[发明专利]基于电阻值测试的刀具涂层厚度测量电极、装置及方法

说明书

本发明公开了一种基于电阻值测试的刀具涂层厚度测量电极、装置及方法，包括电极压头、电极杆、电极外壳、弹性件、供电装置和调节件，所述的导电管安装所述的电极外壳内，电极杆套装在导电管内，两者之间可相对移动，且电极杆的一端穿过导电管延伸到导电管外与电极压头相连，电极杆的另一端位于电极外壳内与所述弹性件的一端相连，弹性件的另一端与调节件相连，所述的调节件用于调节弹性件的伸缩长度。

技术领域

本发明涉及一种基于电阻值的刀具涂层厚度无损测量方法及装置，具体地涉及一种面向单层涂层刀具耐磨、热障涂层厚度的无损测量方法及装置。

背景技术

切削加工利用刀具切除被加工零件表层材料，形成已加工表面。由于金属材料硬度高、韧性好，金属切削过程中会产生高的切削力和大量切削热，使刀具快速磨损、破损，缩短刀具寿命。目前工业上一般采用PVD或CVD等工艺制备耐磨、热障涂层于刀具表面，可在保证刀具硬度和韧性的基础上提高刀具寿命。耐磨涂层可以有效降低刀具与被加工零件、切屑之间的摩擦系数，提高刀具耐磨性能，热障涂层可以有效降低传递到刀具基体的热量、降低刀具体内部热应力，减少刀具磨损并抑制刀具发生破损。

耐磨、热障刀具涂层按照层数可分为单层、双层和多层涂层。硬质合金刀具表面常涂覆一层厚度1-20μm的TiC、TiN、Al2O3或TiAlN涂层。

涂层厚度是影响涂层刀具性能最重要的因素之一，涂层过薄或过厚都会降低涂层刀具的切削性能和刀具寿命。过薄的涂层无法提供足够的热阻，而且涂层易被切削快速磨穿而失效，过厚的涂层内易产生过大内应力，在切削过程中快速开裂、剥落。因此，为保证涂层刀具能在一定工况下长时间有效工作，必须测量和控制涂层的厚度。

目前涂层厚度的常用测定方法按是否破坏被测刀具分为有损测膜厚法和无损测膜厚法。

有损测膜厚法按测试原理分为取涂层-基体断面测膜厚法和球坑仪法。取涂层-基体断面测膜厚法是采用电火花切割获得涂层基体断面，借助扫描电镜测定膜厚的方法，操作复杂，需要仪器较多。球坑仪法需要借助专门的球坑仪，借助标准不锈钢球研磨涂层刀具表面直至裸露出刀具基体，利用环形圆投射定理计算涂层厚度，需要多次试验确定合理研磨时间及研磨速度。两种有损测膜厚法均需要破坏刀具，只能采取抽样检测，不能实现对所有刀具涂层厚度的检测。

无损测膜厚法按测试原理分为涡流法、超声脉冲法、干涉法等。涡流法是应用交变电流在被测刀具内激起交变涡流，再测量涡流产生的交变磁场，以反映刀具涂层厚度的方法，需要一定大小的平整平面。但是涂层刀具具有尺寸小且几何形状复杂的特点，涡流产生的交变磁场强度过低，难以准确测量涂层厚度。

超声脉冲法是通过测量高频脉冲在材料中往返一次所需的时间来推算材料厚度的方法。测试时向涂层表面发射超声波，再测量发射入射波和收到反射波的时间间隔，按波长计算材料厚度。其缺点是为有效采集反射波，收发超声波的时间间隔不能过短，一般只能测量60微米以上厚度的薄层材料，远大于涂层刀具耐磨、热障涂层的厚度。

超声干涉法的原理是将一束超声波持续的射入刀具，使从涂层的上下两界面反射回来的反射波相叠加，其幅值就能反映两反射波的相差。根据相差，结合涂层厚度的估计值，可以算出被测涂层的厚度。由于超声干涉法需要以很高精度做多次拉普拉斯变换，计算量大，使用不方便，不适合涂层刀具等大批量产品的检测。

除此之外，还有太赫兹波法、磁性法等。这些方法都是将一定的机械振动或电磁场施加到被测物体表面，观测被测物体的受迫振动或被测物体对电磁场的扰动。它们都存在一定的技术缺陷，不适用于测量涂层刀具耐磨、热障涂层厚度。

发明内容

本发明涉及一种面向单层涂层刀具耐磨、热障涂层厚度的无损测量方法。本发明提供了一种更好的涂层刀具耐磨、热障涂层厚度测量方案，适应涂层刀具生产批量大、涂层薄的测量，面向涂层刀具涂层厚度测量可以达到无损、高效的效果。

本发明采用的技术方案如下：