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

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.

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.