Vežba 3 – Određivanje tvrdoće prevlaka Inženjerstvo površina Vežba 3 – Određivanje tvrdoće prevlaka Pal Terek, Aleksandar Miletić Fakultet tehničkih nauka

Tvrdoća Nije fundamentalna osobina – zavisna je od primenjene tehnike merenja Predstavlja otpornost na plastičnu deformaciju Tvrdoća najbolje oslikava otpornost na habanje

Tvrdoća prevlaka Zavisi od: Hemijskog sastava prevlake materijala osnove Gustine preferirane orijentacije veličine zrna debljine prevlake grešaka u materijalu prevlake (u kristalima, defek.) zaostali naponi

Mosova skala

Određivanje tvrdoće prevlaka vrši se postupcima zasnovanim na utiskivanju: konvencionalni postupci instrumentisano utiskivanje U zavisnosti od primenjenog opterećenja postupci utiskivanja se dele na: makro (F > 10N), mikro (F < 10N; h > 200nm) nanoutiskivanja (F < 300mN, h < 200nm)

Konvencionalni postupci

Vikersov utiskivač

Knupov utiskivač

Izrazi za određivanje tvrdoće

Tvrdoća po Vikersu i Knupu Osnovne razlike između Vikersovog i Knupovog testa za istu primenjenu silu i isti ispitivani materijal: Vikersov utiskivač prodire duplo dublje od Knupovog, Vikersov test je manje osetljiv na stanje površine od Knupovog testa (kod koga uzorak mora biti poliran), Vikersov test je osetljiviji na greške merenja od Knupovog testa, Vikersov test najpogodniji je za male okrugle preseke, a Knupov za izdužene i tanke preseke, Knupov test pogodan je za veoma tvrde i krte materijale.

Tvrdoća različitih materijala TVRDOĆA [GPa] TVRDOĆA [HV] Dijamant 100 10 000 CBN (Kubni bor-nitrid) 45 4589 TiSiN 40-45 4079-4589 DLC (Dijamantu sličan ugljenik) Do 40 4079 TiAlN 30-35 3059-3549 TiN 21 2141 WC ~20 2039 Čelik-plazma nitriran Do 13 1326 Čelik- cementirani kaljeni 6-7 611,8

Rastojanja između merenja tvrdoće >3xDotiska

Uređaj za merenje mikrotvrdoće-analogni

Uređaj za merenje mikrotvrdoće-digitalni

Uređaj za merenje mikrotvrdoće laboratorija za materijale

Nedostaci konvencionalnih postupaka za primenu kod prevlaka relativno velike sile i dubine utiskivanja – veliki uticaj osnove na rezultat merenje tvrdoće na osnovu nastalog otiska – uticaj subjektivnosti pri merenju pri manjim opterećenjima otisak je suviše mali za posmatranje

Berkovičev utiskivač

Kriva opterećenja-rasterećenja Instrumentisano utiskivanje - Nanoindentacija Kriva opterećenja-rasterećenja hf hc

Profil površine pri utiskivanju

Određivanje tvrdoće Oliver-Far metodom

Šema uređaja za nanoutiskivanje

Uređaj za nano utiskivanje

Promena tvrdoće prevlake u zavisnosti od dubine utiskivanja

Primer tvrdoće za različite sile (dubine) utiskivanja TiSiN prevlaka Tvrdoća [HV] Sila utiskivanja [mN]

Određivanje tvrdoće preko kompozitne tvrdoće Presek traga utiskivanja Površine koje nose opterećenje Deformisane zapremine (P i S)

Karakteristika promene tvroće prevlake 1 0,8 0,6 0,4 0,2 Kompozitna tvrdoća Kakva karakteristika prevlake je poželjnija? Zelena ili žuta kriva?? β0 0.01 0.05 0.1 0.5 1 5 20 Dubina prodiranja utiskivača β - Relativna dubina prodiranja= Debljina prevlake

Karakteristika promene tvroće prevlake 1 0,8 0,6 0,4 0,2 Kompozitna tvrdoća Kakva karakteristika prevlake je poželjnija? Crvena ili ljubičasta kriva?? X X 0.1 0.2 0.5 1 2 5 Dubina prodiranja utiskivača β - Relativna dubina prodiranja= Debljina prevlake

Utiskivanje do različitih dubina istisnut materijal 200 100 300 400 nepravilan oblik otiska efekat veličine otiska profili otisaka DOBRI OTISCI debljina prevlake lom prevlake utiskivanja u podlogu