آزمون های چسبندگی (2)

آزمون پیل (Peel Test)

در عمل، یک پوشش اغلب نمی توان یک مساحت بزرگ از پوشش را جداسازی کرد اما عموماً می توان این بخش ها را به صورت پوسته جداسازی کرد. برای مثال، با شروع از لبه های می تواند به ناحیه ی تخریبی بزرگی رسید.
آزمون پیل در اصل برای نوار چسب، توسعه یافته است. در واقع این آزمون، شرایط طبیعی را شبیه سازی می کند که یک نوار چسب، با آن روبروست. به هر حال، برای اندازه گیری میزان چسبندگی یک پوشش، یک نوار با عرض مناسب باید ابتدا بر روی نمونه و با استفاده از دو برش موازی، علامت گذاری شود. یک تجزیه و تحلیل بر روی شرایط آزمایش، که در شکل 6 بخش اول این مقاله، انجام شده است، نشاندهنده ی اثر زاویه ی اعمال بار می باشد. بنابراین، برخلاف نگاه اول که به نظر آزمون را ساده جلوه می دهد، جزئیات مربوط به فرایند جداسازی، پیچیده تر می باشد. در واقع جداسازی فیلم، تحت اثرات ترکیبی تنش های کششی مثبت و منفی و تنش های برشی، ایجاد می شود. علاوه بر این، ویژگی ویسکوزیته ی مواد تشکیل دهنده ی پوشش، باید در نظر گرفته شود و این ویژگی همچنین تحت تأثیر میزان پیگمنتی است که در داخل فیلم، وجود دارد. به عنوان نتیجه ای از پدیده ی ویسکوالاستیک، نتایج آزمون به طور قابل توجهی به سرعت فرایند جداسازی فیلم، وابسته است.
بنابراین، تجربه ی عمومی، این است که آزمون پیل در زمان اندازه گیری میزان چسبندگی فیلم های رنگی، می تواند یک روش عملی خوب، تلقی شود. اما این روش نتایجی ارائه می کند که باید بر اساس مکانیزم پیونددهی، تعریف شود.

روش بلیستر

تشکیل بلیستر یا جوش، عموماً اولین علامت از تخریب هر پوششی است که به منظور محافظت در برابر خوردگی، مورد استفاده قرار می گیرد. این روش برای بررسی رفتار یک چنین پوشش هایی تحت شرایطی مناسب است که در واقع جداشدن فیلم از زیرلایه، منجر به ایجاد بلیستر می شود.
این آزمون (شکل 1) به طور نرمال به شیوه ی زیر انجام می شود. اولاً پیش از اینکه رنگ مایع بر روی سطح نمونه پخش شود، یک سوراخ بر روی زیر لایه و در مکانی ایجاد می شود که بلیستر ایجاد شده است. سوراخ با استفاده از تفلون پوشیده می شود و به دلیل وجود تفلون، رنگ بر روی این بخش نمی چسبد. در واقع تولید سوراخ می تواند بعد از رنگ کاری و با استفاده از روش خوردگی جرقه ای، تولید شود.
جدا شدن فیلم شروع می شود و با مهیا نمودن یک فشار هیدرواستاتیک در سوراخ، این مسئله ادامه می یابد. در واقع این جداسازی با اعمال هوای تحت فشار و یا یک سیال، انجام می شود. در هر مورد، فشار یک اقدام اولیه به منظور ادامه ی فرایند جداسازی فیلم می باشد. برای بدست آوردن مقادیر مربوط به چسبندگی، تنش ماکزیمم و انرژی پیوند، ارتفاع و قطر بلیستر، باید اندازه گیری شود. یک سیستم نوری با بزرگنمایی متوسط، می تواند برای این هدف، استفاده شود. از این داده های هندسی به همراه مدول کششی فیلم و ضخامت آن، یک مقدار فشار بحرانی، می تواند محاسبه شود. این فشار است که موجب می شود بلیستر رشد کند و بنابراین، فشار می تواند اساسی برای تعیین استحکام چسبندگی باشد.
آماده سازی نمونه های آزمایش و رویه ی مورد استفاده در اندازه گیری، بسیار پیچیده است اما محدودیت این روش، در اصل با توجه به اطلاعات حاصله از نتایج و مکانیزم تشکیل بلیستر، برطرف می شود.

