Metoda badania grubości warstwy tlenkowej i twardości elementów stopów aluminium stosowanych w motoryzacji

Powłoka tlenkowa anodowana na częściach samochodowych ze stopu aluminium działa jak warstwa pancerza na ich powierzchni. Tworzy gęstą warstwę ochronną na powierzchni stopu aluminium, zwiększając odporność na korozję i wydłużając jego żywotność. Jednocześnie powłoka tlenkowa charakteryzuje się wysoką twardością, co może poprawić odporność powierzchni stopu aluminium na zużycie.

Warstwa tlenku anodowego stopu aluminium charakteryzuje się stosunkowo niewielką grubością i stosunkowo wysoką twardością. Aby uniknąć uszkodzenia warstwy przez wgłębnik, konieczne jest dobranie odpowiedniego sprzętu badawczego do pomiaru mikrotwardości. Dlatego zalecamy użycie mikrotwardościomierza Vickersa o nacisku pomiarowym 0,01-1 kgf do pomiaru twardości i grubości. Przed wykonaniem pomiaru twardości metodą Vickersa, badany przedmiot musi zostać poddany próbce. Wymagane wyposażenie to metalograficzne urządzenie montażowe (ten etap można pominąć, jeśli przedmiot ma dwie płaskie powierzchnie) do zamontowania przedmiotu obrabianego w próbce o dwóch płaskich powierzchniach, a następnie metalograficzne urządzenie szlifująco-polerujące do szlifowania i polerowania próbki, aż do uzyskania błyszczącej powierzchni. Urządzenie montażowe i urządzenie szlifująco-polerujące pokazano na poniższym rysunku:

1. Etapy przygotowania próbki (dotyczące badania twardości i grubości)

1.1 Pobieranie próbek: Wytnij próbkę o wymiarach około 10 mm × 10 mm × 5 mm z testowanego elementu (unikając obszaru koncentracji naprężeń elementu) i upewnij się, że powierzchnia testowa jest oryginalną powierzchnią warstwy tlenku.

1.2 Montaż: Zamocuj próbkę za pomocą gorącego materiału montażowego (np. żywicy epoksydowej), odsłaniając powierzchnię i przekrój warstwy tlenku (przekrój jest wymagany do badania grubości), aby zapobiec odkształceniu próbki podczas szlifowania.

1.3 Szlifowanie i polerowanie: Najpierw wykonaj krok po kroku szlifowanie na mokro papierami ściernymi o gradacji 400#, 800# i 1200#. Następnie poleruj diamentowymi pastami polerskimi o ziarnistości 1 μm i 0,5 μm. Na koniec upewnij się, że granica między warstwą tlenku a podłożem jest wolna od zarysowań i wyraźnie widoczna (przekrój służy do pomiaru grubości).

2.Metoda badania: Metoda mikrotwardości Vickersa (HV)

2.1 Zasada działania: Za pomocą wgłębnika w kształcie piramidy diamentowej przyłóż niewielkie obciążenie (zwykle 50–500 g) do powierzchni folii, aby utworzyć wgłębienie, a następnie oblicz twardość na podstawie długości przekątnej wgłębienia.

2.2 Kluczowe parametry: Obciążenie musi odpowiadać grubości folii (jeśli grubość folii jest mniejsza niż 10 μm, należy wybrać obciążenie < 100 g, aby uniknąć wgniecenia podłoża).

Kluczem jest dobranie obciążenia odpowiadającego grubości warstwy i zapobieżenie przebiciu się nadmiernego obciążenia przez warstwę tlenku, co spowodowałoby uwzględnienie w wynikach pomiarów wartości twardości podłoża ze stopu aluminium (twardość podłoża jest znacznie niższa od twardości warstwy tlenku).

Jeżeli grubość warstwy tlenku wynosi 5–20 μm: Wybierz obciążenie 100–200 g (np. 100 gf, 200 gf), a średnica wgłębienia musi mieścić się w granicach 1/3 grubości warstwy (na przykład w przypadku grubości warstwy 10 μm przekątna wgłębienia ≤ 3,3 μm).

Jeżeli grubość warstwy tlenku jest mniejsza niż 5 μm (ultracienka warstwa): Wybierz obciążenie poniżej 50 g (np. 50 gf) i użyj obiektywu o dużym powiększeniu (40x lub większym), aby obserwować wgniecenie i uniknąć penetracji.

Przeprowadzając badanie twardości, odwołujemy się do normy ISO 10074:2021 „Specyfikacja twardych anodowych powłok tlenkowych na aluminium i stopach aluminium”, która jasno określa siły pomiarowe i zakresy twardości, jakie należy stosować podczas pomiaru różnych rodzajów powłok tlenkowych za pomocą mikrotwardościomierza Vickersa. Szczegółowe specyfikacje przedstawiono w poniższej tabeli:

Tabela: Wartości akceptacji dla testu mikrotwardości Vickersa

Uwaga: W przypadku warstw tlenkowych o grubości większej niż 50 μm wartości mikrotwardości są stosunkowo niskie, zwłaszcza w przypadku zewnętrznej warstwy warstwy

2.3 Środki ostrożności:

W przypadku tego samego komponentu należy zmierzyć 3 punkty w każdym z 3 różnych obszarów, a następnie jako ostateczną twardość przyjąć średnią wartość z 9 punktów danych, aby uniknąć wpływu lokalnych defektów folii na wyniki.
Jeśli na krawędzi wgniecenia pojawią się „pęknięcia” lub „rozmyte granice”, oznacza to, że obciążenie jest zbyt duże i przeniknęło przez warstwę folii. Należy zmniejszyć obciążenie i powtórzyć badanie.