涂层开裂时的界面问题

对于涂层先开裂、界面后开裂的情形，与前一种情形是不同的，这种区别会表现在侧向载荷与相应侧向位移的曲线上，其示意图如图5.12所示。

图5.12　压入过程中侧向载荷与相应侧向位移关系示意图

在图5.12中，OA为加载曲线，当载荷加到一定程度的时候，即图中所对应的临界载荷FXcr1，载荷－位移曲线出现一个跳跃点A，第一个跳跃点A代表涂层开裂，即图5.9（a）所示的裂纹1，发生此跳跃后，载荷和位移继续增加，当增加到一定程度的时候，即图中所对应的临界载荷FXcr2，又出现了一个跳跃点B，此跳跃点对应出现了与裂纹1对称的两条斜裂纹，即图5.9（a）所示的裂纹2和裂纹2′，随着载荷的增加，这3条斜裂纹将会逐渐贯通，当到达C点后（所对应的临界载荷FXcr3），这3条斜裂纹将完全贯通，此后将发生界面开裂。随着压入载荷的进一步增加，界面裂纹进一步扩展，一直到涂层从基体上的剥落，最后形成了两块表面形貌近似为1／4圆形的涂层，这两块剥落的涂层已经完全与周围的涂层分离。在涂层剥落的过程中，侧向载荷与相应的侧向位移曲线将迅速地下降，当涂层剥落完以后，载荷已经接近于零。(www.xing528.com)

可以设想，如果没有界面裂纹的产生、扩展直至完全剥落的过程，图5.12所示的曲线B′C将沿着C扩展到D，因此根据前面的分析结果，由曲线CD、DE和EC所围成的面积就代表了涂层剥落过程中所释放的能量，其具体的计算方法与前面的界面先开裂的情形相类似，即先通过显微观察等手段，测量出涂层剥落的面积，然后根据图5.12中的载荷位移关系计算出由曲线CD、DE和EC所围成的面积。当面积计算完以后，再通过式（5.2）进行计算，即可得到涂层与基体材料界面结合性能的表征参量——临界能量释放率（界面韧性），即