划痕试验法表征薄膜涂层界面结合强度
合集下载
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
!区：在较高 L 时，在划痕内部的薄膜中，在压 头划过后因弹性恢复引起源于表面的规则的横向裂 纹；在增大的 L 作用下，薄膜逐渐被压入基体并产 生塑性变形，从而产生新的横向裂纹，随 L 继续增 大裂纹逐渐变密且方向变得不规则，直至划痕内部 薄膜开始出现大片剥离，划痕宽度 d 明显变宽，摩 擦力及塑性变形突然增大，有时还会出现划痕边界 处薄膜局部小片剥落的现象. 此时的 L 即薄膜基体界面附着失效的临界载荷 L c.
内也已陆续引进、研制和生产了多种划痕试验机. 中科院兰州化学物理研究所和大连理工大学起草制
定了《气 相 沉 积 薄 膜 与 基 体 附 着 力 的 划 痕 实 验 法 》
（J B!T8554 -1997 ）于1998 年1 月开始实施［4 ，5 ］.
! 划痕试验法原理
!"! 划痕试验法简介 划痕试验法是用一个直径约200 "m 的半球形
（1 ）在临界载荷 L c 时，压头与薄膜- 基体组合 体之间的摩擦系数#c 越大，L c 越小.
（2 ）在临界载荷 L c 时，划痕的宽度d c 越大，L c 越大.
（3 ）薄膜的厚度I f 越大，L c 越大. （4 ）薄膜的杨氏模量 E f 较大，泊松比"f 较小， 对应的 L c 较大. （5 ）薄膜- 基体界面粘附能 W 较大时，临界载 荷 L c 较大. 2. 2 影响 !c 的因素 划痕试验中影响薄膜破坏失效的临界载荷 L c 的因素很多，可分为试验固有参数和外来参数两类，
薄膜及界 面 层 同 时 受 到 剪 应 力 和 张 应 力 的 联 合 作
用，应变能以形成界面层裂纹和使薄膜- 基体分离 两种主要形式释放出来. laugie 将产生这种界面失 效的应力 ! 与此界面的粘附能 W 联 系 起 来 并 给 出［4 ］：
W=
1 2
I
f!2／E f
（1 ）
式中 W ———膜- 基界面的粘附能
（2 ）电子探针法 用电子探针对划痕沟槽进行 化学分析，如果测得基体成分，表明薄膜已划破，在
划痕方向开始划破处的载荷为临界载荷 !c. 电子 探针法只能测出薄膜表层与基体的脱离状况，而许
多情况是先出现 !c 开裂，这样会造成误判. （3 ）声发射检测法 不同载荷作用下的声发射
不同，压头将涂层划破或剥落时发出的声信号有突
W=
If 2E
［"f #c
f
L
c／（I
fd
c
）］2
式（3 ）变形可得
（3 ）
式中
L c = #dc"cf（2I f E f W ）1／2
（4 ）
L c ———临界载荷
#c ———临界载荷 L c 作用下的压头与薄膜-
基体组合体之间摩擦系数
d c ———临界载荷 L c 作用下的划痕宽度 显然，影响 L c 的因素有：
变，此时的垂直载荷即为临界载荷 !c. （4 ）切向力法 在线性增加的载荷作用下进行
划痕试验时，可通过切向摩擦力测量法求 !c. 当压 头划针将薄膜划破或使之脱落时，摩擦系数将发生
图2 测定 !c 自动划痕试验机的结构原理图 Fi g .2 Struct ure of scratch testi ng eCui p ment
f or deter mi nati on !c
压头连续加载电机使洛氏硬度计标准压头连续 加载，同时，位移电机沿水平方向匀速拖动试样台， 从而在试样上形成划痕；声发射探头探测划痕产生 的声发射强度并输入微机，切向摩擦力传感器连续
较大变化，切向力由此亦发生变化，此时的载荷即为
涂层的临界载荷. 切向力法测得完全划破或脱落后 的情况. 该方法主要用于2 #m 以下及较软薄膜结 合强度的测量，对金属基体上陶瓷薄膜的结合强度
示及存贮数据与图形. 1.3 临界载荷 !c 的确定方法
临界载荷 !c 的确定方法主要有4 种： （1 ）显微观察法 用反射光或扫描电镜对划痕 进行观察，以出现薄膜开裂或脱离的最小负荷为临
界载荷 !c. 由于划痕时薄膜有开裂（共轭裂纹、拉 伸裂纹）、剥落、皱折、碎屑等不同的破坏形式，而不
同的破坏形式对应的临界载荷 !c 不同，这限制了 显微观察法的应用.
