私は電気めっきのサプライヤーとして、電気めっき皮膜の硬さを懸念するお客様によく遭遇します。電気メッキの硬度は、コーティングされた部品の性能と耐久性に影響を与える重要な特性です。このブログ投稿では、電気めっきの硬度を測定するさまざまな方法と、電気めっき業界でそれが重要である理由について説明します。
電気めっきの硬度の測定が重要な理由
測定方法を詳しく説明する前に、硬度測定がなぜ重要なのかを理解することが重要です。硬度は、電気メッキ部品の耐摩耗性、耐腐食性、および全体的な寿命に直接影響します。たとえば、自動車用途では、電気めっき部品は高応力条件と一定の摩擦に耐える必要があります。より硬い電気めっきコーティングにより早期の摩耗や故障を防止し、車両の安全性と信頼性を確保します。
航空宇宙産業では、部品が極端な環境にさらされるため、電気めっきの硬さが重要な部品の性能と完全性を決定する可能性があります。さらに、装飾電気めっきの場合、硬度は傷や摩耗に耐えることにより、長期間にわたって製品の美的外観を維持するのに役立ちます。
電気めっきの硬度を測定する一般的な方法
1. ビッカース硬さ試験
ビッカース硬度試験は、電気めっき皮膜の硬度を測定するために最も広く使用されている方法の 1 つです。この試験では、電気メッキされたサンプルの表面を、角錐形のダイヤモンド圧子を使用して特定の荷重の下で押し込みます。次に、表面に残ったくぼみのサイズを顕微鏡を使用して測定します。
ビッカース硬度 (HV) は、加えられた荷重とくぼみの表面積に基づいて計算されます。ビッカース硬さの計算式は (HV=\frac{1.8544F}{d^{2}}) です。ここで、(F) は適用荷重 (キログラム単位)、(d) はくぼみの平均対角長さ (ミリメートル単位) です。
ビッカース硬度試験の利点の 1 つは、非常に柔らかい材料から非常に硬い材料まで、幅広い値の硬度を測定できることです。また、比較的小さなくぼみが得られるため、薄い電気めっきコーティングの硬度の測定に適しています。ただし、このテストには、くぼみのサイズを正確に測定するための高精度の顕微鏡と熟練したオペレーターが必要です。
2. ヌープ硬度試験
ヌープ硬度試験はビッカース試験に似ていますが、菱形のダイヤモンド圧子を使用します。ヌープ圧子は細長いくぼみを作成するため、脆性材料や薄いコーティングの硬度の測定に適しています。
ヌープ硬度数 (HK) は、式 (HK=\frac{14.229F}{L^{2}}) を使用して計算されます。ここで、(F) はキログラム単位の適用荷重 - 力、(L) はミリメートル単位のくぼみの長対角線の長さです。
ヌープ硬度試験の主な利点は、細長いくぼみがコーティングを貫通して基板に侵入する可能性が低いため、薄い電気めっきコーティングのより正確な硬度測定ができることです。ただし、ビッカース試験と同様に、精密な測定機器と訓練を受けた担当者も必要です。
3. ロックウェル硬さ試験
ロックウェル硬度試験は、硬度を測定するための比較的迅速かつ簡単な方法です。これには、最初に小さな荷重を加えた後、大きな荷重を加えて、硬化した鋼球またはダイヤモンド コーンを使用してサンプルの表面をへこませることが含まれます。
ロックウェル硬度数は、大きな荷重を加える前後のくぼみの深さの違いによって決まります。 HRA、HRB、HRC スケールなど、さまざまなロックウェル スケールがあり、試験対象の材料の硬度に応じて使用されます。
ロックウェル硬度試験は、比較的厚い電気めっきコーティングの硬度を測定するのに適しています。これは迅速でコスト効果の高い方法ですが、くぼみが比較的大きく、基材に浸透する可能性があるため、薄いコーティングの場合はビッカース テストやヌープ テストほど正確ではない可能性があります。
4. ナノインデンテーション
ナノインデンテーションは、薄膜や小規模材料の硬度を測定するための最新の技術です。非常に小さな圧子先端、通常はダイヤモンド バーコビッチ圧子を使用して、電気めっきサンプルの表面に制御された荷重を加えます。
ナノインデンテーションプロセス中、圧子の荷重と変位が継続的に監視され、荷重 - 変位曲線に基づいて材料の硬度と弾性率を計算できます。ナノインデンテーションは、ナノスケールでの高解像度の硬度測定を提供できるため、極薄の電気めっきコーティングの機械的特性を研究するのに最適です。
ただし、ナノインデンテーション装置は比較的高価であり、テストには慎重なサンプルの準備とデータ分析が必要です。
電気めっき硬度測定に影響を与える要因
電気めっきの硬度を測定する場合、いくつかの要因が結果の精度に影響を与える可能性があります。これらの要因には次のものが含まれます。
- コーティングの厚さ: 前述したように、電気めっきコーティングの厚さは、硬度測定方法の選択に影響を与える可能性があります。非常に薄いコーティングの場合は、ナノインデンテーションやヌープ硬度試験などの方法がより適切な場合がありますが、より厚いコーティングの場合はロックウェル硬度試験を使用して測定できます。
- 基板材料: 基板の硬度も測定結果に影響を与える可能性があります。くぼみがコーティングを貫通して基材に達する場合、測定される硬度はコーティングと基材の硬度の組み合わせになります。したがって、基板の影響を最小限に抑える測定方法を選択することが重要です。
- 電気めっきプロセスパラメータ: 電気めっきコーティングの硬度は、電流密度、めっき時間、温度、めっき液の組成などのさまざまなプロセスパラメータの影響を受ける可能性があります。たとえば、電流密度が高いとコーティングが硬くなる可能性がありますが、接着力の低下や亀裂などの他の問題が発生する可能性もあります。
当社の電気めっきサービスと硬度保証
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当社の経験豊富な技術者は、高度な硬度測定技術を使用して、電気めっきコーティングの硬度を監視および制御します。当社は電気めっきプロセス中に定期的な品質検査を実施し、コーティングが指定された硬度要件を満たしていることを確認します。
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参考文献
- ASTMインターナショナル。 （2018年）。金属材料のビッカース硬さとヌープ硬さの標準試験方法。 ASTM E92 - 17e1。
- ASTMインターナショナル。 （2018年）。金属材料のロックウェル硬さとロックウェル表面硬さの標準試験方法。 ASTM E18 - 18a。
- オリバー、WC、ファー、GM (2004)。機器を用いた押し込みによる硬度と弾性率の測定: 方法論の理解と改良が進みました。材料研究ジャーナル、19(1)、3 - 20。