采用基于Bückle規(guī)則的壓痕方法測量汽車涂層的硬度

刊名：Surface&Coatings Technology（英）

刊期：2015年第284期

作者：Maritza G.J.Veprek-Heijman et al

編譯：陳丁躍

現(xiàn)代汽車中，在剛性較大的車身覆蓋件上多涂裝硬涂層（硬度為40～80GPa）或超硬涂層（硬度大于80GPa）。汽車涂層的硬度決定著涂層的表面性能，如抗劃傷能力、壽命等，影響著汽車整車質(zhì)量的優(yōu)劣。目前，對汽車涂層硬度的研究主要采用基于Bückle規(guī)則的壓痕方法。Bückle規(guī)則是指對于軟性基體上的硬涂層或超硬涂層，只有當涂層表面壓痕深度不超過涂層厚度的10%時，才能準確測量出硬涂層或超硬涂層的硬度。利用有限元方法對軟性基體上硬涂層或超硬涂層硬度進行研究，根據(jù)研究結(jié)果對Bückle規(guī)則進行修改。

利用商業(yè)化有限元軟件ABAQUS建立汽車涂層系統(tǒng)二維模型，網(wǎng)格類型被設(shè)定為平面應(yīng)力單元，邊界條件設(shè)定為模型兩端X方向位移為0，基體底部Y方向位移為0，基體的體積模量設(shè)定為3，楊氏模量設(shè)定為225GPa、拉伸屈服強度設(shè)定為0.732GPa、硬度設(shè)定為4GPa；而超硬涂層的體積模量設(shè)定為4.5、楊氏模量設(shè)定為450GPa、拉伸屈服強度為模擬值、硬度則取決于拉伸屈服強度。改變涂層表面的不同負荷，以得到不同的壓痕深度，記錄不同壓痕深度下超硬涂層的拉伸屈服強度和硬度。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，要正確測量軟性基體上硬涂層或超硬涂層的硬度，必須滿足兩個條件：①涂層表面的壓痕深度必須足夠大，以避免壓痕尺寸效應(yīng)的產(chǎn)生；②與涂層厚度相比，涂層表面的壓痕深度必須足夠低，以避免軟性基體發(fā)生塑性變形。因此，對于鋼材上的硬涂層，厚度為幾微米厚時，對其硬度的測量是準確的；對于超硬涂層，涂層厚度必須超過30μm才能保證測量結(jié)果的準確性。