硬度衡量的是材料对永久或塑性变形的抵抗力。划痕硬度测试最初是由德国矿物学家弗里德里希-莫尔斯在1820年开发的，它确定了材料对尖锐物体的摩擦造成的划痕和磨损的硬度。1.莫氏标度是一个比较指数，而不是一个线性标度，因此，ASTM标准G171-03所述，开发了一个更准确和定性的划痕硬度测量方法。2.它测量金刚石测针产生的划痕的平均宽度并计算出划痕硬度数（HSP）。
材料是根据服务要求来选择的。对于涉及重大温度变化和热梯度的应用，测试材料在高温下的机械性能以充分了解其机械极限是至关重要的。材料，特别是聚合物，通常在高温下会软化。很多机械故障是由蠕变变形和热疲劳引起的，只有在高温下才会发生。因此，需要一种可靠的技术来测量高温下的硬度，以确保为高温应用正确选择材料。
NANOVEA T50摩擦试验机可用于室温（RT）到300℃的温度范围内对特氟隆样品进行划痕硬度测试。特富龙的熔点为326.8°C。使用顶角为120°、尖端半径为200 µm的锥形金刚石测针。特氟隆样品被固定在旋转式样品台上，与平台中心的距离为10毫米。样品被烤箱加热，在RT、50°C、100°C、150°C、200°C、250°C和300°C的温度下进行测试。
测试参数
高温划痕硬度的测量
| 常态力 | 2 N |
| 滑动速度 | 1毫米/秒 |
| 划痕长度 | 每个温度8毫米 |
| 气体环境 | 空气 |
| 温度 | RT, 50°C, 100°C, 150°C, 200°C, 250°C, 300°C。 |
为了比较不同温度下的划痕硬度，图1显示了特氟龙样品在不同温度下的划痕轮廓。当测针以2N的恒定载荷行进时，在划痕边缘形成材料堆积，并刺入特氟隆样品，将划痕中的材料推向一侧并使之变形。
如图2所示，在光学显微镜下检查划痕。显微镜测量的划痕宽度和计算出的划痕硬度值（HSP）在图3中进行了总结和比较。 显微镜测量的划痕宽度与使用NANOVEA轮廓仪测量的划痕宽度一致，特氟隆样品在较高温度下表现出更宽的划痕宽度。当温度从RT上升到300℃时，它的划痕宽度从281微米增加到539微米，HSP从65MPa下降到18MPa。
使用NANOVEA T50摩擦磨损仪可以高精度、高重复性地测量高温下的划痕硬度。它提供了一个不同于其他硬度测量的解决方案，并使NANOVEA摩擦仪成为一个更完整的系统，用于全面的高温三坐标机械评估。
图1: 在不同温度下进行划痕硬度测试后的划痕轮廓。
图2: 在不同温度下测量后，显微镜下的划痕痕迹。
图3: 刮痕宽度和刮痕硬度与温度的变化。
在这项研究中，我们展示了NANOVEA摩擦仪如何在高温下测量符合ASTM G171-03标准的划痕硬度。恒定载荷下的划痕硬度测试为使用摩擦仪比较材料的硬度提供了另一种简单的解决方案。在高温下进行划痕硬度测量的能力使NANOVEA摩擦仪成为评估材料高温三相力学性能的理想工具。
NANOVEA摩擦仪还提供精确和可重复的磨损和摩擦测试，使用符合ISO和ASTM标准的旋转和线性模式，在一个预集成的系统中可选择高温磨损、润滑和三相腐蚀模块。可选的3D非接触式轮廓仪，除了用于其他表面测量（如粗糙度）外，还可以对磨损轨迹进行高分辨率的3D成像。
1 Wredenberg, Fredrik; PL Larsson (2009)."金属和聚合物的划痕测试。实验和数值"。磨损266（1-2）。76
2 ASTM G171-03 (2009), "使用金刚石测针测试材料的划痕硬度的标准测试方法"
一般来说，硬度测试是测量材料对永久变形或塑性变形的抵抗能力。硬度测量有三种类型:划痕硬度、压痕硬度和回弹硬度。划痕硬度测试的是材料对锋利物体摩擦产生的划痕和磨损的抵抗能力。它最初是由德国矿物学家弗里德里希·莫赫在1820年发明的，至今仍被广泛用于评定矿物的物理性质2。这种测试方法也适用于金属、陶瓷、聚合物和涂层表面
