[发明专利]用于检测硬质层的粘附特性的方法

说明书

本发明涉及一种用于检测层(1)在衬底(2)上的粘附特性的方法(100)，其中，对所述层(1)的至少一个部分区域(1a)加载(110)以横向的压应力σ，并且所述层在所述部分区域(1a)中的至少一个位置处局部受损(120、3、3a)，在该位置处，所述层处于所述压应力σ的作用下并且同时仍是完整的，其中，由气泡形脱落部(4)的产生和/或消失分析评价(130)所述粘附特性，所述气泡形脱落部从局部受损部(3、3a)出发在所述层(1)中扩展开。本发明还涉及相关的计算机程序产品。

技术领域

本发明涉及一种用于检测层在衬底上的粘附特性的方法，该方法尤其能用于高强度的磨损保护层。

背景技术

许多技术构件由基本材料构成，所述基本材料调质成具有一个或多个功能层。基本材料形成用于功能层的衬底。例如，在柴油喷射系统中高载荷的构件配设有高强度的耐磨层，例如类金刚石碳层(diamond-like carbon，DLC)。

这类经调质的构件的质量取决于磨损保护层的质量。如果磨损保护层失效，则基本材料会受到磨损并且构件会在短时间内损坏。因此，需要在开发和批量生产中至少随机地检查磨损保护层的质量。一个重要的质量特征是层粘附性。

这种研究尤其对于高强度的磨损保护层特别困难。这些层的硬度取决于特别强的内部粘结(内聚性)。这种粘结能够将层的在机械检测载荷下已经失去对基体材料的粘附性的区域保持在位置中，使得它们在随后的光学检查中表现为仍与基体材料牢固地连接。因此，该层的粘附强度被错误地评级为良好。实际上不是这种情况，而这可能在磨损保护层损坏后才显示出来，构件的损坏也是其不可避免的后果。

由DE 10 2014 223 068 A1已知一种用于确定层在衬底上的粘附强度的方法，在所述方法中，通过将合适的结构引入到层中来有针对性地削弱层的内部横向粘结。对于结构的给定的布置，这种减弱是否会导致层区域的剥落取决于层的粘附强度。以这种方式可以求出所寻求的粘附强度。

发明内容

在本发明的范围内，已经开发了一种用于检测层在衬底上的的粘附特性的方法。

根据本发明，该层的至少一个部分区域加载有横向的、即沿着该层走向的压应力σ。该层在该部分区域中的至少一个位置处局部受损，在该位置处，该层处于压应力σ的作用下并且同时仍是完整的。由气泡形脱落部的产生和/或消失(Ausbleiben)分析评价粘附特性，所述气泡形脱落部从该局部受损部出发在层中扩展开。

能量首先通过引入的压应力σ储存在层中，因为为了拉紧层必须做功来抵抗各个原子的排斥。压应力σ的强度通常处于以下量级中，在该量级中传递到关于衬底的边界面上的剪切力还不会导致粘附失效。这意味着，最初还不会发生层从衬底脱落。然而，如果发生这种脱落，则这可以评价为该层在衬底上的粘附性特别差的指标。因此已经可以尽早筛出粘附不良的层。处于压应力σ下的层在某种程度上相当于张紧的弹簧。

现在，在加载有压应力σ的区域中的局部受损部种下了胚，所述层相对于衬底的气泡形脱落部从该胚开始形成并且可以在层中扩散。一旦克服了层在衬底上的接合，则通过层中的压应力σ弹性地储存的能量会在该部位处被释放并用于形成气泡形脱落部。这相当于先前张紧的弹簧的侧向载荷，然后该弹簧侧向地弹出并释放储存的能量。

现在已知，一方面能定量地确定通过层中的压应力σ所储存的能量，另一方面，该脱落部能特别简单地直接通过气泡形的堆积被探测到并且能定量地被测量。以这种方式，可以确定能量释放率G，所述能量释放率是用于层在衬底上的粘附性的公认的定量的量度。能量释放率G具有量纲J/m²，即说明，每单位面积需要多少能量来破坏层和衬底之间的结合。因为1J＝1Nm，所以能量释放率G也能够以量纲N/m表示，并且因此理解为弹簧常数，所述弹簧常数使层和衬底之间的粘附结合抵抗脱落部的沿着标准化成单位长度的前沿的无穷小的推进力。