POWIERZCHNIE

Metody badań:

• SEM, TEM, mikroskopia świetlna

• MES

• sztuczna inteligencja

• badana chropowatości, twardości, skrawności, korozyjne, przyczepności

• analiza fraktalna

Czynniki wpływające na adhezję powłok:

• mikrostruktura materiału

• aspekty środowiskowe otoczenia

• obciążenia zewnętrzne

Scratch test - wykonanie rysy na badanej powłoce przy użyciu diamentowego wgłębnika Rockwell C przy wzrastającym obciążeniu Fn.

Obciążenie krytyczne Lc - obciążenie przy którym następuje oderwanie powłoki od podłoża. Zależy od: twardości i chropowatości powłoki i podłoża, szybkości przesuwu wgłębnika, szybkości przyrostu obciążenia.

Adhezja - łączenie się ze sobą powierzchniowych warstw faz.

Kohezja - oddziaływania cząsteczkowe zachodzące w głębi, a nie na powierzchni ciała.

Obciążenie krytyczne Lc1 - obciążenie, przy którym zaczynają pojawiać się pierwsze uszkodzenia.

Obciążenie krytyczne Lc2 - obciążenie, przy którym następuje oderwanie powłoki od podłoża.

Sposoby wyznaczania Lc2:

• obserwacja optyczna na mikroskopie

• analiza emisji akustycznej

• analiza krzywej siły tarcia

Uszkodzenia powstające podczas badania metodą zarysowania:

• wybrzuszenie powłoki

• wykruszenie powłoki

• złuszczenie powłoki

• pęknięcia konforemne

• pęknięcia wywołane rozciąganiem

Rodzaje zużycia twardych powłok:

• zużycie ścierne

• wykruszenie

• pęknięcia kohezyjne

• wgniecenie

• złuszczenie

Zużycie - proces postępującego ubytku materiału od powierzchni powłoki w wyniku obciażeń mechanicznych.

Rodzaje zużycia:

• adhezyjne

• dyfuzyjne

• erozyjne

• ścierne

• zmęczeniowe

SEM

Budowa:

• działo elektronowe

• kondensory

• przysłona

• cewki odchylające wiązkę

• soczewka skupiająca

• detektory

• komora próbki

Zasada działania:

• wiązka jest przemieszczana po badanym obszarze wzdłuż kolejnych linii

• elektrony ulegają absorpcji i odbiciu od próbki emitując elektrony wtórne, Augera i promieniowanie rentgenowskie

• powiększenie 10 - 10^5x

• zdolność rozdzielcza zależna od średnicy wiązki elektronów i rodzaju sygnału

Katodoluminescencja - emisja promieniowania elektromagnetycznego o długości fali z zakresu nadfioletu, światła widzialnego i podczerwieni występujące pod wpływem naświetlania luminoforów wiązką elektronów.

Podstawowe badania:

• badania topografii przełomów

• badania zgładów

• badania rozmieszczenia pierwiastków

• obserwacja próbek poddanych czynnikom korozyjnym

Mikroanaliza:

• jakościowa (zależność między długością fal promieniowania charakterystycznego a rodzajem występujących w próbce pierwiastków)

• ilościowa (pomiar natężenia linii spektralnych pierwiastków przy nieruchomej wiązce elektronów)

• powierzchniowa (ocena różnic w jakościowym składzie chemicznym)

• liniowe rozmieszczenie pierwiastków (określa zmiany ilości danego pierwiastka wzdłuż linii)

TEM

Typy TEM:

• transmisyjny (wiązka przenika przez badany cienki preparat)

• odbiciowy (część elektronów zostaje rozproszonych z powierzchni badanej grubej próbki)

Badane parametry:

• struktura

• defekty sieci krystalicznej

• skład chemiczny

• badania dyfrakcyjne

Rodzaje obserwacji:

• dyfrakcyjne (analiza fazowa)

• obserwacje w polu ciemnym (tworzenie obrazu struktury jednej z wiązek ugiętych)

• obserwacje w polu jasnym (przesłona obiektywu wycentrowania w wiązce przechodzącej)

Idea wykonywania badań/zasada działania:

• analiza elektronów rozproszonych pod danym kątem po zastosowaniu przesłon i detektorów

• obraz jest projekcją 2D struktury próbki w kierunku padania wiązki

• mała przysłona obiektywowa, duża kondensora

• relatywnie grube próbki

AFM

Cechy mikroskopii:

• badanie powierzchni próbki zaostrzoną sondą (długość - kilka mikrometrów, średnica < 10nm) umieszczoną na końcu dźwigienki, której wychylenie tworzy obraz topografii próbki

• występują siły van der Waals'a

Tryby pracy:

• kontaktowy (dźwigienka kilka dziesiątych nm od próbki (delikatny kontakt), występują siły odpychania))

• bezkontaktowy (dźwigienka kilkanaście nm od próbki, występują siły przyciągania)

Przewodnościowy AFM:

• pomiędzy sondą a próbką indykowane jest napięcie elektryczne

• tryb bezkontaktowy stałej wysokości

XPS

• widoczne refleksy elektronów

• tło tworzą niesprężyście rozproszone fotoelektrony

• jakościowa i ilościowa analiza składu chemicznego warstwy powierzchniowej

• próbka wzbudzana promnieniowaniem X niskiej energii

AES (Auger)

• Ek elektronu Augera zależy od energii wiązania w danym atomie

• jon ze stanu wzbudzonego music powrócić do podstawowego (przeskok elektronu z wyższego poziomu energetycznego i uwolnienie energii)

Raman:

• naświetlanie próbki światłem laserowym i badanie wiązki rozproszonej pod kątem długości, intensywności i polaryzacji.

• najsilniejszy refleks w tej spektroskopii pochodzi od wiązki, które powstaje przez emisję promieniowania o tej samej częstotliwości