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GB／T 21838.4-2020 金属材料 硬度和材料参数的仪器化压入试验 第4部分：金属和非金属覆盖层的试验方法.pdfICS 77.040.10 CCS H 22
金属材料石 硬度和材料参数的 仪器化压入试验 第4部分： 金属和非金属覆盖层的试验方法
覆盖层的弹性和塑性性能是确定覆盖层产品质量的重要指标，实际上许多产品表面增加覆盖层可 以提高其耐磨性，而高的硬度通常是提高耐磨性的前提。覆盖层硬度的测量常被作为一种质量控制手 段。杨氏模量对覆盖层组分设计中的应力计算很重要。如，覆盖层抵抗外力的能力是覆盖层部件的 个重要特性。 采用仪器化压人试验可以相对简单地测定块体材料的硬度和压人模量。然而，当在覆盖层表面进 行压入试验时，基体材料的性能对试验结果有影响，影响的程度取决于试验力、覆盖层性质和厚度等。 本文件提出的方法，其目的是在基体显著影响测量的情况下提供可能的分析方法，以从基体和覆盖
金属材料硬度和材料参数的 仪器化压入试验第4部分： 金属和非金属覆盖层的试验方法
GB/T21838.1一2019的表1及本文件的表1中给出的符号和说明适用于本文件
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通常，宜尽量减少试样表面的加工，若试样表面状况满足5.2、5.3和5.4的要求，试验宜在试样接收 状态下进行测量。
压人深度的减小将导致粗糙表口 录E）。当表面粗糙度值Ra接近于压人深度时，压痕在试验面上峰和谷位置的不同会导致接触面积相 差很大。在经验和设备允许的情况下，宜尽量使最终试验面平滑。表面粗糙度值Rα宜尽可能小于最 大压人深度的5%。 注：对玻氏压头，试验面的法线与压痕轴线的角度大于7°时会使试验结果产生较大的误差[3]。压痕轴线和接触点 处的表面法线的夹角对试验结果影响更大。对粗糙表面，该角度与试样表面法线和压痕轴线的夹角也许会有 显著不同。 Ra被推荐作为实用且容易理解的表面粗糙度参数，但是Ra是个平均值。尽管在表面上遇到最大 峰值的可能性很小，但是其单个的峰值和谷值（由R定义）可能比Rα值本身大得多。研究覆盖层表面
，对于任息R值郁有两种极限值。 当表面粗糙度的“波长”（在覆盖层试验面 的平面内）比压头顶端曲率半径大得多时，试验力压入时试样的响应是由该处覆盖层的表面曲率半径决 定的；当波长远小于压头顶端曲率半径时，压头会与粗糙面发生多点接触，其结果近似于样品表面存在 一个较低模量的覆盖层， 当在试样接收状态下进行试验时，试样表面可能有各种随机缺陷（如局部异常或划痕）。如果试验 机配有成像系统可以观察试样表面拟压入区域，建议选择远离这些缺陷的“平坦”区域进行试验。 粗糙度轮廓测量仪探针半径应小于压头半径。如采用AFM测定某一扫描区域的表面粗糙度值 Ra，建议扫描面积为10um×10μm 如试验机具备扫描表面形貌的功能CJJ 58-2009：城镇供水厂运行、维护及安全技术规程（无水印，带书签），即使在试样平均表面粗糙度较大的情况下，仍可在试验前选择
试验面机械抛光可能导致加工硬化和（或)表面残余应力状态的变化，从而影响硬度的测量。对陶 瓷材料，尽管机械抛光也可能产生表面缺陷，但其对表面性能的影响比金属少。研磨和抛光应使前一工 序产生的应力被后一工序去除，最终工序应使用粒度级别与试验中压入深度相当的抛光剂。如可能，宜 采用电化学抛光， 注1：许多覆盖层会复制基体的表面形貌。在允许的情况下，可以通过保证基体有一个适当的抛光表面来消除覆盖 层试验面制备的必要性，从而解决抛光导致覆盖层厚度降低对于压人深度的限制。然而在一些情况下，改变 基体表面粗糙度可能影响覆盖层的其他性能，因此使用这种方法时宜注意。 注2：覆盖层中通常存在较大的残余应力（如由于覆盖层和基体之间热膨胀系数不匹配和/或覆盖层沉积工艺而产 生的应力），因此通常无法期望得到一个无应力测量表面。此外，覆盖层中一般都存在应力梯度，在试验面制 备过程中去除过多的材料可能导致其明显偏离原始表面状态。 注3：抛光将减少覆盖层厚度，因此当在覆盖层表面进行压入试验时其基体效应将增大。当数据分析需要知道准确 的覆盖层厚度时.抛光后需重新测量覆