共聚焦白光幹涉儀 | 用於摩擦塗層的表麵表征：磨損性能、厚度和粗糙度

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(chong) 磁控濺射（HiPIMS），通過正脈衝(chong) 沉積在工具鋼上。這些塗層因其優(you) 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(ye) 界的高度關(guan) 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(men) 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(men) 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(wei) 基材。使DLC等高質量塗層沉積在基材上。在這些樣品中，我們(men) 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(ge) 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(ge) 樣品的圖像。

圖2：用於(yu) 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(guan) 鍵參數：納米硬度、塗層與(yu) 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(yi) ，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(ti) 積損失。

在工業(ye) 應用中，耐磨性可決(jue) 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(ge) 數值並非易事，因為(wei) 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(men) 可以使用Sensofar輪廓儀(yi) ，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(ti) 積損失。

體(ti) 積測量

對於(yu) 摩擦和磨損測試，我們(men) 使用直徑6 mm、表麵最大粗糙度Ramax 0.050 µm、硬度約為(wei) 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(wei) 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(ge) 樣品在8、10和12 mm（軌跡半徑）處重複測試3次。測試後會(hui) 出現磨痕，根據磨痕測量體(ti) 積損失，以確定磨損係數。

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

圖3：塗層的體(ti) 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(yi) （10X明場物鏡）采集的ta-C塗層樣品磨痕圖像。

為(wei) 獲得最準確的數值，磨損係數通過兩(liang) 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(ti) 積損失的共聚焦測量確定。直接使用共聚焦輪廓儀(yi) 測量時，將測量的體(ti) 積損失值外推到整個(ge) 磨痕，並根據體(ti) 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(yi) 實現了以最準確方式表征塗層耐磨性的主要目標。由於(yu) 輪廓儀(yi) 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(ti) 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(liang) 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(yu) 基材之間附著力的決(jue) 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(wei) 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(you) 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(men) 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(yu) 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(yu) 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(wei) 準確。最後應該指出的是，S mart輪廓儀(yi) 的多功能性、速度和易用性使我們(men) 可以選擇使用不同的技術來證實獲得的數值。