测量可靠制造工艺接触角的最佳方法

“材料科学”听起来很利基，甚至有点奇怪，但没有制造商是陌生的材料科学原理的含义，以制造可靠的产品。

物质相互反应。材料的特性会影响这些相互作用的发生。准确地预测和计划材料的相互作用是每个材料科学家工作的重要组成部分。精明、主动的材料管理为制造商提供了竞争优势，因为它提高了生产效率，减少了浪费，改善了现场性能。

表面性能可以被有意或无意地操纵以影响性能结果，而在制造过程中控制这些表面性能变量是预测可靠性的关键。

什么是表面质量?

表面性质超出了宏观特征，如粗糙度、光泽或颜色。由表面分子结构控制的纳米级化学和物理性质是对粘附很重要的表面性质。这种表面结构总是不同于材料的体结构。正是这种结构决定了材料相互作用的方式，从而决定了一系列关键的性能，如粘合、涂层和绘画。

在通过制造环境和流程移动时，表面可能是坚固和惰性的或不断发展的。当材料科学家想要创造新的表面时，他们将寻求改变表面的各种方法，包括清洁，激活，磨损或使用其他方法来操纵表面。材料科学家需要验证他们的表面处理方法创建了他们预期的精确表面。

表面质量是指在零件的整个表面上达到化学成分和化学结构的均匀性。表面能量测量是检测表面质量和液体最方便、准确、定量的方法nba直播欧宝 是测量表面能量最可靠和有用的方法。接触角是由表面上的一滴液体建立的形状的量度，它与液体被吸引到表面的强度直接相关。它对表面成分和结构的微小变化非常敏感。接触角测量允许制造商快速了解大量的质量表面。

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接触角(也称为润湿角)是液滴表面和液滴所在表面之间形成的角。如果液滴在表面扩散形成一个低圆顶，角度就小。如果液体“珠化”，它就形成了一个大的接触角。液滴扩散的程度直接与液体分子对材料表面分子的吸引强度有关。液滴表面的液体分子之间的吸引力称为表面张力，材料表面的分子之间的吸引力称为表面能。如果表面能比表面张力高，液体分子被强烈吸引到表面，液滴扩散形成一个低接触角。当表面能相对于表面张力较低时，液体分子更容易被自身吸引，液体珠状向上，形成较高的接触角。

液滴的接触角受到表面能的影响，而表面能的影响是用于附着的。

液滴的接触角受到表面能的影响，而表面能的影响是用于附着的。

材料的表面能是涂层、粘合剂、油漆、墨水或密封剂如何与表面发生反应的一个惊人的准确预测器。通过接触角测量，制造商可以知道他们在清洗过程中需要达到的公差，以达到适当的表面能水平，从而成功地附着。

角度测量学的发展

固体表面上液滴形状的关系，水滴的固体和表面张力的表面能至少在19世纪初的托马斯杨。接触角焦管测量仪(字面上的“角度测量”)作为一种表征液固相互作用的手段，在1960年代随着威廉·齐斯曼(William Zisman)海军研究实验室(NRL)测角仪的发展向前迈出了重要的一步。nrl型测角仪是一种非常适合实验室调查的精密仪器。大多数基于实验室的接触角测角器都是基于这种经久不衰的设计。

在BTG实验室，我们在研发和产品开发中广泛使用NRL型测光仪。例如，我们在1990年代后期的复合材料可负担性倡议（CAI）计划中使用了一个测型仪。我们进入了CAI项目，为材料科学专业知识提供了帮助建立了复合材料，表面能量和粘合剂粘合性能的表面处理之间的关系。虽然在CAI计划的结束时，我们帮助建立了我们针对的过程控制洞察力，但也很清楚，也很明显，标准的NRL式测筒仪不适合在制造环境中进行这些测量。我们认识到需要一种便携式的设备，可以直接以高速，高批量的制造环境直接用于实际部件。

美国空军同意这些结论，并资助了BTG实验室制定替代方法。初步结果如此令人鼓舞，我们能够从国防部（DOD）和俄亥俄州的州，获得额外的发展支持。结果是所体现的最先进的接触角测量技术Surface Analyst™产品线。我们的想法根深蒂固。在进行表面清洗后，使用表面分析器来验证洁净度。Surface Analyst产品线已被广泛应用于所有依赖有效服务附着力持续产品性能的行业。制造商了解，表面分析产品线的产品将帮助他们实现一致的质量和性能的所有粘合表面。

