采用基于Bückle规则的压痕方法测量汽车涂层的硬度

采用基于Bückle规则的压痕方法测量汽车涂层的硬度

刊名：Surface&Coatings Technology（英）

刊期：2015年第284期

作者：Maritza G.J.Veprek-Heijman et al

编译：陈丁跃

现代汽车中，在刚性较大的车身覆盖件上多涂装硬涂层（硬度为40～80GPa）或超硬涂层（硬度大于80GPa）。汽车涂层的硬度决定着涂层的表面性能，如抗划伤能力、寿命等，影响着汽车整车质量的优劣。目前，对汽车涂层硬度的研究主要采用基于Bückle规则的压痕方法。Bückle规则是指对于软性基体上的硬涂层或超硬涂层，只有当涂层表面压痕深度不超过涂层厚度的10%时，才能准确测量出硬涂层或超硬涂层的硬度。利用有限元方法对软性基体上硬涂层或超硬涂层硬度进行研究，根据研究结果对Bückle规则进行修改。

利用商业化有限元软件ABAQUS建立汽车涂层系统二维模型，网格类型被设定为平面应力单元，边界条件设定为模型两端X方向位移为0，基体底部Y方向位移为0，基体的体积模量设定为3，杨氏模量设定为225GPa、拉伸屈服强度设定为0.732GPa、硬度设定为4GPa；而超硬涂层的体积模量设定为4.5、杨氏模量设定为450GPa、拉伸屈服强度为模拟值、硬度则取决于拉伸屈服强度。改变涂层表面的不同负荷，以得到不同的压痕深度，记录不同压痕深度下超硬涂层的拉伸屈服强度和硬度。结果发现，要正确测量软性基体上硬涂层或超硬涂层的硬度，必须满足两个条件：①涂层表面的压痕深度必须足够大，以避免压痕尺寸效应的产生；②与涂层厚度相比，涂层表面的压痕深度必须足够低，以避免软性基体发生塑性变形。因此，对于钢材上的硬涂层，厚度为几微米厚时，对其硬度的测量是准确的；对于超硬涂层，涂层厚度必须超过30μm才能保证测量结果的准确性。