CN114563292B - 一种精确测量微米级镀膜层硬度的测试方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于零件表面检测技术领域，提出一种精确测量微米级镀膜层硬度的测试方法。提出的一种精确测量微米级镀膜层硬度的测试方法通过显微维氏硬度计和扫描电子显微镜的低、高倍观察测量配合使用，对镀膜层厚度≤10μm的膜层硬度得到精确测量；在显微维氏硬度计上，采用合适的加载载荷完成对给定零件表面硬度的压头压入测试，准确标记压头压入位置，记录测试参数；将完成硬度检测的试样放置在扫描电子显微镜下，观察压痕形状并测量压痕尺寸，根据镀膜层硬度与压入载荷、压痕大小的关系，利用显微维氏硬度计算公式得出镀膜层显微硬度。本发明具有操作简单，检测结果准确度和精确度高等特点。
Description
技术领域
本发明属于零件表面检测技术领域，具体涉及一种精确测量微米级镀膜层硬度的测试方法。
背景技术
众所周知，采用显微硬度测试方法检测零件表面组织硬度、镀膜层硬度时，选用较大加载载荷可增加压头压入深度，得到的压痕便于观察和尺寸测量，可以有效避免因零件表面因粗糙度不良等因素对结果准确性影响。但在很多实际检测情况下，零件表面由于特殊工况和使用环境要求，镀膜层厚度非常浅，特别是在膜层厚度小于10μm的情形下，选用较大载荷很有可能导致压头击穿镀膜层，造成硬度检测准确性下降，而选用较小的加载载荷，压头压入深度和压痕尺寸非常小，通过仪器自带的光学观察***，观察测试难度较大，也会影响测试结果精确性。
那么如何保证在小的加载载荷下有效地、精确地测量零件或试样表面微米级镀膜层的硬度，为产品加工和工艺改进提供支持，保证产品表面质量，切实满足检测及质量控制需要就成为本领域技术和检测人员一直以来的诉求。
发明内容
为克服背景技术中存在的问题，本发明提供了一种可以精确测量微米级镀膜层硬度的测试方法，通过本发明的使用可使零件表面镀膜层硬度得到精确测量，特别是针对小加载载荷下，提高小的压入压痕尺寸测量准确性和精确度，为产品加工和工艺改进提供技术支持，保证产品表面质量。
为实现如上所述的发明目的，本发明采用如下所述的技术方案：
一种精确测量微米级镀膜层硬度的测试方法，测试方法通过显微维氏硬度计和扫描电子显微镜的低、高倍观察测量配合使用，对镀膜层厚度≤10μm的膜层硬度得到精确测量；在所述显微维氏硬度计上，采用合适的加载载荷完成对给定零件表面硬度的压头压入测试，准确标记压头压入位置，记录测试参数；所述显微维氏硬度计加载载荷在0.5gf～25gf内，加载时间15s，XYZ向移动精度±0.1μm；将完成硬度检测的试样放置在扫描电子显微镜下，观察压痕形状并测量压痕尺寸，根据镀膜层硬度与压入载荷、压痕大小的关系，利用显微维氏硬度计算公式得出镀膜层显微硬度；显微维氏硬度计算公式为：
；
式中α为显微维氏金刚石方形锥压头相对面夹角，取136°；F为加载载荷，单位为N；d为压痕对角线平均长度，单位为mm。
所述扫描电子显微镜放大倍数5X～100000X，二次电子像高真空模式在30kV下分辨率优于5.0nm。
本发明提出的一种精确测量微米级镀膜层硬度的测试方法，采用如上所述的技术方案，本发明具有如下所述的优越性：
本发明通过对镀膜层厚度≤10μm下的膜层硬度采用显微维氏硬度测试、扫描电子显微镜观察压痕形貌并精确测量压痕尺寸，依此精确计算镀膜层硬度，有效避免在小的加载载荷下，压痕尺寸检测误差导致硬度准确性降低情况出现，有效配合产品加工和工艺改进提升，确保产品表面质量符合设计加工要求，本发明具有操作简单，检测结果准确度和精确度高等优点，适合大范围的推广和应用。
