專利名稱：一種測試超薄改性涂層耐磨特性的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種測試超薄改性涂層耐磨特性的方法，屬于耐磨材料技術(shù)領(lǐng)域。 隨著機械電子、石油化工、航空航天及汽車工業(yè)的快速發(fā)展，對材料的表面性 能要求越來越高，常規(guī)加工工藝生產(chǎn)的零部件成本高，并且有時達不到實際工況下的性 能指標，如高強度、高硬度、優(yōu)異的耐磨性、良好的耐蝕性及耐高溫性等，因此材料 或零部件表面改性非常重要。其中，材料的耐磨性又是重要的一項性能，在一些摩擦磨 損比較劇烈的工況下，材料的耐磨性甚至起到?jīng)Q定性的作用。磨損是材料失效的主要形 式之一，它所造成的經(jīng)濟損失是十分巨大的，美國1981年公布的數(shù)字表明由于材料磨損 引起的材料消耗相當(dāng)于材料年產(chǎn)量的7%，而由此引發(fā)的損失高達1000億美元。
材料的磨損通常是從表面開始的，因此，控制好材料表面的磨損是關(guān)鍵。目 前，通過各種表面處理工藝如電鍍、熱噴涂、表面熱處理、滲碳滲氮等等都可以有效的 提高材料表面的耐磨性。經(jīng)過表面處理后的材料，在材料表面或形成一層鍍層，或形成 一層涂層、或形成滲層，這些表面改性涂層隨工藝條件的變化厚度也不同，大致范圍在 幾微米到幾個毫米。在測試這些表面改性涂層的磨損性能時，對磨損量的表征也不盡相 同。通常，表面改性層的厚度在幾十微米以上時，定量磨損量的表征一般用失重法來衡 量，且比較精確。但是，對于1 2微米的超薄改性涂層，失重法常常并不適用。目 前，實驗室天平的精度達到了 0.01mg，在摩擦副接觸面積不是很大，改性涂層剛好被磨 穿時，其總失重量也遠遠不到0.01mg，此時失重法并不適用。為此，實驗室對這種較 薄的表面改性層往往采用體積磨損量來表征耐磨性。盡管有時通過積分能夠算出體積磨 損量，但在很多磨損條件下，磨痕形貌通常很不規(guī)則，常規(guī)的積分計算會帶來很大的誤 差。 本發(fā)明的目的是提供一種測試超薄改性涂層耐磨特性的方法，解決了超薄改性
涂層定量磨損量測量難的問題。 本發(fā)明是通過下述技術(shù)方案實現(xiàn)的。 —種測試超薄改性涂層耐磨特性的方法，其特征在于該方法包括以下工藝過程 和步驟 a.將表面具有超薄改性涂層(或滲層)的待測耐磨試樣在摩擦磨損試驗機上進行 摩擦磨損試驗，在丙酮溶液中對摩擦磨損后的試樣進行超聲波清洗； b.用三維超景深數(shù)碼顯微鏡對試樣磨痕面積進行測量，測量2 3次取平均值為 S;再用三維超景深數(shù)碼顯微鏡對試樣磨痕深度進行測量，測量3 5次取平均值為H; 將所測得的磨痕面積S乘以磨痕深度H得出磨損體積V，即為磨損量。
本發(fā)明中測試超薄改性涂層磨損量的儀器為KEYENCE公司的三維超景深數(shù)碼
背景技術(shù)：
發(fā)明內(nèi)容顯微鏡(VHX-600系列)。該儀器操作方便，精確度高，可通過圖像的層層疊加對三維形 貌進行合成，繼而測出磨損深度(可多次測量取平均值)；同時可利用儀器相關(guān)軟件方便 地繪出磨痕輪廓并快捷地測出磨損面積，繼而利用所測得的磨痕面積乘以磨痕深度即可 得到磨損體積。 本發(fā)明的優(yōu)點在于能夠解決超薄改性涂層磨損量測量難的問題，本發(fā)明實施簡 單方便。


圖1所示為測量磨痕面積及磨痕深度的儀器VHX-600系列三維超景深顯微鏡。
圖2所示為耐磨試樣示意圖。 圖3所示為實驗中摩擦副接觸方式，在該接觸條件下，磨痕為規(guī)則的橢圓形， 橢圓中心為磨損最劇烈部分，磨痕中心處磨損深度也最大。 圖4所示為利用上述儀器測得的經(jīng)DLC表面處理(類金剛石涂層，涂層厚度 2 ii m)和滲氮表面處理(滲層35 ii m)的高速鋼耐磨試樣與鑄鐵合金對磨后磨痕面積的變 化趨勢。 圖5所示為利用上述儀器測得的經(jīng)DLC表面處理(類金剛石涂層，涂層厚度 2 y m)和浸硫氮化表面處理(滲層35 ii m)的高速鋼耐磨試樣與鑄鐵合金對磨后磨痕中心 深度的變化趨勢。 圖6所示為利用圖4所測得磨痕面積及圖5所測的磨痕中心深度所計算出的磨損 體積變化曲線。
