涂层硬度检测方法解析

2023-06-18 理论教育版权反馈

【摘要】：涂层的显微硬度是指用显微硬度计，以涂层中微粒为测定物件，所测得的硬度值，反映的是涂层颗粒的硬度。标准洛氏硬度计的刻度盘指标每转一圈压入深度为0.203mm，为精确测定涂层的硬度，涂层厚度应大于压入深度的10倍。较软的涂层也可采用标准布氏硬度计进行测定。涂层微观硬度检测1）显微硬度的计算。对于同一试样，前述步骤在相同条件下最少重复3次，取算术平均值作为涂层显微硬度的最终检测结果。表5-1 涂层厚度与检测方法之间的关系

硬度是材料在外力条件下抵抗塑性变形、划痕、磨损或切割等的能力。实际上是弹性模量、屈服强度、变形强化率等一系列物理性能在不同程度上组合成的一种复合力学性能。由于试验方法和所根据的原理不同，有宏观硬度和显微硬度。表示方法有布氏硬度（HBW）、洛氏硬度（HRA、HRB、HRC）、肖氏硬度（HS）、维氏硬度（HV）等。

涂层的硬度是涂层非常重要的力学性能指标，关系到涂层的耐磨性、强度及涂层使用寿命等多种指标。组成涂层的涂层材料大多是多合金或高合金材料和复合材料，涂层组织中存在着化合物相和硬质点弥散相，所以涂层硬度的检测有宏观硬度和显微硬度之分。

涂层的宏观硬度是指用一般的布氏硬度或洛氏硬度计，以涂层表面整体大范围（宏观）压痕为测定对象，所测得的平均硬度值。由于涂层材料不同于基体材料，涂层中存在的气孔、氧化物等缺陷，对所测得的宏观硬度值会产生一定的影响。涂层的显微硬度是指用显微硬度计，以涂层中微粒为测定物件，所测得的硬度值，反映的是涂层颗粒的硬度。

涂层的宏观硬度与显微硬度在本质上是不同的。涂层的宏观硬度反映的是涂层表面的平均硬度，而涂层的显微硬度反映的是涂层中颗粒的硬度。

涂层的宏观硬度与显微硬度在数值也是不同的。如构成高碳钢涂层的微粒的硬度值若按显微硬度计换算为67HRC，而涂层的宏观硬度（平均硬度）值为38～40HRC。此外，在测定刻痕硬度时，夹杂在涂层之间的化合物微粒可能给出更高的数值。

以上两方面决定了两种涂层硬度的适应条件不同。一般来讲，对于厚度小于几十微米的薄涂层，为消除基体材料对涂层硬度的影响和涂层厚度压痕尺寸的限制（涂层太薄，则易将基体材料的硬度反映到测定结果中来），可选用检测显微硬度。反之对于厚涂层（厚度大于几十微米），则可选用检测宏观硬度。

（1）涂层的宏观硬度检测涂层宏观硬度检测是检测涂层表面硬度，试验方法和步骤按如下：

1）试样及设备。

①试样涂层表面及背面应平行，涂层表面应光滑、洁净。每个试样至少测定5个压点，其中两相监测点或任意测点距试样边缘的距离不得少于3mm。试样厚度应保证背面不得有明显变形。

②设备采用标准布氏硬度计或表面洛氏硬度计。

2）试验方法。

①涂层厚度。标准洛氏硬度计的刻度盘指标每转一圈压入深度为0.203mm，为精确测定涂层的硬度，涂层厚度应大于压入深度的10倍。因此，使用标准洛氏硬度计测定涂层硬度时，涂层厚度最少为2mm。

②硬度计刻度的选择。最硬的耐磨涂层采用C刻度、A刻度，表面硬度采用15N、30N、45N刻度测量；稍软的涂层采用B刻度或A刻度，表面硬度采用15T、30T、45T刻度测量。使用原则应根据涂层厚度来定。对较软的涂层用带有主负荷为15kg的表面洛氏硬度计测定，分别采用直径为1.588mm（1/16in）的钢球、R15T刻度表；直径为3.175mm（1/8in）的钢球、R15W刻度表；直径为12.700mm（1/2in）的钢球、R15Y刻度表。

较软的涂层也可采用标准布氏硬度计进行测定。

3）操作事项。更换钢球或装上钢球时，第一点测试硬度读数不计入，以防止钢球未安装合适或试样表面的其他缺陷而造成读数的不准确；每个试样的测试点不少于6个，且被测试试样的第一点不计入读数，最后取其平均数为测定涂层的硬度值。

（2）涂层微观硬度检测

1）显微硬度的计算。显微硬度法是采用显微硬度计上特制的金刚石压头，再以净载荷条件下压入试样涂层表面，得到相应的正方角锥体压痕。然后通过硬度计上的测微目镜将压痕放大一定的倍数，再测量压痕的对角线长度。按式（5-1）显微硬度计算式计算。