بخش 6.1.3

در آزمون‌های سایش، از دست رفتن مواد از سطح در زمان حرکت مکرر پروب برروی سطح اندازه‌گیری می‌شود. این کار را می‌توان یا از طریق آزمون‌های زمان واقعی انجام داد که در آن حرکت نقطه‌ای ثابت از پروب به سمت نمونه در طول آزمون پایش می‌شود، یا از طریق اندازه‌گیری آسیب ایجاد شده پس از اتمام آزمون آن را انجام داد. باید توجه داشت که پروب هم ممکن است به‌علت وجود لایه‌های فصل مشترک در طول آزمون سایش از نمونه جدا شود.

پایش موقعیت نسبی پروب نسبت به سطح می‌تواند انجام شود که در عین حال اطلاعات مفید را ارائه می‌دهد، اما باید این نکته مشخص شود که این روش فقط معیاری برای آسیب به هر دو مواد در سطح تماس را ارائه می‌کند، که همان نمونه و پروب می‌باشند. در برخی از مواد، استفاده از پروب به منظور اندازه‌گیری نیمرخ سطح اولیه نمونه امکان پذیر است و این کار از طریق انجام یک روش اولیه از سطح و تحت نیروی کم می‌باشد که به منظور ایجاد خسارت کمتر و یا عدم خسارت به سطح، قبل از شروع آزمون انجام می‌شود. این نیمرخ عرضی آغازین را می‌توان به‌عنوان مرجع اولیه مورد استفاده قرار داد که می‌تواند در اندازه‌گیری‌های بعدی از مکان پروب کاسته شود.

اندازه‌گیری‌های آسیب به نمونه را می‌توان به چند روش انجام داد. تعیین نیمرخ عرضی با استفاده از AFM روش مناسبی برای اندازه‌گیری آسیب است. این روش غالباً از طریق اندازه‌گیری نیمرخ عرضی سایش در راستای عمود بر مسیر حرکت انجام می‌شود. این روش می‌تواند از طریق اندازه‌گیری تعدادی از نقاط در طول مسیر انجام شود (حداقل۳ نقطه توصیه می‌شود). پارامترهایی از قبیل عمق آسیب، پهنای مسیر سایش و مساحت سطح مقطع هر آسیب مهم است. بهتر است ناحیه‌ای از سطح روبش شود و سپس مساحت سطح مقطع میانگین ناحیه را از طریق داده‌های مساحت محاسبه کرد (به شکل۲ مراجعه شود). این روش به‌ویژه برای خراشیدگی‌هایی مفید است که در آن‌ها ریخت شناسی¹ خراشیدگی در طول خراش متغیر است.

میکروسکوپی نوری هم کانون نیز می‌تواند مورد استفاده قرار بگیرد. این روش تفکیک پذیری عمق مناسبی دارد (۱۰ nm یاکمتر)، اما باید اطمینان حاصل کرد که این روش، توان تفکیک‌پذیری جانبی کافی برای ارزیابی آسیب سایش را بطور مؤثر دارد. تفکیک پذیری جانبی به‌وسیله طول موج نور محدود می‌شود.

روش دیگر برای سنجش آسیب استفاده از عکس‌برداری به روش استریو SEM است. در این روش دو عکس یا بیشتر با زاویه‌های متفاوت گرفته می‌شود و یک نرم افزار برای محاسبه تصویر سه بعدی آسیب، مورد استفاده قرار می‌گیرد. باید به این نکته توجه داشت که غالباً در کناره‌های مسیرهای سایش برجستگی وجود دارد و ارائه تعریف معین از این لبه‌ها نیازمند دقت است.

1-Morphology

از آن جایی که عمق‌ها و حجم‌های سایش با توجه به یک صفحه مرجع مورد اندازه‌گیری قرار می‌گیرند، این نکته مهم است که مجموعه داده‌های اندازه‌گیری شده به اندازه کافی بزرگ باشند و به خوبی تا اطراف ناحیه آسیب دیده توسعه یابند تا بتوان صفحه مرجع را به صورت دقیق مشخص نمود.

اگر ماده مورد آزمون یک پلیمر یا یک ماده با رفتار معنی دار وابسته به زمان¹ باشد، زمان میان آزمون و اندازه‌گیری سایش باید به صورت دقیق انتخاب و ثبت شود. پس از به‌وجود آمدن آسیب، بعضی از پلیمرها با دمای انتقال شیشه‌ای² (Tg) پایین در محدوده زمانی طولانی پس از آسیب جریان می‌یابند و شکل می‌گیرند.

10 μm

الف– تصویر دوبعدی متعارف

[ناخوانا]
[ناخوانا]
[ناخوانا]

ب– تصویر سه بعدی برجسته

شکل۲– تصویر حاصل از میکروسکوپی الکترونی از یک خراش میکرو تریبولوژی ایجاد شده بر روی یک لایه نازک به ضخامت۳ μm از جنس TIAlN که روی زیرلایه‌ای فولادی پوشش داده شده است. خراش توسط یک وسیله ایجاد تورفتگی الماس به شعاع۱۰ μm و تحت نیروی۵۰ mN کشیده شده است. توجه شود که عمق خراش در حدود۴۰ nm است.