涂层微冲击试验

主题

背景

这项技术是如何起作用的

结果意味着什么

冲击测试如何应用于产品开发

微电子学中的冲击试验

技术的潜力

背景

微冲击测试是由Micro Materials开发的一种新的重复接触技术，随着公司寻求优化涂层附着力、韧性和抗侵蚀磨损性能，该技术正变得越来越普遍。欧洲杯足球竞彩它的有用之处在于能够比传统试验更接近、更快速地模拟疲劳过程中发生的磨损情况。

这项技术是如何起作用的

该技术本身(如图1所示)基于该公司现有的NanoTest纳米级压痕和划痕测试技术。这项技术的关键改进是在样品支架上附加一个压电振荡器，并将其直接连接到信号发生器上。当信号发生器打开时，样品在高频振荡(在双头箭头所示的方向)，根据提供给探针的能量，产生冲击或接触疲劳行为。以一个小的振荡振幅，探头保持与表面接触，造成周期性压缩和松弛的表面在接触点。这种重复的应力循环会导致接触疲劳，最终导致断裂和脱粘。在较高的振荡振幅，探头在表面“反弹”，不断冲击和反冲从表面。当接触能发生变化时，例如，当接触能在表面断裂或涂层脱粘后成为能量吸收时，探头反冲发生变化。通过监测探针深度的变化，实时跟踪测试过程中的涂层磨损情况。

结果意味着什么

图2显示了TiN涂层冲击试验的典型结果。整个测试均施加100mN的静态负载。在此之前，它已经被检查以确保在正常的压痕测试中没有涂层失效。在允许蠕变的30秒加载周期后，样品以80Hz振荡。探针立即开始反复撞击涂层表面，导致疲劳过程中表面损伤逐渐累积。这导致探头位置在250秒后发生瞬时突变，表明随着与涂层厚度相对应的探头深度的变化，出现了灾难性的故障。冲击试验后测试表面的扫描电镜图像证实了粘连失效。图3中的扫描电镜图像显示了在故障点之后的测试表面，可以看到一个清晰的撞击坑。通过对不同时间测试的SEM图像进行对比，可以发现，疲劳过程中圆形裂纹不断扩大，导致粘接失效。

冲击测试如何应用于产品开发

在一个典型的涂料开发项目中，一个大型的研发部门将(通常相当不加选择地)使用许多目前可用的方法来评估涂料性能。然而，这种“散弹枪”方法也有它的问题。只有实验室试验模拟了实际使用中的接触条件时，试验数据才有用，这样结果才能可靠地用于解决工业磨损问题。例如，当涂层在使用过程中经历重复的冲击或侵蚀时，如划痕测试等“单次”表征方法的结果并不总是与最终产品性能很好地相关。在这些条件下，涂层经常因疲劳过程而失效(在应力低于屈服强度的大量循环后)。在正常的划痕测试中，产生良好粘附涂层失效所需的施加载荷往往过高，与许多使用情况相对应。相反，在恒定载荷划痕试验中，当划痕试验本身在类似接触压力下不足时，发现试样振荡会导致涂层快速脱粘。失效时间与涂层与基材的附着力有关，因此测试结果可用于优化涂层工艺。

微电子学中的冲击试验

冲击技术在微电子学中也有了新的应用。特别是聚合物/非聚合物界面(如聚酰亚胺- sio2)₂)可能是封装和互连可靠性的一个令人担忧的问题。这些材料欧洲杯足球竞彩具有不同的物理和机械性能，最终会导致应力的积累，并最终导致界面分层导致组件失效。借助安装在NanoTest上的高分辨率显微镜，测试探针可以精确定位在芯片上感兴趣的小区域上，如图4所示。当振幅较低时，探头仍与表面接触，造成重复应力循环，导致接触疲劳。由于试样在高频振荡，因此可以在很短的时间内进行延长(高周)疲劳试验。

技术的潜力

由于涂层可靠性支撑着航空航天、生物医学设备、陶瓷、汽车、耐磨涂层、聚合物薄膜、封装和微电子等行业，因此，该技术的应用将具有深远意义，特别是在附着力测试方面。

主要作者:Ben Beake博士

资料来源:《材料欧洲杯足球竞彩世界》第9卷第2期第3页，2001年3月17-18日。

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