划痕测试:涂层表面的物理特性

标准划痕试验常规地用于测试在不同类型的衬底的涂层的机械稳定性，并已成为管理制造过程的可靠性的灵敏方法。它是根据不同的标准^12,13．

到样品表面上施加正常负载FN，一个金刚石触针（通常球形金刚石尖端几何结构）被利用。作为正常负载增加时，样品被同时以恒定的速度移动。在涂层结构中的所产生的应力可能会导致碎裂或在某些时候该涂层的剥落。在该特定的故障事件发生的临界载荷（LC）可从声发射信号进行测量，从发生在切向力，或者可以被观察为在光学显微镜特定表面变形的波动。此外，LC可以观察到如在后扫描面中的不连续（步骤）。然而，它可以是不可能或难以计算通用材料性质，例如，每个故障模式的临界应力，从这些标准测试，因为它们不被调查，其结果定制，以表面结构，不产生临界关闭涂层结构，但在衬底深处。因此，传统的划痕试验必须正确最初的尺寸。

热喷涂涂层的仪器压痕

使用上一篇文章(n37)通过物理分析纳米压痕测量确定的通用机械材料性能，后续的划痕测试可以很好地确定尺寸，如图2所示的流程图。在本研究中，只检测了TR样本。划痕测试的目的是从感兴趣的涂层中获得最佳测量数据，因此这些测试的物理分析可以解释未来应用的失效机制，如i型断裂或ii型断裂，与单一的载荷分量压痕相比，这与实际接触情况更接近。为了实现这一点，需要建立最合适的划痕试验自由度，即施加的法向力和压头几何形状。压头的几何形状是用压头半径来描述的，相对于球形压头(罗克韦尔)，一种常见的划痕测试笔。

该FilmDoctor^®Studio软件能够建模和模拟侧向力和由此产生的倾斜，因此它也可以用于与这些接触情况相关的划痕测试。结果,三个不同的划痕条件与球形硬度计压头20µm, 50µm和200µm半径和标准的1 N, 80 N, N和分别建模,随后·冯·米塞斯应力分布测量(图1)是基于先前测量弹性模量的衬底(ES)和层(EC1, EC2)。这些划痕试验参数可以根据经验或测量压痕的应力分布和根据现有的测量设备来选择。app亚博体育对于第一次量纲，切向力可以根据文献中的摩擦系数值选择，并假定表面为平面。很明显，这些不同的划痕参数导致了完全不同的应力分布、位置或最大值和最大值值。

图1所示。对于三种不同类型的具有球形尖端划痕Von Mises应力分布的模拟：20微米半径用1N正常负载为20N正常负载（B）（a）中，50米微米的半径，并用80 N正常负载200个微米半径（C）。该接口由白虚线表示。块十字线标记冯米塞斯应力的最大值。

von Mises应力最大值分别集中在涂层的第一层和第二层，如图1a和1b所示，而von Mises应力集中在基材中，如图1c所示。von-Mises应力最大值必须与感兴趣的深度一致，因为后续划痕测试的灵敏度预计在这些深度范围内。此外，在相关应用情况的限制范围内，最大值应超过相关成分的屈服强度，以确保发生故障。

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