Метод определения толщины оксидной пленки и твердости компонентов из алюминиевых сплавов автомобилей.

Анодная оксидная пленка на деталях из алюминиевого сплава автомобилей действует как защитный слой на их поверхности. Она образует плотный защитный слой на поверхности алюминиевого сплава, повышая коррозионную стойкость деталей и продлевая срок их службы. Кроме того, оксидная пленка обладает высокой твердостью, что улучшает износостойкость поверхности алюминиевого сплава.

Анодная оксидная пленка алюминиевого сплава характеризуется относительно небольшой толщиной и относительно высокой твердостью. Необходимо выбрать оборудование, подходящее для измерения микротвердости, чтобы избежать повреждения слоя пленки индентором. Поэтому для измерения твердости и толщины рекомендуется использовать микротвердомер Виккерса с испытательной силой 0,01-1 кгс. Перед измерением твердости по Виккерсу необходимо изготовить образец из заготовки. Для этого потребуется металлографическая машина для запрессовки заготовки (этот шаг можно пропустить, если заготовка имеет две плоские поверхности), а затем металлографический шлифовально-полировальный станок для шлифовки и полировки образца до получения блестящей поверхности. Машина для запрессовки и шлифовально-полировальный станок показаны на рисунке ниже:

1. Этапы подготовки образцов (применимо для определения твердости и толщины)

1.1 Отбор проб: Вырежьте из тестируемого компонента образец размером приблизительно 10 мм × 10 мм × 5 мм (избегая зоны концентрации напряжений в компоненте) и убедитесь, что тестируемая поверхность является исходной поверхностью оксидной пленки.

1.2 Монтаж: Закрепите образец с помощью горячего монтажного материала (например, эпоксидной смолы), обнажив поверхность и поперечное сечение оксидной пленки (поперечное сечение необходимо для определения толщины), чтобы предотвратить деформацию образца во время шлифовки.

1.3 Шлифовка и полировка: Сначала выполните поэтапную влажную шлифовку наждачной бумагой зернистостью 400#, 800# и 1200#. Затем отполируйте алмазными полировальными пастами с размером частиц 1 мкм и 0,5 мкм. Наконец, убедитесь, что граница раздела между оксидной пленкой и подложкой не имеет царапин и хорошо видна (для оценки толщины используется поперечное сечение).

2. Метод испытания: метод микротвердости по Виккерсу (HV)

2.1 Основной принцип: Используя алмазный пирамидальный индентор, приложите небольшую нагрузку (обычно 50-500 г) к поверхности пленки для создания отпечатка и рассчитайте твердость на основе длины диагонали отпечатка.

2.2 Ключевые параметры: Нагрузка должна соответствовать толщине пленки (выбирайте нагрузку < 100 г, если толщина пленки < 10 мкм, чтобы избежать проникновения вмятины в подложку).

Ключевым моментом является выбор нагрузки, соответствующей толщине пленки, и предотвращение проникновения чрезмерной нагрузки в оксидную пленку, поскольку это может привести к тому, что результаты измерений будут включать значение твердости алюминиевого сплава подложки (твердость подложки значительно ниже твердости оксидной пленки).

Если толщина оксидной пленки составляет 5-20 мкм: выберите нагрузку 100-200 г (например, 100 гс, 200 гс), а диаметр отпечатка должен контролироваться в пределах 1/3 толщины пленки (например, для пленки толщиной 10 мкм диагональ отпечатка ≤ 3,3 мкм).

Если толщина оксидной пленки < 5 мкм (сверхтонкая пленка): выберите нагрузку менее 50 г (например, 50 гс) и используйте объектив с большим увеличением (40x или выше) для наблюдения за вдавливанием, чтобы избежать проникновения.

При проведении испытания на твердость мы руководствуемся стандартом ISO 10074:2021 «Спецификация на твердые анодные оксидные покрытия на алюминии и алюминиевых сплавах», в котором четко указаны испытательные усилия и диапазоны твердости, используемые при измерении различных типов оксидных покрытий с помощью микротвердомера Виккерса. Подробные технические характеристики приведены в таблице ниже:

Таблица: Допустимые значения для теста на микротвердость по Виккерсу.

Примечание: Для оксидных пленок толщиной более 50 мкм значения микротвердости относительно низкие, особенно для внешнего слоя пленки.

2.3 Меры предосторожности:

Для одного и того же компонента следует измерить твердость в 3 точках в каждой из 3 разных областей, а среднее значение 9 точек данных следует принять за окончательную твердость, чтобы избежать влияния локальных дефектов пленки на результаты.
Если на краю отпечатка появляются «трещины» или «размытые границы раздела», это указывает на то, что нагрузка слишком велика и проникла в пленочный слой. Нагрузку следует уменьшить и провести испытание повторно.