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如何测定热喷涂涂层的硬度

发布时间: 2019-09-18

  涂层硬度是涂层非常重要的力学性能指标,它关系到工件在使用过程中的耐磨性、强度和使用寿命。涂层硬度不仅与喷涂原料密切相关,还与喷涂方法、喷涂设备、喷涂工艺、喷涂条件等因素有关。那么如何测定热喷涂涂层的硬度呢?霸州喷涂通过本文详细为大家分析!


如何测定热喷涂涂层的硬度


  如何测定热喷涂涂层的硬度



  1、宏观硬度的测定方法

  涂层的宏观硬度是指由普通布氏硬度计或洛氏硬度计测量的平均硬度值,以涂层整个表面上的大范围(宏观)压痕为测量对象。

  (1)、布氏硬度(HB)

  布氏硬度测定的钢球直径、载荷大小和作用时间应根据样品的预期硬度选择,试验后压痕直径应为0.25D。

  (2)洛氏硬度(HR)

  洛氏硬度适用于表面硬度大于450 HBW的试样的硬度测试。本方法适用于金属喷涂和陶瓷涂层的测定。喷涂层一般应使用表面洛氏硬度计,其原理与普通洛氏硬度计相同,只是所加载荷较小而已。

  检测时,最硬的耐磨涂层宜采用15N、30N、45N刻度测量;稍软的涂层可用15T、30T、45T刻度测量;对更软的涂层,用带有主负荷为15 kg的表面洛氏硬度机测定,分别采用直径为1.588 mm (1/16〞)的钢球,R15T刻度表;直径为3.175 mm (1/8〞)的钢球,R15W刻度表;直径为12.700 mm (1/2〞)的钢球,R15Y刻度表。

  2、显微硬度的测定方法

  显微硬度法(HV)是利用显微硬度测试仪上的专用金刚石压头,在一定的静载荷下,将金刚石压头压入样品的涂层表面,得到相应的方形金字塔压痕。然后用硬度计上测微目镜将压痕放大一定的倍率,再测量其压痕对角线长度。

  该方法适用于各种硬度和样品类型,可用于普通喷涂和喷涂,但样品的最小厚度不得小于1.95 (f/HV x 9.8) 1/2。由于显微硬度法把试验对象缩小到显微尺度以内,因此常用来测定某一组织组成物或某一组成相的硬度。

  (1)、显微硬度试验条件

  1)、载荷的选择

  显微硬度通常为25、50、100、200、300、500和1000克力。对于特殊的精细样品,应选择较小的载荷,如10和5克力。一些专用的超微小硬度计,其载荷可达到0.1克力。

  为试验选择的负荷取决于试验片的厚度和硬度范围。在试件厚度允许的范围内尽量采用较大载荷,以便获得较大尺寸的压痕,从而减小测量的相对误差。但对于过硬的物质不宜采用过大的载荷,以免损坏压头。然而也不宜采用所获得压痕之对角线小于10微米的载荷。选取实验载荷是要针对材料硬度范围而定。


如何测定热喷涂涂层的硬度


  2)、试样的制备

  样品表面应光滑、清洁、平整且无油污。样品表面应打磨抛光,其表面光洁度不得低于▽12,涂层应有相应的厚度。试验后,试样应无变形痕迹,其厚度不应小于压痕深度的10倍。对于特小试件,应将其镶嵌在塑料或其他较软材料上,但镶嵌材料应有一定的强度,使其在试验时不产生位移。

  3)、压头

  以两楞面角度为136°的金刚石正四棱锥为压头。

  (2)、负荷的施加、保持与卸除

  1 )、负荷需要平稳、缓和的施加,没有振动和冲击, 特别是保持时间短的情况,负荷速度不能过慢。加载速度大多在15~50微米/秒的范围。

  2)、负载保持时间也会影响测试结果。保持时间越长,材料变形越充分,硬度值越低。同时保持时间过长,容易受外界条件干扰,也影响试验结果。通常选用30秒左右完成加载。

  3)、负荷卸除时,禁忌冲撞和振动,应平稳、均匀地卸除。一般卸荷速度较加荷速度快。

  (3)、压痕测量装置

  显微镜放大率通常不小于400倍。其分度值不得大于0.5微米,读数精度不得低于±0.2微米。

  (4)、试验环境及其他

  1 )、试验应在室温为20±1℃的干燥、无腐蚀气体的清洁环境下进行,附近无振动源,硬度计应设置在稳定的基础上,调整水平。

  2)、硬度计应经检验合格后,方可使用。

  3)、同一试件上至少应测量三个点,三个点的平均值应作为试件的硬度值。

  4)、压痕中心与试件边缘和两个相邻压痕中心之间的距离不得小于压痕对角线长度的2.5倍。对于有色金属不得小于压痕对角线长度的5倍距离。

  (5)、检验步骤

  为了保证涂层硬度测试的准确性,应按以下步骤进行检验:

