今天小編給大家分享的是關(guān)于涂層硬度的測定方法的文章，鉛筆硬度測定法，擺桿硬度測定法，一起來的看看吧。

涂層硬度

硬度是表示涂層機械強度的重要性能之一，其物理意義可理解為涂層被另一種更硬的物體穿人時所表現(xiàn)的阻力。涂層硬度與涂料品種及涂層的固化程度有關(guān)。油性漆及醇酸樹脂漆的涂層硬度較低，而合成樹脂漆的硬度較高。在一些固化劑固化型的涂料中，涂層硬度還與固化劑的使用量有關(guān)，大多數(shù)情況下提高固化劑的比例，涂層的硬度增加，與此同時，涂層的柔韌性、耐沖擊性等性能則隨之下降。此外，涂層的固化程度也直接影響其硬度值，即硬度由小到大是涂層在干燥過程中時間的函數(shù)，完全干燥的涂層，才具有其特定的最高硬度。一些自干型涂料，若能在適當(dāng)?shù)臏囟群婵?，亦能在一定程度上提高涂層硬度?
涂層硬度的測試可以采用如下方法：擺桿硬度測定法，鉛筆硬度測定法，壓痕硬度測定法。
( l ）擺桿硬度測定法
擺桿硬度測定法的工作原理是：接觸漆膜表面的擺桿以一定周期擺動時，如表面越軟，則擺桿的擺幅衰減越快。反之，則衰減越慢。在采用科尼格（Kǒnig）和珀薩茲（Persoz）擺的兩種擺桿式阻尼試驗儀測試涂層硬度時，由于兩種擺的結(jié)構(gòu)、重量、尺寸、擺動周期及擺幅不同，另外，擺桿與涂層間的相互作用還取決于涂層具有的復(fù)雜的彈性和粘彈性，因此兩種擺的測定結(jié)果之間不能建立起通用的換算關(guān)系。所以，在產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)中測定某種漆膜的阻尼時間時，只規(guī)定使用一種擺桿的儀器。
在選擇擺桿式阻尼試驗儀時可以考慮如下因素：
1 ）通?？颇岣駭[的阻尼時間接近拍薩茲擺的一半：
2 ）在摩擦系數(shù)低的表面上拍薩茲擺可能打滑，這會使結(jié)果無效，但對于一般的色漆和清漆，此種情況很難出現(xiàn)；
3 ）由于環(huán)境條件對漆膜阻尼時間影響很大，因此，試驗應(yīng)在控制溫、濕度條件、并且無振動、無氣流影響的情況下進(jìn)行。此外，漆膜厚度及底材材質(zhì)也能影響阻尼時間。

科尼格擺和珀薩茲擺的結(jié)構(gòu)如圖4.2-4 和圖4.2-5 所示。它們形狀雖不同，但主要結(jié)構(gòu)均由一橫桿與一開口框架相連，橫桿下面均嵌入二個用作支點的鋼球，框架的下端成一個指針式的尖端。
科尼格擺的總質(zhì)量為（200 ±0.2 )g。擺桿橫桿下兩個鋼球的直徑為（5 ±0.005 ) mm, 硬度為（63 ±3 ) HRC ，珠距為（30±0.2 )mm?？赏ㄟ^移動與橫桿垂直的連接桿上的滑動重錘來調(diào)節(jié)擺的固有擺動周期。在拋光平板玻璃板上，擺桿從6°位移到3°的阻尼時間應(yīng)為( 250±10)s，擺動周期為（1.4±0.02)s 。

拍薩茲擺的總質(zhì)量為（500±0.1)g。擺桿橫桿下的兩個不銹鋼珠的直徑為（8 ±0.005）mm 硬度為（59 ±1) HRC ，珠距為（50 ±l ) mm。擺靜止時，其重心應(yīng)在支軸下（60±0.1)mm處，指針頂端在支軸下（400±0.2)mm處。在拋光平板玻璃板上，擺桿從12°位移到4°的阻尼時間至少應(yīng)為420s，擺動周期為（l ±0.001) s 。
采用擺桿法測試漆膜硬度，應(yīng)將涂料涂刷在100mm×100mm×5mm的浮法平板玻璃或拋光平板玻璃上，并應(yīng)按產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的條件和時間進(jìn)行干燥。除另有規(guī)定外，應(yīng)將干燥試板在溫度（23 ±2 )℃，相對濕度（50 ±5 ) ％環(huán)境條件下至少進(jìn)行狀態(tài)調(diào)節(jié)16h 。整個測試過程亦應(yīng)在此條件下進(jìn)行。

測試前，應(yīng)用乙醚潤濕了的軟綢布（或棉紙）擦凈支承鋼珠。將擺桿處于試板相同的環(huán)境條件下放置10min 。被測試板的漆膜應(yīng)朝上，放置在水平工作臺上，然后使擺桿慢慢降落到試板上，標(biāo)尺零點若與靜止位置時的擺尖不處于同一垂直位置則應(yīng)予以調(diào)節(jié)。
將擺桿在支軸沒有橫向位移的情況下偏轉(zhuǎn)一定的角度（科尼格擺為6°，珀薩茲擺為12°) ，停在預(yù)定的停點處。然后，松開擺桿，開動秒表，記錄擺幅由6°到3°（科尼格擺）或由12°到4°（珀薩茲擺）的時間（秒數(shù)），在同一塊試板的三個不同位置上進(jìn)行測量，記錄每次測量的結(jié)果及三次測量結(jié)果的平均值。