在划痕硬度测量过程中，用指定几何形状的金刚石触头在恒定的法向力和恒定的速度下沿线性路径划入材料表面。测量划痕的平均宽度，并用于计算划痕硬度数(HSP)。这种技术为不同材料的硬度缩放提供了一个简单的解决方案。
NANOVEA PB1000机械测试仪对三种抛光金属（Cu110、Al6061和SS304）进行了划痕硬度测试。使用了一个顶角为120°、尖端半径为200 µm的锥形金刚石测针。每个样品以相同的测试参数进行了三次划痕，以确保结果的可重复性。测试参数总结如下。在10mN的低正常载荷下，在划痕前后进行剖面扫描。 划痕测试 来测量划痕的表面轮廓的变化。
测试参数
常态力
10 N
温度
24°C (RT)
滑动速度
20毫米/分钟
划痕长度
10毫米
气体环境
空气
三种金属（Cu110、Al6061和SS304）测试后的划痕图像显示在图1中，以便比较不同材料的划痕硬度。NANOVEA机械软件的绘图功能被用来创建三个在相同条件下测试的平行划痕的自动协议。表1中总结和比较了测量的划痕宽度和计算的划痕硬度数（HSP）。金属显示出不同的磨损轨迹宽度，Al6061、Cu110和SS304分别为174、220和89微米，从而计算出的HSP为0.84、0.52和3.2GPa。
除了根据划痕宽度计算出的划痕硬度外，在划痕硬度测试期间还现场记录了摩擦系数（COF）、真实深度和声发射的变化。这里，真实深度是指划痕测试中测针的穿透深度与预扫描中测得的表面轮廓之间的深度差。Cu110的COF、真实深度和声发射作为一个例子显示在图2中。这些信息提供了对划痕过程中发生的机械故障的洞察力，使用户能够检测机械缺陷并进一步研究被测材料的划痕行为。
划痕硬度测试可以在几分钟内完成，具有很高的精度和可重复性。与传统的压痕程序相比，本研究中的划痕硬度测试为硬度测量提供了另一种解决方案，这对于质量控制和新材料的开发非常有用。
Al6061
Cu110
SS304
图1: 测试后划痕的显微镜图像（100倍放大）。
| 刮痕宽度（μm） | HSp (GPa) | |
| Al6061 | 174±11 | 0.84 |
| Cu110 | 220±1 | 0.52 |
| SS304 | 89±5 | 3.20 |
表1: 划痕宽度和划痕硬度数的总结。
图2: 在对Cu110进行划痕硬度测试时，摩擦系数、真实深度和声发射的演变。
在这项研究中，我们展示了NANOVEA机械测试仪在进行符合ASTM G171-03标准的划痕硬度测试方面的能力。除了涂层附着力和耐刮擦性之外，恒定负载下的刮擦测试为比较材料的硬度提供了另一种简单的解决方案。与传统的划痕硬度测试机相比，NANOVEA机械测试机提供了可选模块，用于监测摩擦系数、声发射和真实深度的原地演变。
NANOVEA机械测试仪的纳米和微模块包括ISO和ASTM兼容的压痕、划痕和磨损测试模式，在单个系统中提供最广泛和最用户友好的测试范围。NANOVEA无与伦比的范围是确定薄或厚，软或硬涂层，薄膜和基材的全部机械性能的理想解决方案，包括硬度，杨氏模量，断裂韧性，附着力，耐磨性和许多其他。
材料是根据服务要求来选择的。对于涉及重大温度变化和热梯度的应用，调查材料在高温下的机械性能以充分了解其机械极限是至关重要的。材料，特别是聚合物，通常在高温下会软化。很多机械故障是由蠕变变形和热疲劳引起的，只有在高温下才会发生。因此，需要一种可靠的技术来测量高温下的划痕硬度，以确保为高温应用正确选择材料。
在这项研究中，Nanovea 摩擦仪 是用来测量不同金属的划痕硬度的。该
具有高精度和高重复性的划痕硬度测量能力，使得
Nanovea摩擦仪是一个更完整的摩擦学和机械评估系统。
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