能增大，而使 Lc 降低. 因此，降低薄膜中残余内应 力有利于提高 Lc.
（4 ）薄膜- 基体粘附能 W W 是将薄膜从基 体上剥离下来所需的能量. 当取一级近似时
W !0 .5（!Gfc + !Gcs ）-!f"s 式中 !Gf c ———薄膜内聚能，决定于薄膜强度
!Gsc ———基体内聚能，由基体强度决定 !f"s ———薄膜- 基体界面能，决定于基体和薄 膜材料的结构和性质一致性及界面键合状态
I f ———薄膜的厚度
!———界面失效的应力
E f ———薄膜的杨氏模量
Attar 在 Bur nett 和 Bul 等前人工作的基础上，
进一步改进，得［4 ］
!= "F#A = "#L／（I f d ） 式中 #———摩擦系数
"———泊松比 F ———摩擦力，F = #L L ———垂直载荷 A ———作用面积，A =I f d
金刚石压头在薄膜表面上滑动，在此过程中通过自
动加载机构连续增加垂直载荷 !，当 ! 达到其临界 载荷!c 时，薄膜与基体开始剥离，薄膜- 基体界面 临界载荷 !c 即压头完全划透薄膜并使之从其基体 上连续剥离所需要的最小载荷；同时，压头与膜基体
系的摩擦力 " 相应发生变化. 此时，脆性薄膜会产
［收稿日期］2002 -09 -12 ［基金项目］国家自然科学基金资助项目（50275069 ）；江苏大学微纳米科学技术研究开放基金资助项目 ［作者简介］冯爱新（1970 - ），男，江苏东台人，讲师，博士生，主要从事薄膜检测、模具设计与制造、机械制造的研究.
随着薄膜技术的广泛应用，人们对涂层应用的 可靠性和使用寿命提出越来越高的要求，而薄膜与 基体的结合性能在很大程度上决定了涂层应用的可 靠性和使用寿命，是得以发挥薄膜涂层作用的基本
条件，也是涂层制造过程中普遍关心的问题. 涂层 与基体的结合强度是影响涂层质量的首要指标.
测量薄膜涂层界面结合强度的试验方法很多，
16
江 苏 大 学 学 报（自 然 科 学 版）
第24 卷
生声发射，通过传感器获取划痕时的声发射信号、载
荷的变化量、切向力的变化量. 经放大处理，输入计 算机经 A!D 转换将测量结果绘制成图形，在声发射
信号~ 载荷曲线上临界载荷值 !c 处对应得出声发 射峰（图1 ），此时临界载荷 !c 即为薄膜与基体结合 强度的判据.
d ———划痕宽度 将式（2 ）代入式（1 ），得
（2 ）
具体列于表1 中.
表1 影响临界载荷 !c 的因素 Tab .1 Factors of i nfl uence critical load
固有参数
外来参数
加载速度 基体性质
划痕速率 基体硬度
压头尖半径 基体模量
压头磨损 机械因素
基体热膨胀 系数
"区：在 L "L c 以后，压头与基体直接接触，使 基体塑性变形快速增大，声发射强度 K 和摩擦力F 均较大，但无明显继续增大的趋势.
2 影响 !c 的因素
2. 1 理论分析 压头对其前方的薄膜产生压应力，加上在薄膜
制备过程中产生的残余内应力，均以弹性应变能的 形式贮存在薄膜及其与基体的界面层中；在划痕过 程中，由于泊松效应使压应力转变为张应力，从而使
低薄膜的表面粗 糙 度 Ra f ，降 低 摩 擦 系 数 #，提 高 L c ；同时小的 Ra S 还有利于薄膜生长完善，减小内 应力，从而提高 L c.
（3 ）薄膜残余内应力 薄膜- 基体界面开始失 效时，较高的内应力可使薄膜及界面层释放的应变
18
江 苏 大 学 学 报（自 然 科 学 版）
第24 卷
第24 卷第2 期
江 苏 大 学 学 报（自 然 科 学 版）
Vol .24 No .2
2003 年3 月
Journal of Jiangsu Uni versit y（Nat ural science editi on ）
Mar .2003
!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!
有划痕法、压痕法、弯曲法、冲击法、拉伸法及断裂力
学法等355
种［3
］
.
