Uproszczony sposób wyznaczania swobodnej energii powierzchniowej powłok osadzanych techniką Arc-PVD

• Autorzy: Rogowska R.

Warianty tytułu

EN

A simplified method for calculating the surface free energy of coatings deposited by Arc-PVD technique

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Wyznaczanie swobodnej energii powierzchniowej ciał stałych z wykorzystaniem modelami Wu, Van Ossa, Owensa-Wendta-Rabela-Kaelble’a lub Fowkesa jest bardzo pracochłonną procedurą badawczą ze względu na konieczność wykonania pomiarów kątów zwilżania dla kilku cieczy modelowych (od 3 do 5). Kąt zwilżania może być wyznaczany metodą płytkową Wilhelmiego lub metodą osadzanej kropli. Aby uprościć i przyspieszyć szacowanie SFE nowo uzyskiwanych powłok PVD, zastosowano metody: Roberson, Neumanna oraz Neumanna-Kwoka wyznaczania swobodnej energii powierzchniowej ciał stałych. Metody te wymagają użycia tylko jednej cieczy modelowej do pomiaru kąta zwilżania. Przeprowadzono badania w celu doboru metody pomiaru kąta zwilżania oraz wyboru najlepszej cieczy modelowej, dla której wartości SFE powłok będą zbliżone do wartości otrzymanych dla modelu wymagającego użycia kilku cieczy. Pomimo że metoda płytkowa Wilhelmiego jest bardziej precyzyjną metodą pomiaru kąta zwilżania, to wyniki SFE powłok uzyskiwane dla kątów zmierzonych metodą osadzanej kropli lepiej realizują założenia pracy. Dlatego wybrano tę metodę pomiaru kąta zwilżania. Natomiast ciecze polarne, takie jak woda, formaldehyd czy anilina najlepiej spełniały założenie, że wartość SFE powłoki wyznaczona dla jednej cieczy jest zbliżona do wartości SFE wyznaczanej z użyciem kilku cieczy modelowych.

EN

Determination of surface free energy of solid using Wu, Van Oss, Owens-Wendt- Rabel- Kaelble'a or Fowkes models is a laborious research procedure, due to the need of carrying out measurements of contact angles for different model liquids (3 to 5). A contact angle can be determined by the Wilhelmy plate method or sessile drop method. The Roberson, Neumann and Neumann-Kwok methods of determining the surface free energy of solids were applied to simplify and to accelerate the process of the estimation of SFE for newly obtained PVD coating. These methods require the use of only one model liquid to measure the contact angle. The research was conducted in order to select the method of measuring the contact angle and to choose the best liquid for which the SFE of coatings will be similar to the values obtained for the model that requires the use of several liquids. Although the Wilhelmy plate method is a more precise method of measuring the contact angle, the sessile drop method fulfilled better formed assumptions, which were calculated from the result of the SFE of coatings that were obtained for contact angle by the use of the suggested method. Therefore, the sessile drop was the chosen method for measuring the contact angle. On the other hand, polar liquids such as water, formaldehyde, and aniline best met the formed assumption that the value of the SFE of coatings determined for one liquid is close to the SFE obtained by the means of several model liquids.

Słowa kluczowe

PL

swobodna energia powierzchniowa; ciecze modelowe; kąt zwilżania; metoda płytkowa Wilhelmiego; metoda osadzanej kropli; powłoki Arc-PVD

EN

surface free energy; contact angle; Wilhelmy plate method; sessile drop method; liquids model; Arc-PVD coatings

• Wydawca: Wydawnictwo Naukowe Instytutu Technologii Eksploatacji - Państwowego Instytutu Badawczego
• Czasopismo: Problemy Eksploatacji
• Rocznik: 2013
• Tom: nr 1
• Strony: 85--100
• Opis fizyczny: Bibliogr. 30 poz., tab., wykr.

Twórcy

autor

Rogowska R.

