應用介紹

劃痕儀如何識別DLC涂層的損傷機制

涂層是提高系統摩擦學性能的一種廣泛應用的表面改性方法。耐久性和對基體的附著力是重要參數，Ducom劃痕試驗機 是快速篩選和了解材料表面涂層行為的一種廣泛應用的技術。雖然聲發射（AE）和摩擦力（FF）的明顯變化表明了劃痕過程中的損傷事件，但使用顯微鏡進行目視檢查是確定涂層失效機制的最可靠方法。在這項研究中，我們報告了劃傷損傷機制的商業類金剛石涂層使用Ducom Unitest。scratch模塊具有稱重傳感器（0.1至200N）、摩擦力傳感器、聲發射傳感器、深度掃描和在線光學成像（放大倍數高達500倍）。

圖1. 與光學成像系統集成的用于劃痕測試的線性運動臺的單元測試。先進的軟件可以自動縫合劃痕圖像并疊加在測力圖上。

使用半徑為200μm的標準羅克韋爾金剛石壓頭尖劃傷DLC涂層。劃痕試驗參數如表1所示。使用無缺陷（裂紋、切屑和凹坑）的羅克韋爾金剛石尖端可確保準確的評估和重復性。使用光學顯微鏡和三維光學輪廓測量模塊的組合，確定了用于劃痕測試的良好觸針。（參考補充信息）

表1.鋼基體DLC涂層的劃痕條件（hrc62）

涂層失效模式

利用與涂層失效模式對應的內聯成像和特征摩擦力特征，我們確定了DLC涂層的多種失效機制（見圖2）

 圖2實時法向載荷、切向力和Ducom Unitest的縫合光學圖像。逐步破壞機制與摩擦系數（在觸針和涂層之間測量）的相關性也被強調。

表2中給出了基于目視觀察和與Ducom Unitest中摩擦力響應相關的臨界破壞載荷。確定了三種不同的損傷機制，如下所述。

表2類金剛石涂層的臨界失效載荷和失效機理描述。

負載<Lc1

在該區域，涂層經歷塑性變形，無明顯損傷。牽引（摩擦）系數在0.1～0.15之間，這對DLC涂層是合理的。

Lc1<荷載<Lc2（粘結破壞）

在這個區域，相對較小的橫向裂紋形成于軌道邊緣，作為孤立事件。這種劃傷方向的穿透厚度裂紋是由觸針后面的拉伸應力引起的。裂紋產生的摩擦力信號變得嘈雜。

Lc2<負載<Lc3（粘合失效-1）

在這個區域，隨著負載的增加，孤立的邊緣碎片會轉變成簇。這種裂紋要么是由于開裂和隆起（屈曲），要么是由于壓縮應力引起的完全分離（剝落）。當觸針接觸到軌道邊緣受損的涂層時，摩擦力的斜率會發生相應的變化。

負載>Lc3（粘合失效-2）

在這個區域，分層從邊緣延伸到軌道的中心，將涂層以補丁的形式分開，最終導致嚴重的層裂。觸針在粗糙的軌道上前進，與涂層和底層基底接觸，摩擦力急劇增加。

如表3所示，這種損傷機制（通過厚度開裂、剝落和剝落）是韌性基底上薄脆涂層的特征。

表3。不同涂層-基體組合的失效機理（改編自Bull，1997，摩擦學會）

Ducom Unitest具有在線成像和高保真摩擦力傳感器，可識別和區分先進涂層劃傷過程中的粘結和粘附失效模式。它為下一代表面工程改造的耐久性和損傷容限的研究和科學見解提供了一個高性能平臺。

它為下一代表面工程改造的耐久性和損傷容限的研究和科學見解提供了一個高性能平臺。

圖4光學輪廓測量和顯微成像，以識別好的和壞的鉆石造型。對稱輪廓線（輪廓儀）和光滑反射面（顯微鏡）意味著一個好的觸針，將提供準確和可重復的結果。壞的觸針尖端有面和平臺，而不是半球形幾何。Ducom Unitest平臺提供三維非接觸輪廓測量和光學成像。