圖4.2-4科尼格（Kǒnig）擺桿 圖4.2-5珀薩茲（Persoz）擺桿

( 2 ）鉛筆硬度測定法

系采用一套已知硬度的繪圖鉛筆芯來進(jìn)行漆膜硬度的測定。漆膜硬度可由能夠穿透漆膜而達(dá)到底材的鉛筆硬度等級來表示。如采用一組中華牌高級繪圖鉛筆，其硬度等級為6H 、5H 、4H 、3H 、2H 、H 、HB 、B 、2B 、3B 、4B 、5B 、6B ，其中以6H 為最硬，6B 最軟，由6H -6B 硬度遞減，兩相鄰筆芯之間的硬度等級差視為一個硬度單位。操作方法可采用手工方法或儀器試驗方法，采用手工方法對不同的操作者可能會得到不同的結(jié)果，故作為仲裁試驗應(yīng)采用儀器試驗方法。
測試用的鉛筆應(yīng)用削筆刀將其削到露出柱形筆芯5 -6mm（切不可松動或削傷鉛芯）, 握住鉛筆使其與No.400 砂紙面成90°，在砂紙上不停劃圈，以摩擦鉛芯端面，直至獲得端面平整、邊緣銳利的筆端為止（邊緣不得有破碎或缺口）。鉛筆每使用一次后要旋轉(zhuǎn)180 ’再用，或者重磨后再用。
1 ）手工操作 其測試方法如圖4.2 -6 所示，把涂漆試樣固定于水平面上，握住已削好的鉛筆，使其與漆膜表面成45°角，用力（此力大小或使鉛筆端緣破碎，或犁傷漆膜）以每秒1mm的速度向前推進(jìn)。從最硬的鉛筆開始每級鉛筆犁五道3mm的痕，直至找出都不犁傷漆膜的鉛筆為止，該鉛筆的硬度即代表所測漆膜的鉛筆硬度。
2 ）儀器試驗 把涂漆試樣置于試驗儀的試件臺上，涂漆面朝上，把通過試驗儀祛碼重心的垂線調(diào)節(jié)到通過鉛筆端與漆膜交點，把已削好的鉛筆裝人鉛筆夾使其與漆膜成45°角，用平衡祛碼把鉛筆上的負(fù)荷調(diào)到使鉛筆剛好接觸試樣，擰緊止動螺釘，使鉛筆端離開漆膜表面，在祛碼臺上加上（1 ±0.05 ) kg 的祛碼，松開止動螺釘，以便鉛筆端與漆膜接觸。搖動試驗臺的移動搖臂，使試樣與鉛筆端反向移動3 mm，移動速度約0.5mm/ s 。然后擰緊止動螺釘，轉(zhuǎn)動鉛筆180°（保證筆端面無損傷）并變換試樣位置，依次犁出五道痕，用此方法（見圖4.2 -7 ）從最硬的鉛筆開始測試，并相繼換上低一級的鉛筆，直至找出五道痕中只有一次犁傷漆膜的鉛筆，以其下一級鉛筆代表所測漆膜的鉛筆硬度。如未犁傷漆膜，則以此級的鉛筆代表所測漆膜的鉛筆硬度。

圖4.2-6 手工試驗示意圖

圖4.2 -7 鉛筆硬度試驗儀
( 3 ）壓痕硬度測定法

涂層的壓痕硬度是指抵抗壓頭壓入有機涂層的能力，其測定方法見圖4.2 -8 。在一定的載荷下，涂層硬度越高，則其抵抗壓頭壓入有機涂層的能力越強，涂層壓痕也就越小。為取得較大的精確度，采用此法測定涂層硬度時，涂層最低允許厚度應(yīng)使壓痕深度不超過涂層厚度的3 / 4 ，以使底材的影響程度最小。

圖4.2 -8 壓痕硬度計

測試涂層的壓痕硬度可以采用努普（Knoop）壓頭和芬德（Pfund ）壓頭。努普壓頭是一種規(guī)定尺寸的金剛石錐體，芬德壓頭是一種規(guī)定尺寸的半球形石英壓頭或藍(lán)寶石壓頭。前者提供的硬度值以努普硬度數(shù)（KHN ）表示，后者提供的硬度值以芬德硬度數(shù)（PHN ）表示。但努普硬度數(shù)的精確度要較芬德硬度數(shù)的精確度高。
測試涂層的壓痕硬度由兩步構(gòu)成：第一步是通過壓頭施加載荷到涂層表面，第二步將測得的壓痕值計算成硬度數(shù)。
努普硬度數(shù)的計算: KHN ＝L / A_p ＝L / I²C_p
式中L-施加在壓頭上的載荷（kg ) ; I- 測得的壓痕對角線長度（mm) ; C_p- 使I²與A_p相關(guān)聯(lián)的壓頭常數(shù)；A_p-壓痕投影面積（mm²）。
芬德硬度數(shù)的計算PHN = L/A = 4L/πd²=1.27 ( L /d²) 式中L ― 施加在壓頭上的載荷（kg ) ; A ― 壓痕投影面積（mm²）; d ― 壓痕投影的直徑（mm）。