陶瓷釉面維氏硬度的測(cè)試原理

    陶瓷釉面維氏硬度是以?xún)上鄬?duì)夾角為136o的正四棱金剛石角錐體為壓頭，在一定的負(fù)荷作用下以規(guī)定的速度壓入被測(cè)試片表面并保持規(guī)定的時(shí)間后卸除負(fù)荷，測(cè)量其壓痕對(duì)角線(xiàn)長(zhǎng)度來(lái)確定的。其硬度值為試驗(yàn)力除以壓痕表面積所得的商，計(jì)算公式如下：

維氏硬度值（HV）=式中：F的計(jì)量單位為kg d的計(jì)量單位為mm

    2影響測(cè)量陶瓷釉面維氏硬度的因素

     由陶瓷維氏硬度的計(jì)算公式可知，影響硬度測(cè)定結(jié)果的因素有兩個(gè)：一是試驗(yàn)力即試驗(yàn)負(fù)荷F，二是壓痕對(duì)角線(xiàn) d。在硬度測(cè)試過(guò)程中施加的負(fù)荷F是否準(zhǔn)確、壓痕對(duì)角線(xiàn)d的測(cè)量值是否準(zhǔn)確，直接影響硬度測(cè)試值，而試驗(yàn)力F的準(zhǔn)確性除了受儀器系統(tǒng)誤差的影響外，還受到試驗(yàn)人員施加力的熟練程度和環(huán)境因素的影響；壓痕對(duì)角線(xiàn)d的測(cè)量值的準(zhǔn)確性則受到試片的表面狀態(tài)、試驗(yàn)人員施加力的熟練程度以及對(duì)角線(xiàn)測(cè)量的影響。

    a.試片表面狀態(tài)對(duì)測(cè)試結(jié)果的影響

     在陶瓷釉面硬度試片的選取過(guò)程中，試片的平整度、光潔度會(huì)直接影響顯微鏡焦點(diǎn)的調(diào)試，從而對(duì)測(cè)定結(jié)果產(chǎn)生較大的影響，特別是試片表面常有許多微小的釉泡，當(dāng)硬度計(jì)壓頭壓入釉面傾斜、凹陷或凸起部位時(shí)就會(huì)出現(xiàn)不同的壓痕形狀，根據(jù)這些壓痕形狀，測(cè)其對(duì)角線(xiàn)得的硬度值與實(shí)際值的比較如表1所示。

    b.測(cè)試人員操作熟練程度對(duì)測(cè)試結(jié)果的影響

    對(duì)于陶瓷釉面維氏硬度的測(cè)量，國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB3297-82《日用陶瓷釉面維氏硬度測(cè)定方法》對(duì)測(cè)試負(fù)荷的選擇、保荷時(shí)間等作了規(guī)定，根據(jù)具體情況選擇100g或200g負(fù)荷，保荷時(shí)間15-30s。另外，在測(cè)試過(guò)程中，如果加荷速度過(guò)快、加荷不穩(wěn)、顯微鏡的調(diào)焦不當(dāng)、成像不準(zhǔn)等都會(huì)對(duì)硬度測(cè)試值造成影響，其影響如表2所示。

    c.壓痕測(cè)量對(duì)測(cè)試結(jié)果的影響

    對(duì)于蘇制ⅡMT-3型硬度計(jì)，其對(duì)角線(xiàn)長(zhǎng)度的讀數(shù)方式采用的內(nèi)外讀數(shù)兼有的十字線(xiàn)瞄準(zhǔn)、兩次瞄準(zhǔn)讀數(shù)方式，如圖1所示。該讀數(shù)方式鼓輪分度值對(duì)角線(xiàn)瞄準(zhǔn)位置Ⅰ和位置Ⅱ有兩次估算誤差。

    圖2

表2　測(cè)試人員操作熟練程度與硬度測(cè)試值的關(guān)系

影響因素 與實(shí)際硬度值的偏差 原因
加荷速度過(guò)快 硬度值偏低或測(cè)不準(zhǔn) 壓頭受沖擊力的影響而產(chǎn)生附加動(dòng)能使壓痕對(duì)角線(xiàn)加長(zhǎng)或壓痕裂邊、變形
加荷不穩(wěn) 硬度值測(cè)不準(zhǔn) 壓痕裂邊或變形，壓痕對(duì)角線(xiàn)測(cè)不準(zhǔn)
顯微鏡調(diào)焦不當(dāng) 硬度值測(cè)不準(zhǔn) 壓頭零位調(diào)高，測(cè)得的壓痕對(duì)角線(xiàn)偏短，硬度值偏高，否則壓痕對(duì)角線(xiàn)偏長(zhǎng)，硬度值偏低

    d. 環(huán)境對(duì)測(cè)試結(jié)果的影響

    陶瓷的釉面是硬度較高的脆性材料，環(huán)境的振動(dòng)和較強(qiáng)空氣的對(duì)流會(huì)引起壓頭振動(dòng)、從而使壓痕變形裂邊，造成硬度值測(cè)不準(zhǔn)。

    3釉面硬度測(cè)試值影響因素的幾個(gè)改進(jìn)措施

    為減少上述釉面缺陷、測(cè)試人員操作熟練程度、壓痕測(cè)量以及環(huán)境因素對(duì)釉面硬度測(cè)定值的影響，本文提出如下注意事項(xiàng)及改進(jìn)措施。

    a. 在選擇試片以及測(cè)試點(diǎn)時(shí)，必須做到以下幾點(diǎn)：（1）選擇平整光潔的試片；（2）壓痕部位無(wú)釉泡缺陷；（3）選擇6個(gè)以上的測(cè)試點(diǎn)。
    b. 釉面硬度測(cè)試人員一定要選擇合適的負(fù)荷（一般施加負(fù)荷所得到的壓痕對(duì)角線(xiàn)在15~20μ范圍內(nèi)，而且壓痕無(wú)裂邊），準(zhǔn)確把握保荷時(shí)間（每次測(cè)量的保荷時(shí)間相差最好在2秒之內(nèi)）、加荷速度（一般均速0.20mm/s）以及準(zhǔn)確調(diào)整顯微鏡焦點(diǎn)。
    c. 對(duì)于壓痕對(duì)角線(xiàn)的測(cè)量采用如圖2所示的讀數(shù)方式，即將壓痕的一角調(diào)至零位的讀數(shù)方式，該讀數(shù)方式可以減少一次鼓輪分度值的讀數(shù)估算誤差。
    d. 顯微硬度的測(cè)量環(huán)境無(wú)振動(dòng)并且無(wú)強(qiáng)空氣對(duì)流。