脱片试验-中化所第三方检测机构[材料实验室]

脱片试验：评估涂层附着性能的关键技术

核心机理：涂层为何会脱落？

涂层脱离基材（脱片）是界面附着失效的直接表现。其根本原因在于界面结合力不足以抵抗外界施加的分离应力。这种失效模式复杂多样，主要包括：

界面附着破坏： 涂层与基材之间的粘接力薄弱部位发生分离。
内聚破坏： 涂层材料自身内部强度不足导致断裂。
混合破坏： 失效路径同时穿过涂层内部和涂层/基材界面。
基材破坏： 基材表层材料被连带撕下（此时附着强度高于基材自身强度）。

关键影响因素：决定附着力的变量

涂层的最终附着表现是多因素综合作用的结果：

基材与涂层系统特性：
- 表面处理： 清洁度、粗糙度、化学活化程度至关重要（如喷砂、化学转化处理）。
- 材料兼容性： 涂层与基材的热膨胀系数差异（CTE Mismatch）是热应力脱片的主因。
- 涂层自身强度与韧性： 脆性涂层更易开裂并诱发脱片。
- 涂层厚度： 过厚易增大内部应力，增加开裂和脱片风险。
- 界面特性： 界面是否存在弱边界层（如污染物、氧化层）或是否形成化学键合。
环境与应力因素：
- 热应力： 温度循环（热震）导致不同CTE材料的膨胀收缩差异。
- 机械应力： 冲击、弯曲、振动、摩擦磨损等外力作用。
- 湿气/腐蚀介质： 水汽渗透、电解液侵入界面引发水解、腐蚀、水合应力，是长期脱片的常见诱因。
- 老化降解： 紫外线、氧化等导致涂层或界面材料性能退化。

核心试验方法：量化附着性能

脱片试验本质是模拟或加速上述失效过程，评估涂层体系的附着可靠性。常用方法包括：

划格/划X试验： 使用刀具在涂层表面切割出网格或X形划痕，使用专用胶带剥离，根据涂层脱落面积评级。优点： 操作简便快速，适用于现场或实验室初步评估不同涂层或处理工艺的效果对比。局限： 主观性强，对高硬度或高韧性涂层不敏感，难以定量。
拉开法附着力测试： 使用特定胶粘剂将测试夹具（锭子）粘在涂层表面，用拉力试验机垂直拉开，测定失效时单位面积所受的力（MPa或psi）及失效模式（附着破坏、内聚破坏等）。优点： 提供定量数据，直观可靠，是评价附着强度的核心方法。缺点： 对样品制备（尤其粘接质量和垂直度）要求高，测试耗时长。
冲击试验： 使用冲击试验仪对涂层表面施加冲击（如落锤法），观察冲击点及周边区域是否出现开裂、脱片。评估涂层的耐冲击变形能力和附着力韧性。优点： 模拟实际机械冲击损伤。
弯曲试验： 将涂覆样板围绕规定直径的心轴弯曲，检查弯曲处涂层开裂和脱片情况。评估涂层在基材变形时的附着保持能力。优点： 模拟部件安装或使用中的弯曲应力。
热震/冷热循环试验： 将样品在极端高温和低温之间快速交替循环，利用热应力加速诱发脱片。观察循环后涂层外观变化（起泡、开裂、脱落）。优点： 评估涂层的耐温度急剧变化能力和界面热应力耐受性。
环境老化试验：
- 冷凝水试验： 样品表面持续暴露在高温高湿环境（如40°C， 100% RH），促进水汽渗透界面。
- 盐雾试验： 模拟含盐潮湿环境，评估涂层耐腐蚀性和对基材的保护能力，腐蚀产物常破坏附着。
- 浸水试验： 长期浸泡在水中或特定溶液中，评估耐水性及湿态附着力保持性。优点： 模拟长期服役环境，评估环境因素（水汽、腐蚀介质）对附着力的长期影响。

应用领域：保障涂层系统可靠性

脱片试验广泛应用于需要涂层提供保护、装饰或特定功能的领域：

金属防护涂装： 汽车车身、船舶、桥梁钢结构、石油管道、航空航天部件（防腐、装饰）。
电子封装与器件： 电子元件表面保护漆（三防漆）、集成电路封装材料、显示器功能膜层（保障绝缘、防护、信号完整性）。
建筑材料： 建筑外墙涂料、彩钢板、铝合金门窗型材涂层（耐候、装饰）。
工业涂料： 工程机械、农用设备、家用电器（防护、美观）。
新能源领域： 光伏组件背板、电池电极材料涂层（保证长期环境耐久性）。
功能性涂层： 耐磨涂层（如刀具）、不粘涂层（如炊具）、光学薄膜等。

与评估体系

脱片试验是预测涂层系统服役可靠性、优化工艺参数的关键手段。不存在单一的“最佳”方法，需根据具体涂层体系、预期失效模式和服役环境选择组合适当的测试方法。对结果的解读必须结合定量数据（如拉开强度值） 和失效模式分析。建立完善的涂层性能评估体系，需综合考虑多种试验结果，方能有效保障涂层产品的长期性能与质量稳定性。

常见涂层附着性能评估方法比较

试验方法	测试原理	主要输出结果	适用性特点	主要优缺点
划格/划X试验	刀具切割涂层后用胶带剥离	脱落面积评级 (0-5级)	快速、现场适用	优：简便快速缺：定性、主观性强
拉开法	垂直拉力拉开粘接的锭子	附着力强度 (MPa/psi)、失效模式	定量核心方法	优：定量直观缺：制样要求高、耗时
冲击试验	施加冲击载荷	冲击点及周边开裂/脱片情况	模拟机械冲击	优：评估耐冲击性缺：结果受冲击参数影响
弯曲试验	样品绕轴弯曲	弯曲处涂层开裂/脱片情况	模拟弯曲应力	优：评估柔性附着缺：定量性有限
热震/冷热循环	高低温快速交替	涂层外观变化 (起泡、开裂、脱落)	评估耐温度剧变能力	优：加速热应力失效缺：需特定设备
环境老化试验	模拟湿热/盐雾/浸水等环境	老化后涂层状态及附着力变化	评估长期环境因素影响	优：模拟服役环境缺：周期长、成本高

该评估体系强调：**脱离试验的核心价值在于揭示涂层与基材界面在应力作用下的失效行为。**全面评估需结合定量数据（拉开法）、定性观察（划格、冲击、弯曲）和环境模拟（热震、老化），并深入分析失效模式（界面附着破坏、内聚破坏或混合破坏），才能准确诊断问题根源，指导材料选择与工艺优化，最终提升涂层系统的服役可靠性。