سیستم جداسازی محلی

در عمل، تخریب مکانیکی بر روی پوشش، اغلب به صورت موضعی، ایجاد می شود. این تخریب می تواند به صورت خراش یا تغییر شکل ناشی از ضربه باشد. به عنوان یک نتیجه، نه تنها خواص ظاهری پوشش، تخریب می شود، بلکه همچنین چسبندگی آن نیز افت می کند. شرایط ایده آل برای یک چنین عمل آوری، در واقع به عنوان یک اصل برای آزمون های چسبندگی خاص، هستند. نمونه هایی از وسایل سنجش چسبندگی لایه برداری، وجود دارد و روش استفاده از آنها به طور جزئی، توسعه یافته است. علاوه بر این، تغییر شکل ایجاد شده به دلیل فرایندهای بارگذاری خارجی، مورد تجزیه و تحلیل قرار گرفته است و روابط تئوری آنها، برای ارزیابی میزان جداسازی از سطح مشترک، موجود می باشد.

روش خراش

شکل 2 نشاندهنده ی اصول مربوط به روش آزمایشی است که در آن، مقاومت در برابر خراش و چسبندگی پوشش، می تواند مورد ارزیابی قرار گیرد. یک سوزن بارگذاری شده، در عرض سطح فیلم، کشیده می شود. یک رابطه ی ساده میان بار اعمالی و نیروی برشی ایجاد کننده ی جداسازی در پوشش، وجود دارد.
یک مقدار بحرانی در واقع شعاع سوزن وسیله است و با دقت مشابه با عرض ناحیه ی تماس، تولید شده است.
این پیشنهاد شده است که اطلاعات مستقیم بدست آمده از آزمون، با استفاده از اطلاعات اضافی مانند نتیجه ی بررسی پروفایل سطحی و یا نتایج حاصله از میکروسکوپ الکترونی روبشی، مورد بررسی قرار گیرد. در واقع این اطلاعات، جزئیات مفیدی در مورد توپولوژی خراش به ما می دهد. تحت این شرایط، حتی مقادیر چسبندگی در سیستم های چندلایه نیز می تواند تخمین زده شود.

جداسازی با ایندنتور

اگر ایندنتور سوزن شکل به صورت عمود بر سطح، بر روی سطح پوشش فشار داده شود، بیشتر تغییر شکل، در داخل فیلم ایجاد می شود اما یک میزان از اثرات جداسازی، در سطح مشترک، ایجاد می شود.
با توجه این وضعیت، که در شکل 3 مشاهده می شود، یک لایه برداری لحظه ای، می تواند محاسبه شود. در واقع این لایه برداری، یک معیار برای ظرفیت پوشش به منظور مقاومت در برابر تخریب می باشد. این متداول است که افزایش مساحت تدریجی در بخش جداسازی شده، با استفاده از وسایل نوری، اندازه گیری و ارزیابی شود.
این بدین معنا نیست که ضروری است رویه ی آزمون ایندنتاسیون محدود به سوزن باشد. در واقع ایندنتورهای با اشکال دیگر، نیز به طور موفقیت آمیز، مورد استفاده قرار گرفته اند. این نشان داده شده است که بهترین روش برای در نظر گرفتن شرایط مرزی در سطح مشترک (به عنوان اساسی برای مقدار چسبندگی)، استفاده از مخروط با زوایه ی 60 درجه به عنوان ایندنتور، می باشد. یک مزیت ضروی برای آزمون ایندنتاسیون، این حقیقت است که این روش مقادیری مطلق استحکام پیوند را به ما می دهد. این روش همچنین اطلاعات مفیدی در مرود دوام اتصال میان پوشش و زیرلایه تحت شرایط بارگذاری خاص، می دهد.