在所有实用的膜- 基界面结合强
度检验方法中，尤其是硬质薄膜- 基体界面结合强
度的 检 验 方 法 中，仅 划 痕 检 验 法 得 到 广 泛 的 应 用 .
划痕检验操作简便、直观、可量化，且在一定程度上
模拟实际工况等优点，已被世界多数国家所采用，国
划痕试验法表征薄膜涂层界面结合强度
冯爱新1 ，张永康1 ，谢华琨2 ，范 真1
（1 . 江苏大学机械工程学院，江苏 镇江 212013 ；2 . 成都工具研究所，四川 成都 610056 ）
［摘 要］薄膜- 基体界面结合性能是直接关系到膜- 基体系最终使用性能和可靠性的关键因素 和首要指标. 划痕试验法是唯一广泛应用于测量硬质薄膜- 基体界面结合强度的实用的检验方 法. 文中给出划痕试验法表征薄膜涂层界面结合强度的原理、方法与过程，以及临界载荷 !c 的确 定方法，分析影响临界载荷 !c 和压头与薄膜- 基体组合体之间摩擦系数! 因素. 最后，介绍了常 用划痕试验检测的薄膜体系及其特点与划痕形貌.
表面涂层技术是提高材料表面性能的重要手段 之一（另一重要手段是表面改性技术），是用极少量 的材料赋予零件和构件表面耐磨、耐腐蚀、耐热、耐 疲劳、耐辐射以及光、热、电、磁等特殊性能，起到即 使用大量昂贵的整体材料也难以起到的作用，大量 节约了资源和能源，可充分发挥基体材料和涂层材 料的潜能，降低生产成本［1 ，2 ］. 薄膜涂层技术和厚膜 涂层技术是涂层技术发展的两个方向. 近年来，随 着表面工程技术和纳米技术的发展，薄膜技术发展 迅速，人们能够用多种方法制备各种微纳尺度薄膜， 满足各种性能要求. 目前，薄膜涂层技术已广泛用 于航空、航天、机械制造、电子技术、光学工程及计算 机工程等各个领域.
要用于2 #m 以下及较软薄膜涂层的测量，当划针 将涂层划破或脱落时，摩擦系数将发生较大变化，切
向力由此亦发生变化，此时的载荷即为原理
测定 !c 的自动划痕试验机的结构原理如图2
所示.
检测压头与薄膜之间的摩擦力并输入微机；微型计
算机用以实施测试自控和自动处理数据，并动态显
可见，提高薄膜和基体材料强度、降低薄膜- 基 体界面能，均可提高粘附能 W ，从而提高 Lc. 2. 3 影响摩擦系数! 的因素
［关键词］薄膜涂层；结合强度；划痕试验法
［中图分类号］TB43 ［文献标识码］A ［文章编号］1671 -7775（2003 ）02 -0015 -05
磨损、腐蚀和疲劳是零件或构件在工作过程中 失效的最主要的三种形式，尤其是在高速、高温、高 压、重载、腐蚀介质等工作条件下，往往因零件或构 件表面局部损坏而使其失效，最终导致设备报废. 而这些失效现象，大都发生在材料表面，因而采取各 种手段以提高材料的表面性能，无疑是增加零件安 全可靠性或延长使用寿命的非常有效的措施.
图1 划痕试验结果 Fi g .1 Result of scratch testi ng
涂层附着力划痕试验仪通常有两种检测模式：
一种是声发射法，主要适用于2 "7 #m 的硬质薄膜 涂层的检测，当压头将涂层划破或剥落时会发出微
弱的声信号，此时载荷即为涂层的临界载荷，由此可
得到涂层与基体的临界载荷；另一种为切向力法，主
的测量特别有用. 1.4 划痕试验过程
划痕试验过程可分为三个区段［4 ］. $区：在低! 时，划痕内部光滑；随! 增大划痕
第2 期
冯爱新等：划痕试验法表征薄膜涂层界面结合强度
17
内薄膜上开始出现少数裂纹，此时的 L 即薄膜内聚 失效的临界载荷L c ! ；划痕宽度 d 小，摩擦力小，有 轻微塑性变形.