  1 )、试样准备

  对被试料的试验部位进行适当的预处理,使表面平滑,清洗后使表面没有油污等污垢,测定截面硬度时,需要用金相厚度测定法制作试料。

  2)、仪器检验与校正

  应按仪器产品说明书对显微硬度计进行严格全面检查和校正,以保证仪器工作时正常,压痕清晰,测值准确,并符合标准硬度值范围。

  3)、选择载荷重量及加载速度

  在实际操作前,应根据被测涂层性能和厚度按前述公式估算出载荷重量,并选择适宜的加载速度,在可能范围内尽量选择较大的载荷和较小的加载速度。

  4)、加荷

  将被测试样的测试部位置于硬度计的物镜下,选择好压痕的合适位置后,将其缓慢移至硬度计金刚石压头下方,然后均匀缓慢进行加载,直至仪器指示灯指示加载已到所选定载荷时停止加载,保持一定时间后立即卸去载荷。

  5)、观察压痕

  将试样再移至硬度计物镜下,通过硬度计的目镜可以清晰看到试样上正方形角锥体压痕及压痕的对角线。

  6)、测量压痕长度

  准确测出压痕对角线长度,并根据此长度查表求出硬度值。

  7)、重复操作

  对于同一试样,应按以上步骤,在相同条件下重复操作5次以上,取其平均值作为涂层硬度的最后测量结果。


如何测定热喷涂涂层的硬度


  3、霍夫曼(Hoffman)划痕硬度方法

  该方法可以间接测定涂层的硬度。采用6 mm有斜面的负荷尖头在2×9.807 N负荷作用下于喷涂层表面刻划,要求最小涂层厚度为0.89 mm,以划痕宽度表示硬度。划痕越宽,硬度就越低,涂层结合状况也越弱。Hoffman划伤硬度值HN可按下式计算。

  HN=b/5×10-3

  划伤硬度试验方法目前还不甚完善,除了霍夫曼划痕硬度法外,美国曾提出过利用立方体金刚石的棱线倾斜于工件进行擦伤,随后用显微镜测量划痕的宽度,宽度越大,则硬度越低。

  4、锤击硬度方法

  试验时用锤子撞击机器的碰撞销,冲击力传递到钢球,钢球同时压入试验过的涂层和标准棒,对两者的压入力相等。硬度值是用比较金属涂层和标准杆上压痕直径的方法来确定的。试样的硬度可由下式近似给出:

  HBO=HBB(dB2/d02)

  HBO—金属涂层锤击硬度,HBB—标准杆硬度,dB—标准杆上压痕直径,d0—金属涂层上压痕直径。

  该试验法的特点是适合于现场及大型工件硬度的测试,可以比较不同涂层材料的硬度差别,但其硬度值不宜作为性能指标使用。

  5、硬度示值分析方法

  由于涂层形成方法的工艺规格不同,或者涂层材料特性不同,以及不同的旁观者结构、粒度、孔的数量和尺寸、氧化物含量等,测得的硬度也会有明显的差异。

  涂层硬度随喷涂距离变化而变化。虽然喷枪的功率不同,但总会有一个硬度峰值。过大过小的喷涂距离,都使涂层硬度下降。

  粉末粒度大小也对硬度有一定影响。试验表明,粉未粒度越理,得到的涂层硬度就越低。

  不同的涂层厚度,其硬度值显示也有差异。实验表明,当热喷涂层厚度小于不同热喷涂工艺获得的涂层厚度时,硬度值也会发生变化。一步喷熔法的涂层硬度高于二步喷熔法的涂层硬度。当厚度小于 0.6 mm时,硬度随厚度的增大而增大,当厚度达到 0.6 mm 以上时,硬度值迫于稳定。此外,喷熔时重熔次数也对硬度有一定影响。重熔次数越多、则硬度值就越低。

  以上就是热喷涂涂层的硬度的完整测定方法,一般热喷涂涂层的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。