آزمون ضربه

برای تعیین مقاومت پوشش در برابر تراشیده شدن، مقادیر چسبندگی در سطح مشترک یکی از مباحث مورد علاقه می باشد. این وضعیت معمولاً در عمل تشدید می شود و تحت شرایط ایده آل، با استفاده از ایجاد ضربه بوسیله ی گلوله ی فولادی، می تواند اطلاعات مفیدی در این زمینه بدست آورد (شکل 4). انتقال نیرو از میان این فیلم معادل است با بارگذاری استاتیکی که به صورت تقریبی، برابر است با مقدار بدست آمده از آزمون ایندنتاسیون.
بنابراین، در ناحیه ی جداسایی پوشش و زیرلایه، دو نوع تنش فعال است. تنش کششی منفی در مرکز بخش جداسازی شده یکی از این تنش هاست و تنش دیگر، در واقع تنش برشی در ناحیه ی اصلی می باشد. این ابعاد از ناحیه ی جداسازی شده، در واقع دارای قطر ماکزیممی است که می توناد به عنوان معیاری برای چسبندگی در سطح مشترک، در نظر گرفته شود و این متداول است که از این قطر و در واقع ناحیه ی جداسازی، به عنوان معیاری برای چسبندگی، استفاده کنیم. یک ناحیه ی توسعه داده شده از بخش جداسازی، در واقع شاخصی است از میزان چسبندگی پایین.
در اصل، این ممکن است که حداقل، مقدار چسبندگی به صورت مطلق، محاسبه شود اما سپس برخی پارامترهای اضافی نیز باید در نظر گرفته شود. یک اثر قابل توجه بوسیله ی ضخامت فیلم، در اینجا، ایجاد می شود. برای فیلم های نازک، ناحیه ی جداسازی، در ناحیه ی متمرکز است که در نزدیکی محور ضربه می باشد. در نواحی دارای پوشش ضخیم تر، تحت شرایط یکسان آزمون، ناحیه ی بزرگتری تحت تأثیر تنش های اعمالی بوسیله ی، قرار گرفته است. جزئیات مربوط به این رابطه، می تواند به سهولت و با توجه به رویه ی خاصی، فهمیده شود که برای توزیع تنش در داخل یک فیلم، مورد تأیید است.
سایر پارامترها برای محاسبه ی استحکام چسبندگی در واقع به گلوله ی برخود کننده به پوشش، وابسته است. در واقع قطر، جرم و سرعت برخود گلوله، باید مشخص باشد و همچنین زمان برخورد نیز در محاسبات مهم می باشد.

روش های تشخیص عیوب

در عمل، این اغلب ضروی می باشد که هر عامل مخرب در استحکام پیوند میان فیلم و زیرلایه، تشخیص داده شود. در واقع در این حالت، جزئیات کمی مربوط به مقدار چسبندگی، مورد نیاز نیست. وجود عیوب، حتی عیوب بسیار کوچک، می توانند تشخیص داده شوند. بنابراین، آزمون های برای تشخیص علامت های اولیه مربوط به افت چسبندگی، بسیار مورد توجه قرار گرفته اند.
برخی روش ها، بر اساس اصول اکوستیکی یا ترمو- اپتیکی، پیشنهاد شده است. این روش ها که معمولاً در طی سال های اخیر، پشنهاد شده اند، کاربردهای زیادی در آینده نزدیک، پیدا می کنند.

