真空科学与技术学报a_删SEJOURNALOFVACUUMSC皿NCEANDTECHNOLOGY第29卷第2期2OO9年3、4月划痕法综合评定膜基结合力瞿全炎，邱万奇曾德长H刘正义(1．华南理工大学材料科学与工程学院、金属材料科学与工程系广州510640；2．广东省特种设备检测院广州510655)MeasurementofTiNFilmSubstrateInterfacialAdhesionbyScratchingQuQuanyan1,2,QiuWanqi，ZengDechang卜，LiuZhengyi(1．觚ofMadMatenk~Sde／／o~andEng／neer／ng，SchoolofMuter／a／sSc／enceand，SouthCh／naofTechno／ogy，Ql嘞u510640，Ch／na；2．C．uangdongInstituteofSpecialEquipmentInspection，Guo2~．olt，510655，Ch／na)AbstractTheTiNfilmsweredepositedbyvacuummulti—arcionplatingonWC—Cosubstrate．Thescratchtracksmadethamicro—scratchtester(MST)werecharacterized’vithanopticalmicroscopeandscanningelectronmicroscope(SEM)．Theadhesionattheinterfaceoft}leTiNfilmsandthesubstratewerethenevaluatedbycalculatingtheaCOUStice—missionandfrictionalforcedataobtainedwiththeMST．andtheopticalimagesandSEMmicmgraphsofthescratches．resultsshowthatneitheracousticemissionspectranorfrictionforcecurvecanexclusivelydeterminetheadhesionstrength；thecriticalloadandtheinterfacialadhesionCanonlybepreciselyevaluatedbycombiningtheacousticemissionspectra．thefrictionforcecurveandtheScratchtruckmorphologies．I11emeasuredresultwiththeMsTagreeswellwitht}1atobtainedwitl1WS-92scratchtester．KeywordsScratchtest；Adhesionstrength；Evaluation；WC—Co／TiN摘要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(Micro-ScratchTester，MST划痕仪)对真空多弧离子镀设备制备的WC—Co／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WS-92划痕仪对评定结果进行验证。评定结果表明，单一的声发射图谱或摩擦力曲线不能准确判定膜基结合力的表征值临界载荷，声发射图谱、摩擦力曲线与划痕形貌综合评定临界载荷结果才可信。WS-92划痕仪测量的结果验证了MST划痕仪评定结果的准确性。关键词划痕试验结合力综合评定WC—Co／TiN中图分类号：TB34文献标识码：A文章编号：1672-7126(2009)02。184-04膜基结合力是硬质薄膜非常重要的力学性能⋯1，膜基结合力表征是其研究的重要环节_2J。用于膜基结合力表征的方法有划痕法、拉伸法、弯曲法、刮剥法、胶带剥离法、摩擦法、超声波法等l_3j。划痕法是表征膜基结合力最广泛、也是研究最多的—种方法。众多学者对划痕的弹塑性变形理论模型[]、划痕失效形式[、影响临界载荷大小的内部因素(划痕速度、加载速率、压头直径与磨损情况等)与外部因素(基体硬度、薄膜厚度、薄膜表面粗糙度、膜与压头摩擦因子等)[。J进行了研究，对于解释膜基结合失效及临界载荷大小，做出了很大的贡献。划痕法表征膜基结合力的关键是如何判定临界载荷，在文献[8]中提到可以用划痕试验所获得的声发射数据、摩擦力或划痕深度及划痕形貌来评定临界载荷。在文献[11]中采用声发射图谱与摩擦力曲线分析了临界载荷，但没有用划痕形貌分析临界载荷；文献[12]分别将出现裂纹处的加载载荷定义为低临界载荷，而在薄膜完全剥落时定义为高临界载荷。收稿日期：2008-03-07基金项目：国家自然科学基金广东省联合基金重点项目(No．U0734001)、国家自然科基金(No．50874050)、广东省科技计划(No．2007B010600043，2006A11002001，No．2007BOlO600(X~)及广州市科技计划(No．2006Z2．130131，No．2006B2-DO121与No．2006Z3一D0281)的资助*联系人：Tel／Fax：(020)87111278；E-mail：medczeng@scut．edu．ca第2期瞿全炎等：划痕法综合评定膜基结合力研究者在利用划痕数据来判定临界载荷的准则各不一致，导致划痕试验判定膜基结合力的结果存在差异。本研究用瑞士CSM仪器的微划痕测试仪(Mi—ero．ScratchTester，MST划痕仪)对多弧离子镀设备制备的WC—Co／TiN膜基结合力进行...
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