脫片試驗：評估涂層附著性能的關鍵技術

核心機理：涂層為何會脫落？

涂層脫離基材（脫片）是界面附著失效的直接表現。其根本原因在于界面結合力不足以抵抗外界施加的分離應力。這種失效模式復雜多樣，主要包括：

• 界面附著破壞： 涂層與基材之間的粘接力薄弱部位發生分離。
• 內聚破壞： 涂層材料自身內部強度不足導致斷裂。
• 混合破壞： 失效路徑同時穿過涂層內部和涂層/基材界面。
• 基材破壞： 基材表層材料被連帶撕下（此時附著強度高于基材自身強度）。

關鍵影響因素：決定附著力的變量

涂層的最終附著表現是多因素綜合作用的結果：

1. 基材與涂層系統特性：

   • 表面處理： 清潔度、粗糙度、化學活化程度至關重要（如噴砂、化學轉化處理）。
   • 材料兼容性： 涂層與基材的熱膨脹系數差異（CTE Mismatch）是熱應力脫片的主因。
   • 涂層自身強度與韌性： 脆性涂層更易開裂并誘發脫片。
   • 涂層厚度： 過厚易增大內部應力，增加開裂和脫片風險。
   • 界面特性： 界面是否存在弱邊界層（如污染物、氧化層）或是否形成化學鍵合。

2. 環境與應力因素：

   • 熱應力： 溫度循環（熱震）導致不同CTE材料的膨脹收縮差異。
   • 機械應力： 沖擊、彎曲、振動、摩擦磨損等外力作用。
   • 濕氣/腐蝕介質： 水汽滲透、電解液侵入界面引發水解、腐蝕、水合應力，是長期脫片的常見誘因。
   • 老化降解： 紫外線、氧化等導致涂層或界面材料性能退化。

核心試驗方法：量化附著性能

脫片試驗本質是模擬或加速上述失效過程，評估涂層體系的附著可靠性。常用方法包括：

1. 劃格/劃X試驗： 使用刀具在涂層表面切割出網格或X形劃痕，使用專用膠帶剝離，根據涂層脫落面積評級。優點： 操作簡便快速，適用于現場或實驗室初步評估不同涂層或處理工藝的效果對比。局限： 主觀性強，對高硬度或高韌性涂層不敏感，難以定量。
2. 拉開法附著力測試： 使用特定膠粘劑將測試夾具（錠子）粘在涂層表面，用拉力試驗機垂直拉開，測定失效時單位面積所受的力（MPa或psi）及失效模式（附著破壞、內聚破壞等）。優點： 提供定量數據，直觀可靠，是評價附著強度的核心方法。缺點： 對樣品制備（尤其粘接質量和垂直度）要求高，測試耗時長。
3. 沖擊試驗： 使用沖擊試驗儀對涂層表面施加沖擊（如落錘法），觀察沖擊點及周邊區域是否出現開裂、脫片。評估涂層的耐沖擊變形能力和附著力韌性。優點： 模擬實際機械沖擊損傷。
4. 彎曲試驗： 將涂覆樣板圍繞規定直徑的心軸彎曲，檢查彎曲處涂層開裂和脫片情況。評估涂層在基材變形時的附著保持能力。優點： 模擬部件安裝或使用中的彎曲應力。
5. 熱震/冷熱循環試驗： 將樣品在極端高溫和低溫之間快速交替循環，利用熱應力加速誘發脫片。觀察循環后涂層外觀變化（起泡、開裂、脫落）。優點： 評估涂層的耐溫度急劇變化能力和界面熱應力耐受性。
6. 環境老化試驗：
   • 冷凝水試驗： 樣品表面持續暴露在高溫高濕環境（如40°C， 100% RH），促進水汽滲透界面。
   • 鹽霧試驗： 模擬含鹽潮濕環境，評估涂層耐腐蝕性和對基材的保護能力，腐蝕產物常破壞附著。
   • 浸水試驗： 長期浸泡在水中或特定溶液中，評估耐水性及濕態附著力保持性。優點： 模擬長期服役環境，評估環境因素（水汽、腐蝕介質）對附著力的長期影響。

應用領域：保障涂層系統可靠性

脫片試驗廣泛應用于需要涂層提供保護、裝飾或特定功能的領域：

• 金屬防護涂裝： 汽車車身、船舶、橋梁鋼結構、石油管道、航空航天部件（防腐、裝飾）。
• 電子封裝與器件： 電子元件表面保護漆（三防漆）、集成電路封裝材料、顯示器功能膜層（保障絕緣、防護、信號完整性）。
• 建筑材料： 建筑外墻涂料、彩鋼板、鋁合金門窗型材涂層（耐候、裝飾）。
• 工業涂料： 工程機械、農用設備、家用電器（防護、美觀）。
• 新能源領域： 光伏組件背板、電池電極材料涂層（保證長期環境耐久性）。
• 功能性涂層： 耐磨涂層（如刀具）、不粘涂層（如炊具）、光學薄膜等。

與評估體系

脫片試驗是預測涂層系統服役可靠性、優化工藝參數的關鍵手段。不存在單一的“最佳”方法，需根據具體涂層體系、預期失效模式和服役環境選擇組合適當的測試方法。對結果的解讀必須結合定量數據（如拉開強度值） 和失效模式分析。建立完善的涂層性能評估體系，需綜合考慮多種試驗結果，方能有效保障涂層產品的長期性能與質量穩定性。

常見涂層附著性能評估方法比較

該評估體系強調：**脫離試驗的核心價值在于揭示涂層與基材界面在應力作用下的失效行為。**全面評估需結合定量數據（拉開法）、定性觀察（劃格、沖擊、彎曲）和環境模擬（熱震、老化），并深入分析失效模式（界面附著破壞、內聚破壞或混合破壞），才能準確診斷問題根源，指導材料選擇與工藝優化，最終提升涂層系統的服役可靠性。