Метод випробування товщини оксидної плівки та твердості компонентів автомобільних алюмінієвих сплавів

Анодна оксидна плівка на деталях автомобілів з алюмінієвих сплавів діє як шар броні на їхній поверхні. Вона утворює щільний захисний шар на поверхні алюмінієвого сплаву, підвищуючи корозійну стійкість деталей та подовжуючи термін їхньої служби. Водночас оксидна плівка має високу твердість, що може покращити зносостійкість поверхні алюмінієвого сплаву.

Анодна оксидна плівка алюмінієвого сплаву характеризується відносно малою товщиною та відносно високою твердістю. Необхідно вибрати відповідне випробувальне обладнання для мікротвердості, щоб уникнути пошкодження шару плівки індентором. Тому ми рекомендуємо використовувати мікротвердомір за Віккерсом з випробувальним зусиллям 0,01-1 кгс для перевірки її твердості та товщини. Перед випробуванням на твердість за Віккерсом необхідно перетворити заготовку на зразок. Необхідне обладнання - це металографічний монтажний верстат (цей крок можна пропустити, якщо заготовка має дві плоскі поверхні) для встановлення заготовки у зразок з двома плоскими поверхнями, потім за допомогою металографічного шліфувально-полірувального верстата шліфувати та полірувати зразок до досягнення блискучої поверхні. Монтажний верстат та шліфувально-полірувальний верстат показані на малюнку нижче:

1. Етапи підготовки зразків (застосовуються для вимірювання твердості та товщини)

1.1 Відбір зразків: Виріжте зразок розміром приблизно 10 мм × 10 мм × 5 мм з компонента, що підлягає випробуванню (уникаючи зони концентрації напружень компонента), та переконайтеся, що поверхня випробування є оригінальною поверхнею оксидної плівки.

1.2 Монтаж: Закріпіть зразок за допомогою гарячого монтажного матеріалу (наприклад, епоксидної смоли), оголивши поверхню оксидної плівки та поперечний переріз (поперечний переріз потрібен для випробування товщини), щоб запобігти деформації зразка під час шліфування.

1.3 Шліфування та полірування: Спочатку виконайте покрокове мокре шліфування наждачним папером із зернистістю 400#, 800# та 1200#. Потім відполіруйте алмазними полірувальними пастами з зернистістю 1 мкм та 0,5 мкм. Нарешті, переконайтеся, що межа між оксидною плівкою та підкладкою не має подряпин та чітко видима (поперечний переріз використовується для спостереження за товщиною).

2. Метод випробування: метод мікротвердості за Віккерсом (HV)

2.1 Основний принцип: Використовуйте алмазний пірамідальний індентор, щоб прикласти невелике навантаження (зазвичай 50-500 г) до поверхні плівки для створення вдавлення, та розрахуйте твердість на основі діагональної довжини вдавлення.

2.2 Ключові параметри: Навантаження має відповідати товщині плівки (виберіть навантаження < 100 г, якщо товщина плівки < 10 мкм, щоб уникнути проникнення вм'ятини в підкладку)

Ключовим є вибір навантаження, яке відповідає товщині плівки, та запобігання проникненню надмірного навантаження крізь оксидну плівку, що призведе до того, що результати вимірювань включатимуть значення твердості підкладки з алюмінієвого сплаву (твердість підкладки значно нижча, ніж твердість оксидної плівки).

Якщо товщина оксидної плівки становить 5-20 мкм: виберіть навантаження 100-200 г (наприклад, 100 гф, 200 гф), а діаметр відбитка повинен контролюватися в межах 1/3 товщини плівки (наприклад, для товщини плівки 10 мкм діагональ відбитка ≤ 3,3 мкм).

Якщо товщина оксидної плівки < 5 мкм (надтонка плівка): виберіть навантаження менше 50 г (наприклад, 50 гф), і для спостереження за вдавленням необхідно використовувати об'єктив із великим збільшенням (40x або більше), щоб уникнути проникнення.

Під час проведення випробувань на твердість ми звертаємося до стандарту ISO 10074:2021 «Технічні умови на тверді анодні оксидні покриття на алюмінії та алюмінієвих сплавах», який чітко визначає випробувальні зусилля та діапазони твердості, що застосовуються під час вимірювання різних типів оксидних покриттів за допомогою мікротвердомера за Віккерсом. Детальні характеристики наведено в таблиці нижче:

Таблиця: Приймальні значення для випробування мікротвердості за Віккерсом

Примітка: Для оксидних плівок товщиною понад 50 мкм значення мікротвердості є відносно низькими, особливо зовнішній шар плівки.

2.3 Запобіжні заходи:

Для одного й того ж компонента слід виміряти 3 точки в кожній з 3 різних областей, а середнє значення 9 точок даних слід прийняти за кінцеву твердість, щоб уникнути впливу локальних дефектів плівки на результати.
Якщо на краю вдавлення з'являються «тріщини» або «розмиті межі розділу», це свідчить про те, що навантаження занадто велике та проникло крізь шар плівки. Навантаження слід зменшити та повторити випробування.