• Instytut Technologii Eksploatacji - PIB, Radom

Bibliografia

• 1. Jańczuk B., Zdziennicka A., Wójcik W.: Swobodna energia międzyfazowa, I Wiadomości Chemiczne 1995, 49, 5-6 (301-326).
• 2. Jańczuk B., Zdziennicka A., Wójcik W.: Wyznaczanie swobodna energii powierzchniowej ciał stałych z kąta zwilżania, II Wiadomości Chemiczne 1995, 49, 7-8, (430-447).
• 3. Adamson A.W.: Physical chemistry of Surfaces, 5TH Edition, John Wiley &Sons, Inc., New York/Chichester/Bristone/Toronto/Singapore 1990.
• 4. Lugscheider E., Bobzin K., Bärwulf St., Horning Th.: Oxidation characteristics and surface energy of chromium-based hardcoatings for use in semisolid forming tool, Surface & Coating Technology, 133-134 (2000), 540-547.
• 5. Lugscheider E., Bobzin K.: Wettability of PVD compound materials by lubricants Surface & Coatings Technology 165 (2003), 51-57.
• 6. Lugscheider E., Bobzin K., Möller M.: The effect of layer constitution on surface free energy, Thin Solid Films, 355-356 (1999), 367-373.
• 7. Lugscheider E., Bobzin K.: The influence on surface free energy of PVD - coatings, Surface & Coatings Technology, 142-144 (2001), 755-760.
• 8. Bobzin K., Bagcivan N., Goebbels N., Yilmaz K., Hoehn B.-R., Michaelis K., Hochmann M.: Lubricated PVD CrAlN and WC/C coatings for automotive applicatios, Surface and Coatings Technology, 204 (2009), 1097-1101.
• 9. Chaudhuri R.G., Paria S.: Dynamic contact angle on PTFE surface by aqueous surfactant solution in the absence and presence of electrolytes, Journal of Colloid and Interface Science 337 (2009), 555-562.
• 10. Rogowska R.: Surface free energy of thin-layer coatings deposited by means of the arc-vacuum method, Problemy Eksploatacji, Maintenance Problems 2/2006 p.193-204.
• 11. Krüss, DSA Drop Shape Analysis, Manual, Krüss GmbH, Hamburg 1997.
• 12. Zhao Q., Liu Y., Abel E.W.: Effect of temperature on the surface free energy amorphous carbon films, Journal of Colloid and Interface Science 280 (2004), 174-183.
• 13. Zhao Q., Liu Y., Abel E.W.: Surface free energies of electroless Ni-P based composite coatings, Applied Surface Science 240 (2005), 441-451.
• 14. Roberson S.V., Fahey A.J., Sehgal A., Karim A.: Multifunctional ToF-SIMS: combinatorial mapping of gradient energy substrates, Applied Surface Science 200 (2002), 150-164.
• 15. Kwok D.Y., Leung A., Lam C.N.C., Li A., Wu R., Neumann A.: Low-Rate Dynamic Contact Angles on Poly(methyl methacrylate), and the Determination of Solid Surface Tension, Journal of Colloid and Interface Science 206, 44-51 (1998).
• 16. Shang J., Flury M., Harsh J.B., Zollars R.L.: Comparison of different methods to measure contact angle of soil colloids, Journal of Colloid and Interface Science 328 (2008), 299-307.
• 17. Phan H.T., Caney N., Marty P., Calasson S., Gavillet J.: How does surface wettability influence nucleate boiling? Science Direct, C. R. Mecanique 337, (2009), 251-259.
• 18. K121 Contact Angle - and Adsorption Measuring System, Version 2.1, Users Manual, Krüss GmbH, Hamburg 1996.
• 19. Marmur A.: Wetting on hydrophobic rough surfaces: to be heterogeneous or not to be? Langmuir 19 (2003), 8343-8348.
• 20. Marmur A.: Contact angle equilibrium: the intrinsic contact angle, Journal Adhesion Science Technology, Vo. 6, No 6, (1992), 687-701.
• 21. Marmur A.: Thermodynamic aspects of contact angle, Advances in Colloid and Interface Science, 50 (1994), 121-141.
• 22. Vladuta C., Andronic L., Visa M., Duta A.: Ceramic interface properties evaluation based on contact angle measurement, Surface and Coatings Technology, Science Direct, 202 (2008), 2448-2452.
• 23. Sun C.-C., Lee S.-C., Dai S.-B., Tien S.-L., Chang C.-C., Fu Y.-S.: Surface free energy of non–stick coatings deposited using closed field unbalanced magnetron sputter ion plating, Applied Surface Science 253 (2007), 4094-4098.
• 24. Aronov D., Rosenman G.: Surface energy modification by electron beam, Surface Science 601 (2007), 5042-5049.
• 25. Harju M., Levänen E., Mäntylä T.: Wetting behaviour of plasma sprayed oxide coatings, Applied Surface Science, 252 (2006), 8514-8520.
• 26. Shao W., Zhao Q.: Influence of reducers on nanostructure and surface energy of silver coatings and bacterial adhesion, Surface and Coatings Technology 204 (2010), 1288-1294.
• 27. Kennedy S.B., Washburn N.R., Simon C.G. Jr., Amis E.J.: Combinatorial screen of the effect of surface energy on fibronectin–mediated osteoblast adhesion, spreading and proliferation, Biomaterials 27 (2006), 3817-3824.
• 28. Lawrence J., Hao L., Chew H.R.: On the correlation between Nd:YAG laser-induced wettability characteristics modification and osteoblast cell bioactivity, Surface and Coatings Technology 200 (2006), 5581-5589.
• 29. Pegueroles M., Gil F.J., Planell J.A., Aparicio C.: The influence of blasting and sterilization on static and time–related wettability and surface-energy properties of titanium surfaces, Surface and Coatings Technology 202 (2008), 3470-3479.
• 30. Prabhu K.N., Fernades P., Kumar G.: Effect of substrate surface roughness on wetting behaviour of vegetable oils, Materials and Design 30 (2009), 297-305.