表面分析技术vs台式测角仪

NRL式测筒仪与表面分析师之间的根本差异允许更紧凑，方便的设备，可以在整个自动化仪器中轻松掌控或部署，用于处理测量和控制。这些差异显着提高了测量的速度和准确性以及可以测量的表面类型的灵活性。主要的差异范围是：

1. 液体沉积法
2. 液滴沉积后接触角的计算方法

这些区别为创建方便的手持设备提供了灵活性，这种设备非常适合直接在生产线上使用，也适合在实验室进行工艺开发。

在表面上沉积一滴液体

一个标准的测角仪通过注射器或一根管子泵送液体，然后通过轻轻接触将完全形成的液滴转移到表面;液体和表面之间的附着力导致液滴从油管或针头上分离。表面分析系列仪器使用了一种叫做弹道沉积的专利工艺:液滴通过喷墨技术直接打印在表面上。在其他优点中，弹道沉积技术允许液体滴在任何方向或曲率的表面上快速打印，使其对具有复杂的模压、加工或冲压几何图形的表面进行查询变得微不足道。

在弹道沉积期间赋予生长下降的动能赋予其他主要优点，特别是用于测量具有微小，粉尘颗粒和化学异质性的实际表面。下落印刷过程的影响导致下降的周边提前，并在沉积液体所需的几百毫秒内取出多次。下降周长的这种高频振动防止了通过异质性固定的生长下降，结果，建立了真正的平衡接触角，精确地反映了表面的化学成分。

另一个优点是因为赋予下降的动能量是可控的，因此可以通过推进或后退接触角之间的宽频谱来调谐弹道沉积。（我们将在后面的博客文章中获得更多的进入促进和后退角度的特征。）足以说明在弹道沉积参数中以一定数量的后退角度调谐导致对其对其更敏感的测量表面化学的微妙变化，其控制粘附性比NRL型测序仪使用的静态下降。

跌落接触角的测量

Surface Analyst技术的另一个重要特点是使用了水滴的自上而下图像来计算接触角。这与nrl型测角仪使用的剖面视图相反。自顶向下的方法简化了光学，消除了需要一个光滑的平面，不受限制的侧视图或反射镜获取图像。这一特性使得表面分析器上的万能检测头足够小，可以在复杂零件上难以到达的位置进行测量，比如凹槽和凹槽。高纹理表面，如喷砂金属或织物印迹复合材料，其纹理掩盖了真正的下降边缘，是微不足道的测量。这种方法还允许在凹槽或密封槽的底部或填充电路板上进行测量。

虽然在实验室制备的表面上的液滴通常是非常圆的，但在制造过程中遇到的真实表面往往不是圆的:液滴的周长周围有一个接触角的范围，这是因为化学和纹理的微小变化。侧视测角仪只选取其中的两个角度来计算整体跌落轮廓。自上而下方法返回的接触角更能代表真实的平均接触角，因为它是跌落周长周围多达100个接触角的平均值。

重复性和准确性对于用于过程控制的测角仪是至关重要的

当我们直接比较来自两个NRL型测功仪的表面分析师的表面分析器的接触角测量时，可以看到弹道沉积过程的灵敏度的敏感性的一个很好的例子：台式机组和小型便携式单元笔记本电脑。这种比较是由弗劳恩霍夫研究所在德国评估大气血浆治疗对铝的影响。

该图表明，由于表面能量的增加，所有三种仪器测量的所有三种仪器测量的接触角随着等离子体处理而增加的。然而，通过球磨道沉积和通过自上而下方法测量的液滴显示出对治疗水平的更平滑，更一致，更强的反应。过程开发和过程控制的表面分析师方法的优点是显而易见的。

Surface Analyst是一个角度测量器，它可以测量一个角度。然而，它与基于传统台式接触角测角仪的仪器有根本的不同，它使用弹道沉积法建立接触角，并结合自上而下的成像方法。它允许客观和极其敏感和可重复的表面化学测量，特别方便用于制造过程控制。另外一个好处是，它可以很容易地部署在完全自动化的系统中，以进行放手式过程控制，数据流可以很容易地合并到整个控制系统中。

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