摘要：随着新材料的不断出现和工件对表面与心部要求的不一样，都会对材料表面进行处理，这些处理如渗碳、渗氮、渗铬、电镀、热喷涂等，这些我们可以简称为表面渗镀涂层，都是为了得到一定厚度的特殊组织，使材料表面具有特定的力学性能而心部保持足够的韧性和强度，本文介绍利用显微硬度计对这一层材料作硬度分析的方法。
关键词：显微硬度计 硬度 渗层 电镀 涂层
一、 概述
为了改善材料表面力学性能，同时保持心部的韧性和强度等，在进行材料的表面处理技术如渗、镀、涂后，在材料的表面得到一层具有一定厚度和特定力学性能的组织，这层厚度一般都很薄，从几个微米到几十丝，没有进行表面处理的部分称为基体，硬度检测作为材料分析常规和主要的检测手段，在测试时为了避免厚度的影响，可以进行直接在表面进行测试和在横断面上测试。
二、 在表面直接进行硬度测试
这种方式进行测试时，由于渗镀涂层厚度很薄，进行压痕打压的试验力不可能很大，大的试验力进行测试时很容易造成压头穿过渗镀涂层打压到基体材料上，因此显微硬度计由于其试验小，最小10gf，最大1000gf，能够有效避免打穿渗镀涂层，显微硬度计分为多档试验力，具体选择哪一档试验力还是要结合材料的硬度和厚度进行选择，大的试验力从硬度压痕测量得到维氏硬度值来说比较有利，但容易造成底层基体材料对渗镀涂层的影响，从消除基体对渗镀涂层的影响来说应选择小的试验力，因此试验力的选择要适中。如渗镀涂层厚度20微米，硬度700HV，由维氏硬度计算公式HV=0.1891×F/D2（其中试验力F单位：N，压痕直径D单位：mm），如果选择50gf时，进行打压试验完后留在试样表面的压痕直径D可由维氏硬度计算公式得到，D=0.01151mm，按维氏硬度计国家标准要求的最薄厚度要求是1.5D，50gf进行测试时最薄厚度为1.5×0.01151=0.017265mm，材料厚度20微米大于最薄厚度要求，材料能够承受50gf，可以测试，当选择100gf时同样可以计算最薄厚度要求大于20微米，因此机器可选的50gf是材料能够承受的最大试验力，这时按维氏硬度计的国家标准计算，在一些行业标准如现行的QJ482-90金属镀覆层显微硬度测试方法，对厚度要求不是压痕对角线D的1.5倍，以压痕深度没有穿过渗镀涂层计算，因为维氏硬度测试的压头是136度正四棱锥金刚石压头，压入试样的深度是D的1/7，因此这样这种测试方式对试样的最薄厚度要求要小很多，总体来说，在测试时在可选的试验力范围可以进行多次测试比较硬度值变化，最后确认适合试验力测试。
这种测试方式优点是对渗镀涂层厚度要求小，测试方便，对试样表面基本不需要处理，缺点是对测试时试样表面光洁度要求高，很多试样表面光洁度不高，如果对表面进行研磨抛光又会减少渗镀涂层厚度，严重时直接把渗镀涂层抹去而造成无法测试。这种方式测试时，最薄厚度一般不要低于7微米。
三、 在试样横断面上测试
这种测试方式是在材料的横断面上测试，按维氏硬度计国家标准的要求，压痕距离试样的边缘有距离要求，像钢、铜及铜合金要求是2.5D，一些轻金属是3D（如压痕示意图6中a,b），如果按对称计算2.5倍要求时最薄厚度就是6D，3倍计算就是7D，但一些行业标准上也有不同的要求，如QJ482-90要求的是试样的最薄厚度是压痕直径的3倍，GB9790-1988对维氏要求是a，b最小距离为压痕直径的一般，那么整体计算就是最薄厚度是2D，因此在已知渗镀涂层厚度的情况下可以结合这些要求计算是否可以在横断面上进行测试，因为在横断面上不存在像第一种会打穿渗镀涂层的情况，因此在满足厚度要求时尽量选择大的试验力进行测试，如材料厚度30微米，硬度700HV，如果50gf进行测试时压痕D=0.01151mm，按2D最薄厚度计算就是0.02302mm小于30微米，就可以进行测试。整体来说，对一些较硬的材料，在横断面上进行测试一般最薄厚度是25微米，对一些较软的材料一般在40微米。
这种方法需要对试样进行切割，取样后为了满足表面光洁的要求,可以进行研磨抛光，能够充分的满足显微硬度试验时试样表面光洁度的要求，因此测量精度高，在厚度满足的情况下，优先使用在横断面上测试的方式，缺点是有制样的过程，对厚度要求高。
四、 结论
在测试这些渗涂镀层时，要结合材料的厚度和硬度，计算分析选择合适的试验力进行测试，这样才能够得到更加精确的数据，有时由于测试选择试验力不当，造成测试数据相差很大，从而影响对工件质量的判断。
参考资料：
（1） GB/T4340.1-2009 金属材料 维氏硬度试验 第一部分；
（2） QJ482-90 金属涂覆层显微硬度测试方法；
（3） GB9790-88 金属覆盖层及其他有关覆盖层维氏和努氏显微硬度测试；
（4） QB/T3822-1999 轻工产品金属镀层的硬度测试方法显微硬度法。