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《划痕试验法对特殊薄膜系结合力的检测与评价》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。
1、第8卷第4期分析测试技术与仪器Volume8Number42002年12月ANALYSISANDTESTINGTECHNOLOGYANDINSTRUMENTSDec.2002分析测试新方法(218～225)划痕试验法对特殊薄膜系结合力的检测与评价132华敏奇,袁振海(1.中国科学院兰州化学物理研究所,甘肃兰州730000;2.广州有色金属研究院,广东广州510651)摘要:简要介绍了划痕试验法测量表面薄膜与基体结合力的测试原理和实验方法,讨论了影响临界载荷Lc测量值准确性的主要因素.通过对薄膜系的分类以及大量实际测量数据的总结和分析,认为被测薄膜以及基体的物理
2、化学特性对临界载荷的测量具有重要的影响,单纯从声发射信号的变化来确定临界载荷的方法有可能存在较大误差.分析和讨论了某些特殊薄膜系的声发射信号与其实际临界载荷值之间存在较大偏差的现象和原因,并提出了针对不同膜系,合理利用声发射曲线、摩擦力斜率以及显微观测来正确判定临界载荷的必要性.关键词:划痕试验法;膜2基体结合力;临界载荷Lc中图分类号:O655.4文献标识码:A文章编号:100623757(2002)04202182081划痕试验法原理临界载荷Lc与界面失效应力具有线形对应关[2～4]系.通常为方便起见,在实际应用过程中常将薄膜与基体的界面结合力是决定薄膜可
3、靠性和Lc值作为评价同类材料界面结合强度的主要参数.使用寿命的重要因素,同时也是测试设备的生产与划痕试验法即是用形状特定的压头在薄膜2基使用所关注的焦点之一.测定薄膜与基体界面结合体组合体的薄膜表面上滑动,在此过程中连续线性力的试验方法很多,如摩擦抛光试验、喷丸试验、弯增加载荷L,当达到一定值,即临界载荷值Lc时,薄曲试验、拉力试验、压痕试验以及划痕试验等等,相膜与基体开始剥离,此时脆性薄膜会产生高强且连应的测试设备也大多已经商品化.划痕试验法具有续波动的声发射信号,声发射峰出现波动的起始点操作简便、直观、可量化比对等特点,且在一定程度所对应的载荷值即为被测膜
4、材料从基体脱落的临界上可以模拟实际工况等优点,已被国际上多数国家载荷Lc.图1示出了典型的声发射信号2载荷测量[1]所采用.目前国内也已陆续引进、研制和生产了曲线.从测量图上可以得出该膜的临界载荷为26多种型号的划痕试验机,而且已形成了部颁行业标N.其实当压头在膜表面划行时就是一种变载的摩准《气相沉积薄膜与基体附着力的划痕试验法》(JB/擦过程,与声发射信号一样,当压头划到膜材料从基[2]T855421997).划痕试验的基本原理就是在载荷恒体脱落时,摩擦力F也将随载荷相应地发生变化.定增大的方式下,保持划针匀速直线划刻薄膜直至因此,摩擦力也可以作为判断临界载
5、荷Lc的依据.膜破坏,通过监测整个过程中声发射信号或者其它从压头的逐渐加载及其运动形式分析,薄膜的可动态测量量的变化标定出薄膜破坏时的临界载荷破坏经历了三个典型阶段[2]:首先,当载荷较低时划值Lc,然后根据临界载荷测量值以及膜材料的一些痕内部光滑.随着载荷的增加被划薄膜内开始出现物理参数计算得到膜与基体的界面失效应力.根据少数裂纹,此时的载荷达到了薄膜内聚失效的临界部颁行业标准JB/T855421997所提供的经验公式,载荷.在这一阶段,薄膜的破坏主要是轻微塑性变作者简介:华敏奇,男,19632,工程师,主要从事划痕试验机的开发与划痕试验法标准的建立工作.3
6、通讯联系人.收稿日期:2002208216;收到修改稿日期:2002210223.©1994-2009ChinaAcademicJournalElectronicPublishingHouse.Allrightsreserved.http://www.cnki.net第4期华敏奇等:划痕试验法对特殊薄膜系结合力的检测与评价219图1典型的利用声发射原理测定的划痕实验曲线Fig.1Typicalscratchingcurvebasedonthemeasuringprincipleofsoundemission形.因此划痕宽度较窄,摩擦力小,声发射信号也较体材料强
7、度、降低薄膜—基体界面能,均可提高粘附平稳.在第二阶段,由于载荷较高,当压头划过后,能,从而达到提高Lc值.弹性恢复引起薄膜表面的规则的横向裂纹产生,随压头在薄膜上的滑行是一种变载的摩擦过程,载荷的进一步增加,薄膜逐渐被压入基体并产生塑根据材料的摩擦学原理,分析影响其摩擦系数μ的[5,6]性变形,从而产生新的横向裂纹,裂纹逐渐变密且方主要因素有三个方面.即粘着摩擦μa:由对偶材向变得不规则,直至划痕内部薄膜开始出现大片剥料之间界面粘着斑的变形和剪断引起;变形摩擦离,划痕宽度也明显变宽,膜的塑性变形将显著增μd:塑性变形消耗机械能;犁削摩擦μp:在有切向运大,有
8、时还会出现划痕边界处薄膜局部小片剥落的
