[发明专利]一种检测硬质涂层质量的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种检测硬质涂层质量的方法。

背景技术

涂层技术能够显著提升产品质量，例如应用于立方氮化硼刀具上的硬质涂层，在立方氮化硼上涂覆一层或者多层硬质涂层，可以大大提高刀具的寿命和加工精度。可用于立方氮化硼刀具的涂层主要有：氮化钛、氮铝钛、氧化铝等。实际生产中，快速有效地判定硬质涂层的质量是否达标，不但关系着生产效率，也关系到产品质量和品牌形象。硬质涂层的质量主要包括厚度、硬度、结合力、表面粗糙度等，实际生产中，一般只测试前三项。

目前，硬质涂层厚度的测量方法主要有光学方法、涡流法和磁感应法等，但是光学法要求涂层透明，涡流法要求涂层不导电，磁感应法要求刀具基体为磁性材料，显然立方氮化硼刀具上的钛系涂层不能满足上述要求，因此一般需要采用具有破坏性的球磨法测试，球磨法测硬质涂层厚度是现有技术，如图1所示，对硬质涂层92的细微局部使用磨球94进行球磨处理，得到一个内壁为圆弧面的球坑93，使基体91暴露在球坑93内并且使硬质涂层92在球坑93内形成一个环形涂层面95，然后使用对应的测试仪器，如金相显微镜进行相应尺寸的测量，即可计算出硬质涂层厚度。

结合力测定方法有划痕法和对照法两种，生产上一般采用对照法，即观察压痕周围涂层的剥落状况，然后对照相应的参考图谱（如图2所示）来判定是否满足要求。

硬质涂层的硬度一般采用维氏硬度标定，根据实验载荷和压痕面积来测定硬度值。维氏硬度试验方法是一种标准方法，维氏硬度试验原理是：将顶部两相对面夹角为136°的正四棱锥体金刚石压头用规定的试验力压入试样表面，经一定的保持时间后卸除试验力，试验力与试样表面的压痕表面积之比即为维氏硬度。在实际操作中测量压痕对角线长度，即可按以下公式计算出维氏硬度值：

HV——维氏硬度值；

S——锥形压痕内表面的面积，单位是mm²；

F——试验力，单位是N；

d——锥形压痕开口对角线长度和的算术平均值，单位是mm。

现有技术中，硬质涂层厚度、硬度、结合力的测试是分别进行，测量工序复杂，效率低，并且由于硬质涂层厚度一般在两三微米到十几微米之间，为了减小基体刀具对涂层硬度测量的影响，一般压痕深度不应大于涂层厚度，这样就需要很小的压痕，可是如果硬质涂层不进行表面抛光处理，压痕受粗糙度影响而变得将几乎难以分辨。同样的，在测定结合力时，为了观察压痕周围涂层的脱落或者裂纹扩展情况，也需要对涂层进行抛光。但是，如果采用传统的抛光机，刀具的刃部涂层将不可避免的会被损伤，若专门设计一种可以局部抛光的非标抛光机，将大大增加设备成本。

发明内容

本发明的目的是提供一种检测硬质涂层质量的方法，能够在测量厚度的同时联合进行硬度的测试，从而简化测量工序，提高检测效率。

本发明一种检测硬质涂层质量的方法采用的技术方案是：一种检测硬质涂层质量的方法，该方法包括以下步骤：

步骤A、在基体的硬质涂层上按照球磨法用磨球加工出球坑，使基体暴露在球坑内并且使硬质涂层在球坑内形成一个环形涂层面；

步骤B、使用维氏硬度计在环形涂层面上压出底部具有长底边、短底边及相邻的两条径向底边的锥形压痕，其中锥形压痕长底边的中点、短底边的中点与锥形压痕顶点所构成的平面通过球坑所对应球体的球心；

步骤C、使用相应的金相显微镜测量环形涂层面上部对应的大圆半径a、环形涂层面下部对应的小圆半径b、锥形压痕长底边两端点的距离L和锥形压痕短底边两端点的距离l；

步骤D、将步骤C中测量得到的a、b值代入以下公式，计算出硬质涂层的厚度T：

T=(a+b)(a-b)2R,]]>式中：

——R为磨球半径，单位为微米，

——a、b的单位均为微米；

将步骤C中测量得到的L、l值代入以下修正公式，计算出硬质涂层的维氏硬度：