導(dǎo)言 手機(jī)屏幕保護(hù)膜與智能手機(jī)一樣無(wú)處不在，通常由鋼 化玻璃和聚合物襯底組成。每當(dāng)尋找一款手機(jī)膜時(shí)， 總是會(huì)想：哪一種會(huì)更好呢？ 所有產(chǎn)品聲稱具有相同的硬度和耐磨性能，但是抗磨 損性能是否真的相似? 造成劃痕或磨損的主要原因是金屬物體，如鑰匙，或 者灰塵，包括沙粒(石英)。這些物質(zhì)對(duì)手機(jī)保護(hù)膜的 損害最大。

測(cè)試問(wèn)題 手機(jī)屏幕保護(hù)膜（接下來(lái)簡(jiǎn)稱為屏保）可以在有灰塵 的情況下被滑動(dòng)多次，也可以與損壞或磨損手機(jī)屏幕 的物體一起存放。 屏保通常作為保護(hù)智能手機(jī)的“犧牲層"，其使用壽 命要求也較高。由于市面上的這些產(chǎn)品聲稱具有相似 的抗磨性，本報(bào)告旨在測(cè)試不同品牌的產(chǎn)品，以評(píng)估 其耐磨性能是否與聲稱的性能一致。

為了模擬屏保所受的損傷，本測(cè)試主要關(guān)注兩個(gè)因 素：沙粒和鑰匙。用半徑從10到100微米的微凸體來(lái) 表示沙粒。本試驗(yàn)使用具有3個(gè)不同齒半徑的鑰匙， 并用共聚焦顯微鏡對(duì)齒進(jìn)行測(cè)量。

測(cè)試方法 表面表征 第一步是選取合適半徑劃痕頭來(lái)等效鑰匙表面。通過(guò) 使用Rtec Instruments的三維輪廓儀對(duì)鑰匙的3個(gè)不 同齒進(jìn)行成像，并測(cè)量齒邊緣的半徑(圖2)。

磨損測(cè)量： 為了模擬不同表面與屏保的接觸，使用不同半徑的金 剛石劃痕頭沿著樣品表面反復(fù)劃動(dòng)，形成的磨痕符合 ASTM G133。恒定的法向力通過(guò)劃痕頭頂部施加到表 面，來(lái)模擬屏保表面所受的力。

可以在固定的時(shí)間間隔內(nèi)對(duì)整個(gè)磨痕成像，得到磨損 量隨時(shí)間變化的趨勢(shì)。當(dāng)觀測(cè)到磨痕中出現(xiàn)材料剝落 時(shí)，試驗(yàn)終止。磨痕過(guò)程中可記錄多個(gè)信號(hào)，幫助研 究人員分析材料失效的形式。 測(cè)試條件 使用三維輪廓儀共聚焦50X鏡頭對(duì)鑰匙齒掃描成像， 進(jìn)一步分析并決定劃痕試驗(yàn)中使用的劃痕頭半徑。 使用SMT-5000在三種不同的鋼化玻璃屏保上進(jìn)行簡(jiǎn)單 線性往復(fù)磨損試驗(yàn)，產(chǎn)生磨痕(圖3)。使用兩種不同 尺寸的金剛石劃痕頭分別來(lái)模擬沙粒(半徑為20微米) 和鑰匙(半徑為100微米)。 通過(guò)劃痕頭頂部施加的法向載荷模擬真實(shí)工況下屏保 所受的力。 每300次循環(huán)試驗(yàn)后，對(duì)整個(gè)磨痕進(jìn)行共焦成像。最 后，在1500次循環(huán)試驗(yàn)后，測(cè)量并比較不同樣品的磨 損量。 測(cè)試參數(shù)見(jiàn)表1：

測(cè)試結(jié)果  劃痕頭半徑選擇： 對(duì)鑰匙三個(gè)齒進(jìn)行成像，包括角度和半徑。如圖4所 示，在齒橫截面的兩個(gè)垂直方向上進(jìn)行分析。

通過(guò)計(jì)算，鑰匙齒平均半徑值為102.7微米，因此可以 使用半徑為100微米的金剛石劃痕頭進(jìn)行測(cè)試。

磨損研究： 線性往復(fù)試驗(yàn)往往會(huì)經(jīng)歷三個(gè)磨損階段。第一階段是 經(jīng)過(guò)前幾百個(gè)循環(huán)測(cè)試后，在材料中形成凹槽。第二 個(gè)階段是在磨痕或磨痕的末端出現(xiàn)赫茲裂紋。最后階 段，裂紋延伸，材料產(chǎn)生剝離，*失效。

第一個(gè)階段是表面的磨粒磨損。試驗(yàn)后，每個(gè)樣品產(chǎn) 生凹槽，但不同樣品深度不同。為了比較材料磨損情 況，計(jì)算每個(gè)樣品經(jīng)過(guò)1500次循環(huán)后的磨損體積，見(jiàn) 表2。

經(jīng)過(guò)1000次循環(huán)后，可以在共焦和亮場(chǎng)圖像下觀察到 磨痕中產(chǎn)生了裂紋。暗場(chǎng)圖像也證實(shí)了裂紋的存在， 如圖7所示。

隨著裂紋的出現(xiàn)，一些玻璃磨粒進(jìn)入磨痕，加速了失 效進(jìn)程。雖然在實(shí)際使用中裂紋的出現(xiàn)就意味著應(yīng)該 更換屏保了，但是本測(cè)試報(bào)告中，磨損實(shí)驗(yàn)繼續(xù)進(jìn) 行，直到材料發(fā)生剝離失效，如圖8所示。

記錄每個(gè)樣品產(chǎn)生*失效所用的測(cè)試周期，來(lái)量化 比較每個(gè)產(chǎn)品的耐磨性能。 結(jié)果如表3所示。

圖9總結(jié)了每個(gè)樣品的磨損量和*失效的測(cè)試周期。

三種樣品的失效形式相似，但磨損量和失效周期有顯 著差異。 由實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知，相比樣品B和樣品C，樣品A在1500 次測(cè)試循環(huán)后的磨損體積更小，*失效所用的測(cè)試 周期更長(zhǎng)。所以，樣品A的性能優(yōu)于樣品B和樣品C。

結(jié)論 在報(bào)告中，SMT-5000對(duì)智能手機(jī)的鋼化玻璃屏幕進(jìn)行 抗劃性能測(cè)試。SMT-5000也可以通過(guò)遵循ASTMG133或 其他相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)鋼化玻璃進(jìn)行摩擦磨損測(cè)試，以進(jìn) 一步分析和研究此類材料。 在不同時(shí)間間隔采集的圖像提供了材料失效過(guò)程的信 息。通過(guò)共焦圖像，可以計(jì)算體積和面積，簡(jiǎn)化了分 析過(guò)程。 盡管這三種不同的屏保聲稱具有相似的性能，劃痕測(cè) 試可清晰分辨樣品耐磨性能和抗斷裂性能的差異。

材料表面性能綜合測(cè)試平臺(tái):SMT-5000