سیستم الکتراسونیک پالس- اکو

ارزیای با استفاده از اکوهای التراسونیک، با توجه به اصل دمین های زمانی، به طور گسترده، برای تشخیص هر بی نظمی در داخل مواد، مورد استفاده قرار می گیرد. این روش می تواند برای ارزیابی کیفیت پیوند میان پوشش پلیمری و زیرلایه، مورد استفاده قرار گیرد.
با توجه به شکل 5، یک برخورد التراسونیک، به طور جزئی، انعکاس یافته و مقادیری از آن نیز در هر سطح مشترک، انتقال می یابد. این پالس ها می باشند که به طور جزئی در سطح مشترک انتقال می یابند و سپس متحمل انعکاس کلی در این سطح آزاد می شوند. کیفیت پیوند، در واقع به صورت بالاترین مقدار نسبی پالس ها، بیان می شود.
با وجود یک پیوند سالم در سطح مشترک، مقدار پالس انعکاس یافته در اینجا، به شدت کاهش می یابد. در عوض، مقدار پالس انتقال یافته ای که از میان زیرلایه عبور کرده است و از مرز آزاد، انعکاس یافته، تغییر می یابد. این سیگنال ها بوسیله ی سنسور، ارزیابی می شوند. اگر یک عیب، در سطح مشترک، وجود داشته باشد، در این بخش هوا وجود دارد و این مسئله نیز یکی دیگر از علائم جدا شدن پیوند می باشد. در این حالت، مقدار پالس التراسونیک به طور قابل توجهی، افزایش خواهد یافت علت این مسئله، امپدانس اکوستیک پایینی است که در این مکان، مشاهده می شود. بنابراین، شدت کمتری از پالس، انتقال می یابد و مقدار این پالس، به طور قابل توجهی، افت می کند.
ناحیه ای که در معرض پرتوی التراسونیک، قرار گرفته است، می تواند به ناحیه ای با اندازه ی کوچک، محدود شود. در نتیجه، این احتمال وجود دارد که نمونه ی آزمایش، به صورت بصری، مورد بررسی قرار گیرد و مکان هایی که استحکام چسبندگی از بین رفته را تعیین نمود.

تجزیه و تحلیل انتشار اکوستیک

از آنجایی که این مشاهده شده است که سنسورهای اکوستیک بسیار کوچک، می تواند اثرات جدا شدن پیوند در میان یک ماده ی پیوسته را تشخیص داد، از این رو، از این پرتوها، برای ارزیابی رفتار اتصالات متصل شده به هم و تحت بارگذاری، استفاده می شود.
بنابراین، این روش می تواند همچنین با اندکی اصلاح، مورد استفاده قرار گیرد (شکل 6) و میزان جداسازی فیلم از زیرلایه را بررسی کرد. سیگنال های اکوستیک بدست آمده، در واقع نشان دهنده ی بخش های شکسته شدن منفرد هستند. به عنوان یک اصل، این فرایند موجب جداسازی پیوند میان پوشش و زیرلایه می شود. به هر حال، هر جدایش در میان فیلم، می تواند موجب ایجاد سیگنال های صوتی خاص شود که البته شدت آنها پایین است.
به هر حال، این امکان، به همراه داشتن این مسئله که انواع گسترده ای از طیف های اکوستیک پالیسی قابل استفاده می باشد، برای ما مفید می باشد. در واقع استفاده از انواع مختلف پالس اکوستیک، امکان تشخیص عیوب را در سیستم پوششی فراهم می آورد؛ با وجود اینکه، اطلاعات مناسبی در مورد نتایج اولیه و تفسیر مناسب در این روش، ضروری می باشد.

تشخیص ترموگرافیک عیوب

مزیت اصلی مربوط به روش های ترموگرافیک، می تواند این حقیقت باشد که این روش ها، نقشه هایی از توزیع دما در سطح به ما ارائه می دهند. این اصل به طور موفقیت آمیز، برای تشخیص عیوب موجود در سطوح زیرین، استفاده می شود.
همانگونه که در شکل 7 مشاهده می شود، این شار حرارتی موجود در قطعه ی آزمایش است که به سمت سطح حرکت می کند و از این رو، اگر یک مانع در برابر تشکیل یک عیب و یا ناحیه ی جدایش، وجود داشته باشد، توزیع یکنواخت دمایی، از بین می رود. شکل ناحیه ای که در آن، کاهش دمایی، مشهود است، بوسیله ی سنسورهای فروسرخ، تشخیص داده می شود. این عدم توزیع، نتیجه ای از عیوب واقعی هستند که با چشم قابل رویت نیستند. تطابق میان شکل واقعی ناحیه ی جدایش و تصویر آن بر روی سطح، می تواند اطلاعات مفیدی به ما ارائه کند. این وضعیت مشابه با تشکیل سایه در زمانی است که نور به جسمی برخورد می کند.
به عنوان نتیجه ی کلی، ابعاد خطی ناحیه ی جدایش، حداقل باید دو برابر فاصله ی سطح مشترک و سطح باشد. تحت این شرایط، ایجاد عیوب در سطح، می تواند مورد انتظار باشد.

منبع مقاله : Coating technology handbook/ Arthur A. Tracton