- Phạm vi ứng dụng:
3) Phƣơng pháp đo độ cứng Vickers
Phương pháp đo độ cứng Vickers được phát minh vào những năm 1924 bởi những kỹ sư ở công ty Vicker là Smith và Sandland, trong vương quốc Anh. Phương pháp này như là một thay thế cho phương pháp đo Brinell. Sử dụng dễ dàng hơn và là một tiêu chuẩn để đo độ cứng kim loại, đặc biệt những bề mặt vật liệu vô cùng cứng (Hình 45). Phương pháp này được coi là độ cứng chuẩn trong nghiên cứu khoa học. Chủ yếu sử dụng tại các phòng thí nghiệm và nghiên cứu.
Phƣơng pháp đo:
Hình 45: Sơ đồ phương pháp đo Vickers
Các tính toán của phương pháp thử Vicker không phụ thuộc kích cỡ của đầu thử. Đầu thử có thể sử dụng cho mọi loại vật liệu. Phép thử sử dụng một
mũi thử kim cương hình chóp 4 cạnh có kích thước tiêu chuẩn, góc giữa các mặt phẳng đối diện là 136o (±3º ) (Hình 46). Mũi thử được ấn vào vật liệu dưới tác dụng của các tải trọng 50N,100N, 200N, 300N, 500N, 1000N. Sau khi cắt tải trọng, tiến hành đo đường chéo d của vết lõm, và tra theo bảng sẽ có trị số độ cứng Vickers (hoặc giá trị cho trên màn hình nếu dùng máy hiển thị số). Độ cứng vickers tính bằng F/S. Lấy lực thử F chia cho diện tích bề mặt lõm S. Bề mặt lõm S được tính theo độ dài trung bình hai đường chéo d. Bề mặt lõm được tạo thành khi tác dụng một lực vào mẫu thử với mũi đột kim cương, hình chóp (Hình 47).
Hình 46: Hình dạng vết lõm trên mẫu thử Độ cứng Vickers được tính theo công thức:
HV = k.F/S= 0,102.F/S = {0,102. 2. F.sin(θ/2)}/d2 Trong đó: HV: Độ cứng Vickers. k: Là một hằng số (k = 0,102); F: Lực F; S: Diện tích bề mặt lõm;
d: Độ dài đường kính trung bình : d =(d1+d2)/2 θ: Góc hợp với hai mặt đối diện = 1360
Ƣu, nhƣợc điểm và ứng dụng:
Ƣu điểm:
Có thể so sánh với nhiều tải trọng. Một phương pháp cho tất cả vật liệu.
Có thể kiểm tra diện tích nhỏ và pha riêng lẻ.
Nhƣợc điêm:
Yêu cầu phải chuẩn bị mẫu kỹ.
Phạm vi ứng dụng:
Vật liệu tấm mỏng. Vật liệu mạ phủ.
Hình 47: Ảnh chụp SEM của vết lõm trên màng TiN dày 2μm phủ trên đế thép tinh khiết tạo bởi indenter Vickers tại các lực tác dụng khác nhau và độ xuyên sâu tương ứng
III.1.2. Tính chịu mài mòn
Các bề mặt với yêu cầu có độ bền cao và khả năng chống ăn mòn tốt ngày càng đượcsử dụng nhiều trong kỹ thuật. Đặc biệt với công nghệ phủ như bay hơi, thấm ni-tơ, mạ đơn chất, mạ tổng hợp và mạ composite, đã tạo ra một bước tiến vượt bậc về tăng tuổi thọ và độ bền của các chi tiết làm việc trong những điều kiện mài mòn như các loại dụng cụ cắt kim loại, các chi tiết quan trọng trong động cơ máy.
Việc kiểm tra đánh giá tính chất ma sát và khả năng chống ăn mòn của các lớp bề mặt đóng vai trò đặc biệt quan trọng, nhất là đối với các lớp phủ có chiều dày chỉ vài nanomet sẽ góp phần cải tiến công nghệ phủ cũng như tạo ra các chi tiết có khả năng đáp ứng yêu cầu cao về độ chịu mài mòn, tăng tuổi thọ chi tiết trong những điều kiện làm việc khắc nghiệt.
Trước kia các thiết bị kiểm tra tính chất ma sát và khả năng chống ăn mòn của các lớp phủ đóng vai trò đặc biệt quan trọng, nhất là các lớp phủ có chiều dày vài nanomet sẽ góp phần cải tiến công nghệ bề mặt cũng như tạo ra các chi tiết có khả năng đáp ứng các yêu cầu cao về độ chịu mai mòn, tăng tuổi thọ chi tiết trong những điều kiện làm việc khắc nghiệt.
Lớp phủ hữu cơ được gia công có chiều dày đồng nhất trên tấm thử cứng, phẳng. Sau khi đóng rắn, bề mặt được thử nghiệm mài mòn bằng cách quay tấm mẫu dưới các bánh mài có gắn tải trọng.
Độ chịu mài mòn được tính toán theo khối lượng hao hụt tại số vòng quay quy định, theo khối lượng hao hụt trên mỗi vòng quay, hoặc theo số vòng quay cần thiết để mài mòn hết một lượng chiều dày màng phủ.
Ý nghĩa và sử dụng
Lớp phủ trên bề mặt có thể bị hư hỏng do mài mòn trong quá trình chế tạo và sử dụng. Phương pháp thử này đã rất hữu ích trong việc đánh giá độ bền mài mòn của lớp phủ. Các mức đánh giá bằng phương pháp thử nghiệm này cũng tương quan với các mức đánh giá bằng sự rơi hạt mài trong phương pháp thử ASTMD.
Với một số vật liệu, độ mài mòn thử nghiệm trên máy Taber có thể dao động do sự thay đổi đặc tính mài mòn của bánh mài trong quá trình thử nghiệm. Tùy thuộc vào vật liệu mài và mẫu thử nghiệm, bề mặt bánh mài có thể thay đổi do sự bám dính của sơn hoặc chất khác bị mài ra từ mẫu thử, và phải được làm sạch sau một thời gian sử dụng hoặc theo các bên thử nghiệm. Để xác định tần xuất làm sạch bề mặt bánh mài, vẽ đồ thị khối lượng hao hụt sau mỗi 50 vòng quay. Nếu độ dốc của đường thay đổi đột ngột trước 500 vòng quay, tần xuất làm sạch bề mặt chính là vị trí thay đổi độ dốc đột ngột của đồ thị.
Nguyên lý đo độ mài mòn:
Nguyên lý đo độ mài mòn của vật liệu dựa trên nguyên lý tính toán ma sát tiếp xúc giữa một đĩa quay với bề mặt các chi tiết khác.
Thiết bị kiểm tra độ mài mòn (máy taber)
Bánh mài: CS-10 hoặc CS-17, trừ trường hợp theo yêu cầu của các bên thử nghiệm. Do sự hóa cứng của vật liệu kết dính diễn ra chậm, bánh mài sẽ không được tiếp tục sử dụng sau thời hạn ghi trên bánh mài, hoặc sau 1 năm nếu không có thời hạn ghi trên bánh mài (Bánh mài CS- 17 được sử dụng trong điều kiện mài mòn khắc nghiệt hơn so với bánh mài CS-10.)
Đĩa nhám làm sạch bề mặt: Sử dụng đĩa mài S-11 để làm sạch bề mặt của bánh mài.
III.2. Tính chất hóa học
III.2.1. Tƣơng tác hóa học giữa lớp màng phủ và nền kim loại