书山有路勤为径，学海无涯苦作舟
膜基结合力的划痕法实验分析(1)
用划痕实验探索了综合表征膜基结合力的方法。

在瑞士CSM 仪器的微划痕测试仪(Micro2Scratch Tester,MST 划痕仪) 对真空多弧离子镀设备制备的WC2Co/TiN 膜基结合力进行划痕实验,系统地介绍了如何利用MST 划痕仪所测的声发射数据、摩擦力数据及光学、电子扫描划痕形貌来综合评定膜基结合力, 并用WS292 划痕仪对评定结果进行验证。

在金刚石压头沿着薄膜表面线性加载法向载荷的过程中,薄膜会出现微裂纹、破裂、从基体剥离、塑性失效(犁沟) 等(以下称之为结合失效) 。

当薄膜出现结合失效时,声发射信号峰会突然增强,然而干扰声信号、弧离子镀薄膜中大颗粒的存在等也可能产生声发射信号峰,因而出现声发射信号峰值处的法向载荷可作为
临界载荷的初步评定值。

当摩擦因子为常量时,摩擦力- 法向载荷曲线为直线;当划痕过程中膜基结合失效时,摩擦因子发生变化,摩擦力突然变大或变小,在曲线上出现拐点,但拐点也会出现在大颗粒等异常位置加载处。

在MST 划痕仪上,采用光学显微镜可以跟踪观察声发射信号峰或拐点处的划痕形貌,用于修正临界载荷。

本研究采用声发射强度突然变化、切向摩擦力变化拐点及划痕形貌三种方
法综合评定临界载荷。

1、声发射强度突变时的临界载荷
图1 是不同磁过滤电流下沉积的TiN 膜样品,在MST 划痕仪划痕过程的声发射图谱。

从图可见,根据纵坐标的声发射信号峰值所对应的横坐标,初步判定A、B 样品的TiN 膜的临界载荷分别为2612N、28N。

但C 样品与D 样品的各存在三处声发射信号峰值,分别对应的横坐标为2414N、2514N、2613N 与917N、2510N、2713N。

声发射图谱存在多个峰值,声发射强度的突变异常问题。