具體實施例方式
下面結(jié)合實施例對本發(fā)明進行詳細描述。
實施例1 本實施例的工藝過程和步驟如下所述 (1)選取M2高速鋼，對高速鋼表面分別進行兩種不同的表面處理 一種是 DLC(類金剛石涂層)表面處理，涂層厚度2ym;另一種是浸硫氮化表面處理，滲氮層深 度35iim。這兩種表面處理均可以提高材料表面的硬度，可以極大地提高速鋼表面的耐 磨性及耐蝕性。 (2)依據(jù)實際工況將試樣加工成一端帶弧的矩形試樣，如圖2所示。 (3)在MM200磨損試驗機上進行磨損實驗，對磨件選取鑄鐵合金圓環(huán)(①=
40mm)，摩擦副接觸方式如圖3所示。 耐磨實驗的實驗參數(shù)選取 正壓力N = 50kg ; 試驗機轉(zhuǎn)速V = 200轉(zhuǎn)/分； 潤滑狀況油潤滑，滴油速度4滴/分； 磨損時間選取30min、 60min、 90min和120min。 (4)將磨損后的試樣在丙酮溶液中進行超聲波清洗(清洗時間15min)，去除試樣 表面油漬污漬，將其烘干后即進行磨損量的測試。
(5)利用三維超景深數(shù)碼顯微鏡(VHX-600系列)相關(guān)軟件對磨痕面積進行測試， 測量2次取平均值為S，圖4所示為兩試樣的磨痕面積變化。從圖4中可以看出，DLC 表面處理試樣的磨痕面積比浸硫氮化的要小。 (6)由于磨痕為規(guī)則的橢圓，因而實驗中利用三維超景深數(shù)碼顯微鏡(VHX-600 系列)相關(guān)軟件對磨痕中心深度進行4次測試，取平均值為H，則磨痕平均深度為0.5H。 圖5所示為兩試樣磨痕中心的深度變化。從圖5可看出，DLC處理的試樣磨痕中心深度 變化比較平緩，而浸硫氮化處理的試樣磨痕中心深度變化呈現(xiàn)急劇上升趨勢。
(7)磨損體積為磨痕面積與磨痕深度的乘積，利用(5)(6)中測得的數(shù)據(jù)，即得磨 損體積V二0.5SH，圖6所示是兩試樣的磨損體積變化。從圖6可以得出，經(jīng)DLC處理 的試樣的磨損體積變化較為平緩，而經(jīng)浸硫氮化處理的試樣變化比較大，60min磨損過后 浸硫氮化處理的試樣磨損體積急劇增加，磨損較為劇烈。DLC表面處理對于提高M2高 速鋼表面的耐磨性具有更好的效果。
權(quán)利要求
一種測試超薄改性涂層耐磨特性的方法，其特征在于該方法包括以下工藝過程和步驟a.將表面具有超薄改性涂層的待測耐磨試樣在摩擦磨損試驗機上進行摩擦磨損試驗，在丙酮溶液中對摩擦磨損后的試樣進行超聲波清洗；b.用三維超景深數(shù)碼顯微鏡對試樣磨痕面積進行測量，測量2～3次取平均值；再用三維超景深數(shù)碼顯微鏡對試樣磨痕深度進行測量，測量3～5次取平均值；將所測得的磨痕面積乘以磨痕深度得出磨損體積，即為磨損量。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于測試超薄改性涂層耐磨特性的方法，屬于耐磨材料技術(shù)領(lǐng)域。該方法是將表面具有超薄改性涂層的待測耐磨試樣在摩擦磨損試驗機上進行摩擦磨損試驗，在丙酮溶液中對摩擦磨損后的試樣進行超聲波清洗；用三維超景深數(shù)碼顯微鏡對試樣磨痕面積進行測量，測量2～3次取平均值；再用三維超景深數(shù)碼顯微鏡對試樣磨痕深度進行測量，測量3～5次取平均值；將所測得的磨痕面積乘以磨痕深度得出磨損體積，即為磨損量。本發(fā)明的優(yōu)點是解決了超薄改性涂層磨損量測量難的問題，能夠較好地測試出超薄改性涂層的磨損量。本發(fā)明操作簡單，方便，測試效果良好。
文檔編號G01N3/56GK101692029SQ20091005032
公開日2010年4月7日 申請日期2009年4月30日 優(yōu)先權(quán)日2009年4月30日
發(fā)明者吳靜, 張恒華, 戴兵, 曾偉明, 曾犇 申請人:上海大學(xué)