基体表面 粗糙度
薄膜性质 薄膜表面 粗糙度 薄膜硬度
薄膜模量
薄膜脆性
薄膜应力与 界面性质
摩擦力与 摩擦系数
摩擦表面 条件
检验环境
表中主要因素有：
（1 ）基体材料硬度 基体材料硬度（HRC ）高， 则其屈服强度高，使其塑性流变（塑性变形）小，从而
使压头前面的薄膜中的张应力及薄膜剥离或翘起的
趋势均减弱，故基体硬度高有利于提高 L c. （2 ）基体材料表面粗糙度 Ra S Ra S 小有利于降
内也已陆续引进、研制和生产了多种划痕试验机. 中科院兰州化学物理研究所和大连理工大学起草制
定了《气 相 沉 积 薄 膜 与 基 体 附 着 力 的 划 痕 实 验 法 》
（J B!T8554 -1997 ）于1998 年1 月开始实施［4 ，5 ］.
! 划痕试验法原理
!"! 划痕试验法简介 划痕试验法是用一个直径约200 "m 的半球形
（1 ）在临界载荷 L c 时，压头与薄膜- 基体组合 体之间的摩擦系数#c 越大，L c 越小.
（2 ）在临界载荷 L c 时，划痕的宽度d c 越大，L c 越大.
（3 ）薄膜的厚度I f 越大，L c 越大. （4 ）薄膜的杨氏模量 E f 较大，泊松比"f 较小， 对应的 L c 较大. （5 ）薄膜- 基体界面粘附能 W 较大时，临界载 荷 L c 较大. 2. 2 影响 !c 的因素 划痕试验中影响薄膜破坏失效的临界载荷 L c 的因素很多，可分为试验固有参数和外来参数两类，
薄膜及界 面 层 同 时 受 到 剪 应 力 和 张 应 力 的 联 合 作
用，应变能以形成界面层裂纹和使薄膜- 基体分离 两种主要形式释放出来. laugie 将产生这种界面失 效的应力 ! 与此界面的粘附能 W 联 系 起 来 并 给 出［4 ］：
W=
1 2
I
f!2／E f
（1 ）
式中 W ———膜- 基界面的粘附能
（2 ）电子探针法 用电子探针对划痕沟槽进行 化学分析，如果测得基体成分，表明薄膜已划破，在
划痕方向开始划破处的载荷为临界载荷 !c. 电子 探针法只能测出薄膜表层与基体的脱离状况，而许
多情况是先出现 !c 开裂，这样会造成误判. （3 ）声发射检测法 不同载荷作用下的声发射
不同，压头将涂层划破或剥落时发出的声信号有突
W=
If 2E
［"f #c
f
L
c／（I
fd
c
）］2
式（3 ）变形可得
（3 ）
式中
L c = #dc"cf（2I f E f W ）1／2
（4 ）
L c ———临界载荷
#c ———临界载荷 L c 作用下的压头与薄膜-
基体组合体之间摩擦系数
d c ———临界载荷 L c 作用下的划痕宽度 显然，影响 L c 的因素有：
变，此时的垂直载荷即为临界载荷 !c. （4 ）切向力法 在线性增加的载荷作用下进行
划痕试验时，可通过切向摩擦力测量法求 !c. 当压 头划针将薄膜划破或使之脱落时，摩擦系数将发生
图2 测定 !c 自动划痕试验机的结构原理图 Fi g .2 Struct ure of scratch testi ng eCui p ment
f or deter mi nati on !c
压头连续加载电机使洛氏硬度计标准压头连续 加载，同时，位移电机沿水平方向匀速拖动试样台， 从而在试样上形成划痕；声发射探头探测划痕产生 的声发射强度并输入微机，切向摩擦力传感器连续
较大变化，切向力由此亦发生变化，此时的载荷即为
涂层的临界载荷. 切向力法测得完全划破或脱落后 的情况. 该方法主要用于2 #m 以下及较软薄膜结 合强度的测量，对金属基体上陶瓷薄膜的结合强度
示及存贮数据与图形. 1.3 临界载荷 !c 的确定方法
临界载荷 !c 的确定方法主要有4 种： （1 ）显微观察法 用反射光或扫描电镜对划痕 进行观察，以出现薄膜开裂或脱离的最小负荷为临
界载荷 !c. 由于划痕时薄膜有开裂（共轭裂纹、拉 伸裂纹）、剥落、皱折、碎屑等不同的破坏形式，而不
同的破坏形式对应的临界载荷 !c 不同，这限制了 显微观察法的应用.
能增大，而使 Lc 降低. 因此，降低薄膜中残余内应 力有利于提高 Lc.
