压头半径对玻璃表面薄有机涂层划痕试验结果的影响

来源期刊：材料保护2020年第6期

论文作者：刘晓芳 高志强

文章页码：35 - 40

关键词：划痕试验;硬度计压头半径;载荷;薄涂层;剥离;失效模型;

摘    要：纳米划痕是一种薄膜力学性能的评价方法,然而,当膜层厚度小于10 nm时,压头大小对划痕的深度、宽度及变形状态影响较大,较难保证试验结果的有效性。为了快速对超薄膜层进行纳米划痕测试,采用不同半径的压头,在施加不同载荷的情况下,研究了压头半径对玻璃表面薄有机涂层纳米划痕试验结果的影响。利用纳米划痕仪和扫描电子显微镜(SEM)对划痕形貌及伴随的力学信号转换进行了分析和研究。结果表明:施加从6 mN线性增加至10 mN的载荷,在10μm半径压头所得划痕中,涂层失效包含塑性形变、裂纹、撕裂和剥离等4种模型,并且在各临界点的法向力Fn和划痕深度Pd均有清晰的转换信号;在2μm半径压头所得划痕中,压头较早地撕裂涂层,导致Fn和Pd信号只出现短暂的小幅波动,并且在涂层剥离失效之前,Pd超过压头半径r,压头两侧对涂层变形的影响大于压头半径,因此试验结果缺乏有效性;而在50μm半径压头所得划痕中,尽管直至试验结束之前,Pd未超过r,然而Fn和Pd转换信号不明显,这不利于对涂层形变过程中力学性能的分析。该研究结果可为纳米划痕试验中压头半径的选择以及对划痕试验结果有效性的评估提供决策支持。