Kiểm tra độ cứng của lớp phủ
Lớp phủ được áp dụng cho các vật liệu vì nhiều lý do như bảo vệ sản phẩm khỏi tác động của môi trường, chống mài mòn và giúp bề mặt sản phẩm hoàn thiện hơn. Chúng thường tương đối mỏng, nhưng chất lượng của lớp phủ có thể rất quan trọng đối với hiệu suất và tuổi thọ của sản phẩm được phủ.
Bởi vậy, hiểu biết đầy đủ về các đặc tính của lớp phủ là rất quan trọng để kiểm soát chất lượng. Việc kiểm tra sự phù hợp thường được thực hiện bao gồm các phép đo độ dày, độ bền liên kết, tính liên tục của các bề mặt, độ nhiễm bẩn và độ xốp thông qua nhiều phép đo khác nhau. Tuy vậy, bằng cách kiểm tra độ cứng của lớp phủ có thể là một phương pháp nhanh chóng và hiệu quả để kiểm tra các đặc tính của lớp phủ, đặc biệt trong môi trường sản xuất khối lượng lớn. Điều quan trọng là lựa chọn một cách đo lường phù hợp và hiểu được những ưu điểm và hạn chế của phương pháp đó để đảm bảo một kết quả chính xác.
Có rất nhiều kỹ thuật kiểm tra độ cứng, sử dụng các phương pháp khác nhau với những thang đo khác nhau. Nó là một bài kiểm tra cơ học đơn giản được phát triển để cung cấp phép đo định lượng một cách nhanh chóng và hiệu quả. Kiểm tra độ cứng được sử dụng thay cho các kỹ thuật khác như kiểm tra độ bền kéo. Thường có mối tương quan tốt với độ bền kéo, nhưng đòi hỏi ít thời gian và nổ lực hơn đáng kể, cũng như hầu như không gây phá hủy sản phẩm.
Nguyên tắc của thử nghiệm độ cứng rất đơn giản – một đầu thử được ép vào vật liệu dưới một tải trọng đã biết. Mức độ vết lõm trên bề mặt vật liệu hay kích thước của vết lõm được sử dụng để tính toán độ cứng của vật liệu. Trong nhiều năm, các phương pháp xác định độ cứng khác nhau đã được phát triển và bao gồm một loạt các kỹ thuật, mỗi kỹ thuật đều có những ưu và nhược điểm riêng.
Bài viết này không phải để xem xét tất cả các kỹ thuật, mà là thảo luận về việc áp dụng thử nghiệm đo độ cứng cho lớp phủ, các kỹ thuật điển hình được sử dụng, các phương pháp hay nhất và những lưu ý đặc biệt để đảm bảo kết quả chính xác và có độ lặp lại cao.
Có nhiều phương pháp kiểm tra độ cứng, sử dụng các nguyên tắc khác nhau với những thang đo khác nhau. Việc chuyển đổi giữa các thang đo độ cứng không phải lúc nào cũng đáng tin cậy, vì các chuyển đổi phụ thuộc vào loại vật liệu và thường mang tính chất kinh nghiệm. Một số ngành sẽ chỉ định một phương pháp cụ thể, nhưng bạn nên chọn một thang đo phù hợp nhất với vật liệu và điều kiện thực tế.
Đối với các lớp phủ mềm hơn, có một số cách tiếp cận thủ công, nhanh chóng và dễ dàng được sử dụng rộng rãi – chủ yếu được sử dụng với các bộ so sánh. Chúng thường liên quan đến một vết xước được kiểm soát (chẳng hạn như phương pháp Wolff – Wilborn) hoặc một tải trọng được áp dụng trong một khoảng thời gian nhất định (chẳng hạn như phương pháp Buchholz hoặc Shore) để tạo ra biến dạng dẻo trong lớp phủ. Đánh giá vết xước hoặc vết lõm sau đó đưa ra giá trị gần đúng về độ cứng. Mặc dù những cách tiếp cận này nhanh chóng, nhưng chúng không phải lúc nào cũng cung cấp độ chính xác hoặc độ tái lập cần thiết trong kiểm tra chất lượng và thường không phù hợp với các vật liệu cứng hơn. Chúng cũng có thể bị ảnh hưởng quá mức bởi người sử dụng hoặc các đặc tính bề mặt của lớp phủ. Chúng thường được sử dụng để đánh giá nhanh các lớp phủ mềm hơn như polyme và sơn để kiểm tra độ tái lập giữa các phần. Đối với vật liệu cứng hơn, bề mặt phức tạp hơn và để có độ chính xác cao hơn chúng ta thường sẽ chọn những phương pháp tự động hóa và được kiểm soát nhiều hơn.