（4 ）薄膜- 基体粘附能 W W 是将薄膜从基 体上剥离下来所需的能量. 当取一级近似时
W !0 .5（!Gfc + !Gcs ）-!f"s 式中 !Gf c ———薄膜内聚能，决定于薄膜强度
!Gsc ———基体内聚能，由基体强度决定 !f"s ———薄膜- 基体界面能，决定于基体和薄 膜材料的结构和性质一致性及界面键合状态
I f ———薄膜的厚度
!———界面失效的应力
E f ———薄膜的杨氏模量
Attar 在 Bur nett 和 Bul 等前人工作的基础上，
进一步改进，得［4 ］
!= "F#A = "#L／（I f d ） 式中 #———摩擦系数
"———泊松比 F ———摩擦力，F = #L L ———垂直载荷 A ———作用面积，A =I f d
金刚石压头在薄膜表面上滑动，在此过程中通过自
动加载机构连续增加垂直载荷 !，当 ! 达到其临界 载荷!c 时，薄膜与基体开始剥离，薄膜- 基体界面 临界载荷 !c 即压头完全划透薄膜并使之从其基体 上连续剥离所需要的最小载荷；同时，压头与膜基体
系的摩擦力 " 相应发生变化. 此时，脆性薄膜会产
［收稿日期］2002 -09 -12 ［基金项目］国家自然科学基金资助项目（50275069 ）；江苏大学微纳米科学技术研究开放基金资助项目 ［作者简介］冯爱新（1970 - ），男，江苏东台人，讲师，博士生，主要从事薄膜检测、模具设计与制造、机械制造的研究.
随着薄膜技术的广泛应用，人们对涂层应用的 可靠性和使用寿命提出越来越高的要求，而薄膜与 基体的结合性能在很大程度上决定了涂层应用的可 靠性和使用寿命，是得以发挥薄膜涂层作用的基本
条件，也是涂层制造过程中普遍关心的问题. 涂层 与基体的结合强度是影响涂层质量的首要指标.
测量薄膜涂层界面结合强度的试验方法很多，
16
江 苏 大 学 学 报（自 然 科 学 版）
第24 卷
生声发射，通过传感器获取划痕时的声发射信号、载
荷的变化量、切向力的变化量. 经放大处理，输入计 算机经 A!D 转换将测量结果绘制成图形，在声发射
信号~ 载荷曲线上临界载荷值 !c 处对应得出声发 射峰（图1 ），此时临界载荷 !c 即为薄膜与基体结合 强度的判据.
d ———划痕宽度 将式（2 ）代入式（1 ），得
（2 ）
具体列于表1 中.
表1 影响临界载荷 !c 的因素 Tab .1 Factors of i nfl uence critical load
固有参数
外来参数
加载速度 基体性质
划痕速率 基体硬度
压头尖半径 基体模量
压头磨损 机械因素
基体热膨胀 系数
"区：在 L "L c 以后，压头与基体直接接触，使 基体塑性变形快速增大，声发射强度 K 和摩擦力F 均较大，但无明显继续增大的趋势.
2 影响 !c 的因素
2. 1 理论分析 压头对其前方的薄膜产生压应力，加上在薄膜
制备过程中产生的残余内应力，均以弹性应变能的 形式贮存在薄膜及其与基体的界面层中；在划痕过 程中，由于泊松效应使压应力转变为张应力，从而使
低薄膜的表面粗 糙 度 Ra f ，降 低 摩 擦 系 数 #，提 高 L c ；同时小的 Ra S 还有利于薄膜生长完善，减小内 应力，从而提高 L c.
（3 ）薄膜残余内应力 薄膜- 基体界面开始失 效时，较高的内应力可使薄膜及界面层释放的应变
18
江 苏 大 学 学 报（自 然 科 学 版）
第24 卷
第24 卷第2 期
江 苏 大 学 学 报（自 然 科 学 版）
Vol .24 No .2
2003 年3 月
Journal of Jiangsu Uni versit y（Nat ural science editi on ）
Mar .2003
!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!
有划痕法、压痕法、弯曲法、冲击法、拉伸法及断裂力
学法等355
种［3
］
.
在所有实用的膜- 基界面结合强
度检验方法中，尤其是硬质薄膜- 基体界面结合强
度的 检 验 方 法 中，仅 划 痕 检 验 法 得 到 广 泛 的 应 用 .
