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기계식 테스터를 사용한 스크래치 경도 측정

스크래치 경도 측정

기계식 테스터 사용

작성자

DUANJIE LI, PhD

소개

일반적으로 경도 테스트는 영구적 또는 소성 변형에 대한 재료의 저항력을 측정합니다. 경도 측정에는 스크래치 경도, 압입 경도, 반발 경도의 세 가지 유형이 있습니다. 스크래치 경도 테스트는 날카로운 물체와의 마찰로 인한 스크래치 및 마모에 대한 재료의 저항성을 측정합니다1. 1820년 독일의 광물학자 프리드리히 모스가 처음 개발했으며, 광물의 물리적 특성을 평가하는 데 여전히 널리 사용되고 있습니다2. 이 테스트 방법은 금속, 세라믹, 폴리머 및 코팅된 표면에도 적용할 수 있습니다.

스크래치 경도를 측정하는 동안 지정된 형상의 다이아몬드 스타일러스가 일정한 속도로 일정한 정상 힘을 가하여 선형 경로를 따라 재료 표면에 스크래치를 냅니다. 스크래치의 평균 너비가 측정되어 스크래치 경도 수치(HSP)를 계산하는 데 사용됩니다. 이 기술은 다양한 재료의 경도를 측정할 수 있는 간단한 솔루션을 제공합니다.

측정 목표

이 연구에서는 ASTM G171-03에 따라 다양한 금속의 스크래치 경도를 측정하기 위해 나노베아 PB1000 기계식 시험기를 사용했습니다.

동시에, 이 연구는 NANOVEA의 역량을 보여줍니다. 기계 테스터 높은 정밀도와 재현성으로 스크래치 경도 측정을 수행합니다.

나노비아

PB1000

테스트 조건

나노베아 PB1000 기계식 시험기는 세 가지 연마 금속(Cu110, Al6061, SS304)에 대한 스크래치 경도 테스트를 수행했습니다. 정점 각도 120°, 팁 반경 200 µm의 원추형 다이아몬드 스타일러스를 사용했습니다. 각 샘플은 결과의 재현성을 보장하기 위해 동일한 테스트 매개변수로 세 번 스크래치했습니다. 테스트 매개변수는 아래에 요약되어 있습니다. 10mN의 낮은 정상 하중에서 프로파일 스캔을 전후에 수행했습니다. 스크래치 테스트 를 눌러 스크래치 표면 프로파일의 변화를 측정합니다.

테스트 매개변수

일반 힘

10 N

온도

24°C(RT)

슬라이딩 속도

20mm/min

슬라이딩 거리

10 mm

대기권

Air

결과 및 토론

서로 다른 재료의 스크래치 경도를 비교하기 위해 테스트 후 세 가지 금속(Cu110, Al6061, SS304)의 스크래치 트랙 이미지가 그림 1에 나와 있습니다. 나노베아 기계 소프트웨어의 매핑 기능을 사용하여 자동화된 프로토콜에서 동일한 조건으로 테스트한 세 개의 평행 스크래치를 생성했습니다. 측정된 스크래치 트랙 폭과 계산된 스크래치 경도 수치(HSP)는 표 1에 요약 및 비교되어 있습니다. 금속의 마모 트랙 폭은 각각 174, 220 및 89 µm로 Al6061, Cu110 및 SS304에 대해 서로 다르며, 그 결과 계산된 HSP는 0.84, 0.52 및 3.2 GPa로 나타났습니다.

스크래치 트랙 폭에서 계산된 스크래치 경도 외에도 스크래치 경도 테스트 중에 마찰 계수(COF), 실제 깊이 및 음향 방출의 변화가 현장에서 기록되었습니다. 여기서 실제 깊이는 스크래치 테스트 중 스타일러스의 침투 깊이와 사전 스캔에서 측정된 표면 프로파일 사이의 깊이 차이입니다. Cu110의 COF, 실제 깊이 및 음향 방출은 그림 2에 예시로 나와 있습니다. 이러한 정보는 스크래치 중에 발생하는 기계적 결함에 대한 통찰력을 제공하여 사용자가 기계적 결함을 감지하고 테스트된 재료의 스크래치 거동을 추가로 조사할 수 있도록 합니다.

스크래치 경도 테스트는 높은 정밀도와 반복성으로 몇 분 안에 완료할 수 있습니다. 이 연구의 스크래치 경도 테스트는 기존의 압입 공정과 비교하여 경도 측정을 위한 대체 솔루션을 제공하여 품질 관리 및 신소재 개발에 유용합니다.

Al6061

Cu110

SS304

그림 1: 테스트 후 스크래치 트랙의 현미경 이미지(100배 확대).

 스크래치 트랙 너비(μm)HSp (GPa)
Al6061174±110.84
Cu110220±10.52
SS30489±53.20

표 1: 스크래치 트랙 너비 및 스크래치 경도 수 요약.

그림 2: Cu110에 대한 스크래치 경도 테스트 중 마찰 계수, 실제 깊이 및 음향 방출의 변화.

결론

이 연구에서는 ASTM G171-03에 따라 스크래치 경도 테스트를 수행하는 나노베아 기계식 테스터의 성능을 보여주었습니다. 코팅 접착력 및 스크래치 저항성 외에도 일정한 하중에서의 스크래치 테스트는 재료의 경도를 비교할 수 있는 간단한 대체 솔루션을 제공합니다. 기존의 스크래치 경도 시험기와 달리, 나노베아 기계식 시험기는 마찰 계수, 음향 방출 및 실제 현장 깊이의 변화를 모니터링하기 위한 옵션 모듈을 제공합니다.

나노베아 기계식 테스터의 나노 및 마이크로 모듈에는 ISO 및 ASTM을 준수하는 압입, 스크래치 및 마모 테스터 모드가 포함되어 있어 단일 시스템에서 가장 광범위하고 사용자 친화적인 테스트 범위를 제공합니다. NANOVEA의 탁월한 범위는 경도, 영 계수, 파괴 인성, 접착력, 내마모성 등 얇거나 두꺼운, 연질 또는 경질 코팅, 필름 및 기판의 모든 기계적 특성을 측정하는 데 이상적인 솔루션입니다.

이제 애플리케이션에 대해 이야기해 보겠습니다.

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