粘合剂和胶粘剂涂层失效
涂层失效会对工业环境中表面的寿命和功能造成损害,因此评估涂层耐久性和性能的有效方法至关重要。在材料评估中广泛使用的一种方法是划痕测试,它通过在表面上施加临界载荷来确定涂层和散装材料的内聚性和粘合性。这项技术可以确定潜在的失效点,并深入了解涂层在不同条件下的行为,是优化和改进涂层性能的宝贵工具。
在本文中,我们将深入探讨划痕测试的测量原理、方法、可检测的失效类型以及影响临界载荷的因素。有了这些基本知识,材料科学家和工程师就能更好地评估和提高涂层的可靠性。
划痕测试方法
划痕测试法是研究内聚涂层和粘合涂层失效的关键技术。这种广泛使用的方法是使用针尖半径范围在 1 到 200 μm 之间的球形锥形测针制造受控划痕。划痕是在恒定加载或以固定加载速率逐渐加载的情况下产生的,同时测针以恒定的速度在样品上移动。通过这些测试可以确定临界载荷,从而突出涂层耐久性的极限。渐进载荷测试的临界载荷是发生可识别失效的最小载荷,而恒定载荷测试的临界载荷则是观察到正常失效的载荷。划痕测试的结果极大地促进了各种应用领域中更具弹性涂层的开发,使这种分析成为材料科学和工程学的重要组成部分。
粘合剂和胶粘剂成本计算故障
块状材料在临界载荷下会出现开裂或塑性变形等内聚失效,而涂层样品则可能在较低载荷下出现涂层保形或拉伸开裂。但是,随着载荷机制的加强,涂层可能会从基体上脱离,出现剥落、弯曲或崩裂。图 1 说明了划痕测试的原理。出现这些失效的原因有很多,例如涂层与基体之间的附着力不足、热膨胀系数不匹配、应力不均匀等。了解涂层失效的不同类型及其内在机理,对于设计出更坚固、更能承受恶劣环境的涂层至关重要。这些知识不仅有益于科学界,也服务于依赖先进涂层提高产品性能的多个行业。
图1: 刮擦测试原理
影响临界载荷的因素
划痕测试是研究各种涂层行为及其与底层基材相互作用的重要工具。它生成的数据具有高度的可重复性和定量性,可以帮助我们深入了解涂层的强度和附着力。从划痕试验中获得的临界载荷不仅取决于涂层-基底复合材料的内聚强度和粘附强度,还取决于其他各种因素。表 1 总结了这些参数,其中包括与试验本身有关的因素以及与涂层-基底系统有关的因素。通过了解这些变量之间复杂的相互作用,研究人员可以更深入地了解涂料在不同条件下的性能,并努力提高其整体性能。最终,这些知识可以帮助开发出更坚固、更有效的涂层,从而更好地抵御故障并延长关键部件的使用寿命。
划痕测试参数
表面与压头之间的摩擦系数 | 装载率 |
散装材料的内部应力 | 刮擦速度 |
涂层-基底系统的材料硬度和粗糙度 | 压头尖端半径 |
基底硬度和粗糙度 | 压头材料 |
涂层硬度和粗糙度 | 测试规格参数 |
涂层厚度 | 样品规格参数 |
表1: 影响临界载荷的参数列表。
划痕测试的优势在于它能够提供可重复的定量数据,因此是定量检测内聚性和粘合性微小变化的常用方法。它能够比较涂层,评估制造工艺或批次变化的影响,使研究人员能够更深入地了解涂层行为。也许最重要的是,划痕测试有助于识别和分析涂层失效机制。事实证明,这些知识对于开发更坚固、更高效的涂层材料和工艺非常有价值。
确定临界载荷的方法
显微镜观察
最有参考价值的技术之一是使用显微镜观察。这种方法能够区分涂层内部的内聚失效和涂层-基材系统界面的粘合失效。
切向(摩擦)力记录
通过分析划痕沿线的力波动,研究人员可以识别和关联在显微镜下观察到的故障。一般来说,样品的失效会导致摩擦系数发生明显变化,如阶梯或斜率变化。失效的摩擦响应与所研究的涂层-基底系统密切相关。
声发射 (AE) 检测
这种技术包括检测材料内部微裂纹形成和传播时产生的弹性波,从而在显微镜观察到微裂纹之前进行早期检测。这种方法的灵敏度使其在预测各种材料涂层故障的发生方面具有重要价值。通过量化 AE 产生的能量水平,可以准确确定临界负荷,防止灾难性故障的发生。
深度感应
深度感应是确定临界载荷的一种有效方法。通过分析测试过程中深度数据的突然变化,可以识别分层。此外,残余划痕深度信息以及表面参考校正可以让我们深入了解测试过程中涂层的塑性变形和弹性变形。色度三维非接触成像和原子力显微镜的使用还可以在测试后进行完整的划痕轮廓成像,进一步增加分析的细节。最终,通过深度传感确定临界载荷是防止涂层失效和提高产品性能的重要工具。
总结
在使用涂料的行业中,涂层的内聚性和粘合性失效是需要评估的一个重要方面。这种评估通过划痕测试得以实现,划痕测试是一种重要的测量原理。深入了解该方法的失效类型和关键负载的影响因素,可为专业人员提供有关涂层行为和性能的宝贵见解。得益于划痕测试的可重复性和灵敏性,它已成为材料评估的重要工具。通过将划痕测试纳入质量控制措施,各行业可以改进涂层和制造工艺。划痕测试的不断进步和研究将有助于各行各业开发出耐用可靠的涂层。因此,划痕测试在减轻涂层失效的不利影响方面的意义怎么强调都不为过。