试样,压头,法向力
参数 | 膜材料 | 薄膜厚度µm | 硬度平均绩点 | 杨氏模GPa | 屈服强度GPa | 泊松比 |
示例1 | a - c: H | 4 | 14.5 | 120 | 10.9 | 0.2 |
示例2 | a-C(高sp3.) | 5 | 50.0 | 542 | 30.1 | 0.2 |
示例3 | 得了 | 3. | 15.0 | 170 | 8.8 | 0.2 |
示例4 | a - c: W (17%) | 3. | 14.5 | 140 | 9.5 | 0.2 |
示例5 | a - c: H(结构) | 4 | 12.2 | 103 | 9.0 | 0.2 |
- 压头1:金刚石,初始半径67 μm, 5力50mn ~ 1000mn
- 压头2:金刚石,初始半径6 μm, 7力5mn ~ 200mn
- 压头3:硬质金属,初始半径100 μm, 4个力100mn ~ 1000mn
磨损率结果总结
- DLC涂层在缓慢振荡运动和约50%湿度时,接触压力约为接触面压力的10% - 30%时开始磨损屈服强度.
- 当接触压力达到屈服强度时,磨损机理发生变化。
- 对于光滑表面,磨损率大约与接触压力成正比。每次滑动增加的深度小于0.15 nm,因此只有0 - 2个原子层。磨损是一个没有颗粒退化的连续过程。
- 对于含氢DLC,磨损开始于较低的归一化接触压力。
- 对于这种类型的磨损,较高的硬度水平并不有利。在相同载荷下,硬涂层的(绝对)磨损率与软涂层大致相同。
- 由硬金属制成的涂层磨损率是金刚石尖端的2.5倍。
- 对于所研究的磨损类型,磨损率与摩擦之间没有相关性。
用半径约10微米的球形压头在熔融二氧化硅试样上施加了几个压痕。同样的压头也被用来扫描标本。图2显示了玻璃表面有800 mN(左上)和2倍500 mN的凹痕。在较低的力下,附加的压痕已完全具有弹性。200 mN的压痕在光学上很难识别,然而,几纳米的小塑性变形可以被测量出来。
- 在接触力为15 mN的情况下进行测量。这是一个相对较大的扫描力,但接触是完全弹性的,它允许更好地测量预期的小摩擦系数的横向力。扫描范围对应于屏幕上最高放大倍率约为3350的光学图像的图像尺寸为97µm x 77.5µm。其他试验参数如下:
- 45行
- 每行扫描时间:25秒(高分辨率)
- 数据速率8hz
- 偏移量10%(在分析范围之外的附加扫描长度,以排除启动-停止影响)
- 振荡频率40hz
- 振幅0.1 V(对应约5 nm位移和0.8 mN力幅)
法向力信号的映射允许清楚地检测压痕位置,因为当压痕滑入压痕时力变低,而当压痕滑出时力变大。力控制不够快,无法抵消这种效果。
在这里,在200 mN压痕的位置也可以看到轻微的变形。当只给出振动的力幅值时,也可以得到类似的结果(图4)。
为了确定杨氏模量,不仅需要接触刚度(可以很容易地从测量的力和位移振幅中获得),还需要正确的压痕深度。因此,位移测量的零点校正是必要的。可以在同一个分析窗口中进行。熔融二氧化硅的杨氏模量映射结果如图5所示。除压痕位置外,整个区域都很好地达到了72 GPa的期望值。在那里,假设一个平面的分析模型是不正确的,因此结果太大。
金刚石尖端与玻璃之间的摩擦系数由侧向力与法向力的比值得到。如图6和图7所示。在压痕位置,摩擦沿运动方向减小,如图3所示,当尖端移出压痕时摩擦增大。
在平坦区域,摩擦系数在0.7 - 0.8之间。只有在标本的前部,它略低。原因尚不清楚。
所有呈现的特性的测量都是在一次扫描中进行的,扫描时间相对较长,大约在2000年左右。极大地减少扫描时间是可能的;然而,更快的移动可能导致散射增加。