划痕检验操作简便、直观、可量化，且在一定程度上
模拟实际工况等优点，已被世界多数国家所采用，国
划痕试验法表征薄膜涂层界面结合强度
冯爱新1 ，张永康1 ，谢华琨2 ，范 真1
（1 . 江苏大学机械工程学院，江苏 镇江 212013 ；2 . 成都工具研究所，四川 成都 610056 ）
［摘 要］薄膜- 基体界面结合性能是直接关系到膜- 基体系最终使用性能和可靠性的关键因素 和首要指标. 划痕试验法是唯一广泛应用于测量硬质薄膜- 基体界面结合强度的实用的检验方 法. 文中给出划痕试验法表征薄膜涂层界面结合强度的原理、方法与过程，以及临界载荷 !c 的确 定方法，分析影响临界载荷 !c 和压头与薄膜- 基体组合体之间摩擦系数! 因素. 最后，介绍了常 用划痕试验检测的薄膜体系及其特点与划痕形貌.
表面涂层技术是提高材料表面性能的重要手段 之一（另一重要手段是表面改性技术），是用极少量 的材料赋予零件和构件表面耐磨、耐腐蚀、耐热、耐 疲劳、耐辐射以及光、热、电、磁等特殊性能，起到即 使用大量昂贵的整体材料也难以起到的作用，大量 节约了资源和能源，可充分发挥基体材料和涂层材 料的潜能，降低生产成本［1 ，2 ］. 薄膜涂层技术和厚膜 涂层技术是涂层技术发展的两个方向. 近年来，随 着表面工程技术和纳米技术的发展，薄膜技术发展 迅速，人们能够用多种方法制备各种微纳尺度薄膜， 满足各种性能要求. 目前，薄膜涂层技术已广泛用 于航空、航天、机械制造、电子技术、光学工程及计算 机工程等各个领域.
要用于2 #m 以下及较软薄膜涂层的测量，当划针 将涂层划破或脱落时，摩擦系数将发生较大变化，切
向力由此亦发生变化，此时的载荷即为原理
测定 !c 的自动划痕试验机的结构原理如图2
所示.
检测压头与薄膜之间的摩擦力并输入微机；微型计
算机用以实施测试自控和自动处理数据，并动态显
可见，提高薄膜和基体材料强度、降低薄膜- 基 体界面能，均可提高粘附能 W ，从而提高 Lc. 2. 3 影响摩擦系数! 的因素
［关键词］薄膜涂层；结合强度；划痕试验法
［中图分类号］TB43 ［文献标识码］A ［文章编号］1671 -7775（2003 ）02 -0015 -05
磨损、腐蚀和疲劳是零件或构件在工作过程中 失效的最主要的三种形式，尤其是在高速、高温、高 压、重载、腐蚀介质等工作条件下，往往因零件或构 件表面局部损坏而使其失效，最终导致设备报废. 而这些失效现象，大都发生在材料表面，因而采取各 种手段以提高材料的表面性能，无疑是增加零件安 全可靠性或延长使用寿命的非常有效的措施.
图1 划痕试验结果 Fi g .1 Result of scratch testi ng
涂层附着力划痕试验仪通常有两种检测模式：
一种是声发射法，主要适用于2 "7 #m 的硬质薄膜 涂层的检测，当压头将涂层划破或剥落时会发出微
弱的声信号，此时载荷即为涂层的临界载荷，由此可
得到涂层与基体的临界载荷；另一种为切向力法，主
的测量特别有用. 1.4 划痕试验过程
划痕试验过程可分为三个区段［4 ］. $区：在低! 时，划痕内部光滑；随! 增大划痕
第2 期
冯爱新等：划痕试验法表征薄膜涂层界面结合强度
17
内薄膜上开始出现少数裂纹，此时的 L 即薄膜内聚 失效的临界载荷L c ! ；划痕宽度 d 小，摩擦力小，有 轻微塑性变形.
基体表面 粗糙度
薄膜性质 薄膜表面 粗糙度 薄膜硬度
薄膜模量
薄膜脆性
薄膜应力与 界面性质
摩擦力与 摩擦系数
摩擦表面 条件
检验环境
表中主要因素有：
（1 ）基体材料硬度 基体材料硬度（HRC ）高， 则其屈服强度高，使其塑性流变（塑性变形）小，从而
使压头前面的薄膜中的张应力及薄膜剥离或翘起的
趋势均减弱，故基体硬度高有利于提高 L c. （2 ）基体材料表面粗糙度 Ra S Ra S 小有利于降