Một lựa chọn quan trọng cho bất kỳ ứng dụng nào là liệu thử nghiệm độ cứng có thể thực hiện trực tiếp trên bề mặt của lớp phủ hay không hoặc liệu có cần thực hiện một mặt cắt ngang của lớp phủ hay không. Nếu lớp phủ có lớp hoàn thiện tương đối thô, thì tổng diện tích của vết lõm có thể cao so với tổng kích thước của đầu thử, ảnh hưởng đến kết quả thử nghiệm. Sử dụng tải trọng lớn hơn để tạo ra một vết lõm đảm bảo hơn, giảm sự biến thiên, nhưng điều quan trọng là vết lõm đó không bị ảnh hưởng bởi vật liệu nền. Lớp phủ cũng phải dày hơn đáng kể so với độ sâu của vết lõm. Nếu vùng biến dạng này sâu hơn lớp phủ, kết quả độ cứng đọc được sẽ bị ảnh hưởng bởi độ cứng của nền.
Một khía cạnh quan trọng khác để kiểm tra trực tiếp trên bề mặt của lớp phủ là phương pháp đo. Một số phương pháp kiểm tra độ cứng (chẳng hạn như Vickers và Knoop) sử dụng đánh giá quang học của vết lõm để đo độ cứng. Điều này đòi hỏi một bề mặt phù hợp, mịn và phản chiếu để hoạt động hiệu quả. Thông thường, các phương pháp này có thể được sử dụng khi lớp phủ đủ dày và có thể sử dụng tải trọng thử nghiệm cao hơn.
Một lựa chọn tốt cho các lớp phủ ít phản chiếu hơn là thử nghiệm Rockwell. Trong cách tiếp cận này, vết lõm được áp dụng dưới tải trọng nhỏ, sau đó đến tải trọng lớn và sau đó trở lại tải trọng nhỏ. Sự khác biệt về độ sâu giữa các tải trọng được đo để tính độ cứng. Vì cách tiếp cận này không yêu cầu đo quang học nên nó phù hợp với nhiều loại lớp phủ. Thử nghiệm Rockwell có hơn 30 thang đo khác nhau, với các phương pháp tải trọng thấp hơn được gọi là “Rockwell bề mặt”. Hạn chế chính trong quá trình thử nghiệm là tải trọng chính thấp nhất hiện có là 15kg, và do đó kích thước vết lõm tương đối lớn. Khi sử dụng phương pháp này, cần cẩn thận để đảm bảo rằng lớp phủ đủ dày. Các tiêu chuẩn ASTM cung cấp các bảng tra cứu đơn giản về độ dày vật liệu tối thiểu cho mỗi thang đo. Thử nghiệm trên các vật liệu mềm hơn hoặc ở tải trọng cao hơn, yêu cầu độ dày lớp phủ tối thiểu lớn hơn.
Nói chung, kiểm tra độ cứng của lớp phủ yêu cầu những kỹ thuật phức tạp hơn để đảm bảo mang lại kết quả chính xác. Bài viết này là tổng quan phương pháp kiểm tra độ cứng của lớp phủ, có những kiến thức chuyên sâu hơn, cần đòi hỏi có kỹ năng chuyên môn, chúng tôi không đề cập trong phạm vi có hạn của bài viết.
Nguồn: qualitymag.com
