Sensofar S mart三維輪廓儀用於摩擦塗層的表麵表征

　　Sensofar Smart三維輪廓儀用於摩擦塗層的表麵表征：磨損性能、厚度和粗糙度
 

　　摩擦學, 案例研究, 航空航天與汽車
 

　　納瓦拉大學-先進材料與數學研究所
 

　　納瓦拉公立大學(UPNA)的高級材料與數學研究所(INAMAT2)是一個多學科研究機構，匯集了不同科學領域(數學、物理、化學和材料科學)的研究人員。
 

　　“S mart 3D輪廓儀可以測量磨痕的真實形狀，使用該輪廓儀可以更精確地測量摩擦和磨損測試後磨痕的體積損失。”
 

　　#FormatImgID_0#
 

　　先進材料和數學研究所(INAMAT2)是一個匯集不同科學領域(數學、物理、化學和材料科學)研究人員的多學科研究所，秉承發展、傳播和傳遞各領域知識的共同目標。材料工程係在塗層和材料表麵改進方麵的研究有著悠久的曆史。
 

　　研究重點是改善類金剛石（DLC）塗層的摩擦力學性能。這類塗層采用新型PVD技術高功率脈衝磁控濺射（HiPIMS），通過正脈衝沉積在工具鋼上。這些塗層因其優異的耐磨性、極低的摩擦係數、*高的硬度或生物相容性而受到業界的高度關注。研究的目的是提高DLC塗層在不同鋼基材上的附著或耐磨性等摩擦力學性能。
 

　　我們期望借助Sensofar的3D米兰竞猜足球官网首页，在更高質量的2D和3D圖像中以更高的測量精度進行表麵表征。
 

　　我們測量了有塗層和無塗層圓形樣品和平麵樣品。使用不同的鋼材和陶瓷作為基材。使DLC等高質量塗層沉積在基材上。在這些樣品中，我們使用銷盤式摩擦計進行摩擦和磨損測試，然後測量磨痕。
 

圖1a：正在其中一個樣品上進行的摩擦和磨損測試
 

圖1b：摩擦磨損測試後其中一個樣品的圖像
 

圖2：用於確定塗層厚度的樣品
 

　　研究表麵或塗層的摩擦力學性能涉及許多關鍵參數：納米硬度、塗層與基材之間的附著力、粗糙度和/或者層厚或磨損性能。可以使用S mart輪廓儀，測量表麵粗糙度、塗層厚度和計算磨損係數所需的摩擦磨損測試後體積損失。
 

　　在工業應用中，耐磨性可決定材料的正確性能並確保更長的使用壽命，是一項非常重要的特性。確定這個數值並非易事，因為有許多因素在起作用：磨損機製存在變化，銷和圓盤都受到磨損。
 

　　磨損的表征並不簡單，但我們可以使用Sensofar輪廓儀，在磨損測試過程中實現最真實的磨損表征，並更好地測量體積損失。
 

　　體積測量
 

　　對於摩擦和磨損測試，我們使用直徑6 mm、表麵最大粗糙度Ramax 0.050 µm、硬度約為1650 HV的氧化鋁球。將不同的有塗層和無塗層工具鋼樣品作為圓盤。在測試中，圓盤在以下條件下圍繞銷旋轉：40 N負載、200 rpm轉速和20,000次循環，每個樣品在8、10和12 mm(軌跡半徑)處重複測試3次。測試後會出現磨痕，根據磨痕測量體積損失，以確定磨損係數。
 

　　利用共聚焦技術測量體積損失，測得的體積損失用於之後的耐磨性計算。物鏡的選擇取決於磨痕的寬度，對於觀察到最寬磨痕的無塗層樣品，使用5X和10X鏡頭，而對於磨痕較窄的有塗層樣品，使用20X和50X鏡頭。
 

　　圖3：塗層的體積損失測量值通過S mart 3D米兰竞猜足球官网首页(10X EPI)采集
 

圖4a：WC-C磨痕圖像
 

圖4b：共聚焦輪廓儀(10X明場物鏡)采集的ta-C塗層樣品磨痕圖像
 

　　為獲得最準確的數值，磨損係數通過兩種方式確定；一種是按照ASTM G99標準確定，另一種是直接通過體積損失的共聚焦測量確定。直接使用共聚焦輪廓儀測量時，將測量的體積損失值外推到整個磨痕，並根據體積損失值計算磨損係數。
 

　　圖5：通過ASTM G99標準(橙色圖)和共聚焦(藍色圖)測量的樣品磨損係數值的比較圖
 

　　通過S mart 3D輪廓儀實現了以最準確方式表征塗層耐磨性的主要目標。由於輪廓儀能夠在考慮磨痕真實形狀的情況下測量摩擦和磨損測試後的體積損失，因此通過共聚焦獲得的磨損係數值比按照ASTM G99標準計算的值更低並且更真實。
 

　　厚度和粗糙度測量
 

　　此外，還可以輕鬆測量樣品的表麵粗糙度和輪廓粗糙度，然後對比使用共聚焦和幹涉測量這兩種不同的測量技術獲得的數值。通過這種方式，可以保證得到的粗糙度值的精度。基材的粗糙度可能是塗層與基材之間附著力的決定因素。
 

　　圖6：使用50X物鏡的共聚焦顯微鏡得到的塗層工具鋼樣品表麵粗糙度測量值(截止值為0.08 mm)
 

圖7：通過幹涉測量(10XDI)得到的塗層工具鋼樣品輪廓粗糙度測量值
 

　　最後，采用快速、簡便的方法測量了塗層厚度。除了粗糙度外，還使用共聚焦和幹涉測量法測量了厚度，以證實結果。這種測量的主要優點是不需要破壞性測試就可以測量厚度。
 

圖8：塗層厚度測量值通過S mart 3D米兰竞猜足球官网首页采集
 

　　粗糙度和厚度測量均可通過共聚焦（50X）和幹涉測量（10X）完成。通過這種方式，我們試圖在深度上實現最高分辨率，以獲得最準確的數值。
 

　　有許多參數對於研究表麵或塗層的摩擦力學性能非常重要，如納米硬度、塗層與基材之間的附著力、粗糙度、層厚或磨損性能。
 

　　
 

　　Sensofar的米兰竞猜足球官网首页可以評估所有這些特性，並且比其他表征方法更為準確。最後應該指出的是，S mart輪廓儀的多功能性、速度和易用性使我們可以選擇使用不同的技術來證實獲得的數值。