附图说明
图1为本发明所述的零件表面镀膜层其中一种的外观形貌；
图2为本发明中膜层表面显微维氏硬度检测和光镜下观察的压痕形貌；
图3为本发明中膜层显微维氏硬度压痕扫描电镜观察形貌。
具体实施方式
通过下面的实施例可以更详细的解释本发明，本发明并不局限于下面的实施例；
结合图1-图3，零件在膜层制备之前，对其制膜原始表面质量、基体硬度以及膜层与基体膨胀系数匹配性等均有严格的技术要求，以避免膜层制备过程中出现膜层与基体结合力、膜层厚度均匀性以及膜层致密性不符合要求，以及在测试过程中出现膜层脱落现象出现；本发明所述的零件或试样要求表面加工粗糙度≤Ra0.2，膜层厚度在10μm内。
本发明在具体实施时，其具体测量方法包括如下步骤：
第一步：显微硬度计校准及加载载荷选择
首先根据显微维氏硬度计检定校准证书对仪器检测测量***合规性进行确认，保证仪器测量稳定性。
根据被测零件或试样的镀膜层厚度计算和选择加载载荷，加载载荷在0.5gf、3gf、5gf、10gf范围进行选择，根据压痕对角线长度与压头压入深度的对应关系，载荷选择以压头不击穿膜层且有深度冗余为依据；
第二步：压入测试
使用显微维氏硬度计进行硬度测试，观察硬度压痕是否满足观察和测量，要求压痕规整无变形，无击穿膜层情形；标记测试位置及仪器测试加载载荷、加载时间等相关参数。
第三步：扫描电子显微镜观察测量压痕
将压痕标记位置放置在扫描电镜(SEM)下观察，压痕规整，棱边清晰，图2给出本发明中膜层表面显微维氏硬度检测和光镜下观察的压痕形貌；
通过SEM测量压痕对角线尺寸，做好原始数据和记录。
第四步：镀膜层硬度计算
通过上步得到的压痕对角线尺寸求出压痕对角线平均尺寸，结合显微硬度计测试参数，代入显微维氏硬度计算公式计算镀膜层硬度。
本发明通过显微维氏硬度计和扫描电子显微镜的低、高倍观察配合使用，使微米级镀膜层硬度得到准确有效测量，为产品加工和工艺改进提供技术支持，保证产品表面质量。
本发明未详述部分为现有技术。
为了公开本发明的发明目的而在本文中选用的测试参数和实施例，当前认为是适宜的，但是，应了解的是，本发明旨在包括一切属于本构思和发明范围内的实施例的所有变化和改进。
Claims (2)
1.一种精确测量微米级镀膜层硬度的测试方法，其特征在于：测试方法通过显微维氏硬度计和扫描电子显微镜的低、高倍观察测量配合使用，对镀膜层厚度≤10μm的膜层硬度得到精确测量；在所述显微维氏硬度计上，采用合适的加载载荷完成对给定零件表面硬度的压头压入测试，准确标记压头压入位置，记录测试参数；所述显微维氏硬度计加载载荷在0.5gf～25gf内，加载时间15s，XYZ向移动精度±0.1μm；将完成硬度检测的试样放置在扫描电子显微镜下，观察压痕形状并测量压痕尺寸，根据镀膜层硬度与压入载荷、压痕大小的关系，利用显微维氏硬度计算公式得出镀膜层显微硬度；显微维氏硬度计算公式为：
；
式中α为显微维氏金刚石方形锥压头相对面夹角，取136°；F为加载载荷，单位为N；d为压痕对角线平均长度，单位为mm。
2.如权利要求1所述的一种精确测量微米级镀膜层硬度的测试方法，其特征在于：所述扫描电子显微镜放大倍数5X～100000X，二次电子像高真空模式在30kV下分辨率优于5.0nm。
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