在这个应用中，我们模拟了不同铜线表面处理的受控磨损过程。 划痕测试 测量导致处理过的表面层失效所需的负载。这项研究展示了 Nanovea 摩擦仪 和 机械测试仪 作为电线评估和质量控制的理想工具。
测试过程和程序
通过 Nanovea 摩擦磨损试验机使用线性往复磨损模块评估两种不同表面处理的铜线（线 A 和线 B）的摩擦系数 (COF) 和耐磨性。 Al2O3 球（直径 6 毫米）是本应用中使用的计数器材料。使用 Nanovea 的磨损轨迹进行检查 3D非接触式轮廓仪。测试参数总结于表 1 中。
本次研究以Al₂O₃球为例进行了说明。任何具有不同形状和表面光洁度的固体材料都可以使用定制夹具来模拟实际的应用情况。
结果和讨论
铜线的磨损。
图2显示了铜线在磨损测试中的COF变化。A线在整个磨损试验过程中显示出稳定的COF约为0.4，而B线在头100转时显示出约0.35的COF，并逐渐增加到约0.4。
图3比较了测试后铜线的磨损轨迹。Nanovea公司的3D非接触式轮廓仪对磨损痕迹的详细形貌进行了出色的分析。通过提供对磨损机理的基本理解，可以直接和准确地确定磨损轨迹体积。经过600转的磨损试验，B线表面有明显的磨损痕迹损伤。剖面仪3D视图显示，B线的表面处理层被完全去除，大大加快了磨损过程。这在铜基板暴露的B线上留下了平坦的磨损痕迹。这可能导致使用B线的电气设备的寿命显著缩短。相比之下，A线的磨损相对较轻，其表面的磨损痕迹较浅。在相同条件下，A线表面处理层不像B线表面处理层那样被去除。
铜线表面的耐刮擦性。
图4显示了测试后导线上的划痕。线材A的保护层表现出非常好的抗划痕能力。相比之下，B线的保护层在约1.0N的载荷下失效。这些线的耐刮擦性有如此大的差异，这有助于它们的磨损性能，其中A线拥有大大增强的耐磨性。图5所示的划痕测试中法向力、COF和深度的演变提供了关于测试中涂层失效的更多信息。
总结
在这项对照研究中，我们展示了Nanovea的摩擦仪对表面处理过的铜线的耐磨性进行定量评估，以及Nanovea的机械测试仪对铜线的耐刮擦性进行可靠评估。铜线的表面处理在其使用寿命中对三者的机械性能起着关键作用。电线A的适当表面处理大大增强了耐磨性和耐刮擦性，这对粗糙环境中的电线的性能和寿命至关重要。
Nanovea的摩擦仪使用符合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以选择高温磨损、润滑和三相腐蚀模块。Nanovea无与伦比的范围是确定薄或厚、软或硬的涂层、薄膜和基材的全部摩擦学特性的理想解决方案。
介绍。
材料的表面工程在各种功能应用中起着重要作用，从装饰性的外观到保护基体免受磨损、腐蚀和其他形式的攻击。决定涂层质量和使用寿命的一个重要和压倒一切的因素是其内聚力和粘合力。
简介 :
涂料因其功能特性而被广泛应用于各个行业。涂层的硬度、耐侵蚀性、低摩擦性和高耐磨性只是使涂层变得重要的众多特性中的一部分。一个常用的量化这些特性的方法是划痕测试，这可以重复测量涂层的粘合和/或内聚特性。通过比较发生故障的临界载荷，可以评估涂层的内在特性。
涂料广泛用于多个行业，以保护底层，创建电子装置，或改善材料的表面特性。由于其众多的用途，涂层被广泛地研究，但其机械性能可能难以理解。涂层的失效可能发生在微/纳米范围内，原因是表面与大气的相互作用、内聚失效以及基材与表面的不良粘附。测试涂层失效的一个一致的方法是划痕测试。通过施加逐渐增加的负载，涂层的内聚（如开裂）和粘合（如分层）失效可以被定量比较。
了解碳化硅晶片涂层的机械性能是至关重要的。微电子器件的制造过程可能有300多个不同的加工步骤，可能需要6至8周的时间。在这个过程中，晶圆基材必须能够承受极端的制造条件，因为任何步骤的失败都会导致时间和金钱的损失。测试的内容 硬度晶片的附着力/抗划伤性和COF/磨损率必须满足一定的要求，以便在制造和应用过程中的条件下生存，确保不会发生故障。
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