安東帕:劃痕測試參數的優化
劃痕測試廣泛用于測試不同基體上涂層的機械穩定性,劃痕測試經常用作制造過程可靠性的衡量標準(ISO 20502 / ASTM C1624)。劃痕測試的目的是盡可能物理分析過程中通過感興趣涂層中獲取盡可能多的測試信息,使測試可以解釋預期應用的失效機理,例如I型斷裂或II型斷裂。與準靜態壓痕相比,更接近實際接觸情況。
但是,如果可以通過軟件建模和仿真來預測分析結果,則劃痕測試方法甚至可以更加強大。對劃痕測試進行建模仿真前必須選擇相關的自由度,針尖幾何形狀和法向載荷。
通過使用SIO的FilmDoctor®Studio軟件,通過考慮側向力以及通過不同幾何針尖和法向載荷引及樣品傾斜,從而對劃痕測試進行仿真建模,最大程度地模擬劃痕過程。例如,對三個不同的劃痕進行了分析,使用了半徑為20μm,50μm和200μm的球形針尖以及載荷分別為1 N,20 N和80 N,得出的Von Mises應力分布。通過先前確定的薄膜(EC1,EC2)和基材(ES)的彈性模量,可以使此模擬更加精確。
可以根據國際標準,經驗或由SIO軟件和納米壓痕測試得到的模擬應力分布選擇合適的劃痕測試參數。這些劃痕測試參數的初步確定,可以根據摩擦系數選擇側向力,并且假定表面為平面。顯然,這些不同的劃痕參數導致完全不同的應力分布,及分布的最大值的位置和最大值。
Mises應力分別集中在薄膜的第一層和第二層界面, Von-Mises應力最大值應與測試目標深度吻合,因為預計隨后的劃痕測試的靈敏度將在這些深度范圍內。此外,最大值應在相關應用情況的范圍內充分超過目標成分的屈服強度,以確保發生失效。