วิธีการทดสอบความหนาของฟิล์มออกไซด์และความแข็งของชิ้นส่วนโลหะผสมอะลูมิเนียมสำหรับรถยนต์

ฟิล์มออกไซด์ที่เกิดจากการชุบด้วยไฟฟ้าบนชิ้นส่วนโลหะผสมอะลูมิเนียมในรถยนต์ ทำหน้าที่เสมือนเกราะป้องกันบนพื้นผิว มันสร้างชั้นป้องกันที่หนาแน่นบนพื้นผิวโลหะผสมอะลูมิเนียม ช่วยเพิ่มความต้านทานการกัดกร่อนของชิ้นส่วนและยืดอายุการใช้งาน ในขณะเดียวกัน ฟิล์มออกไซด์มีความแข็งสูง ซึ่งสามารถเพิ่มความต้านทานการสึกหรอของพื้นผิวโลหะผสมอะลูมิเนียมได้

ฟิล์มออกไซด์แอโนดิกของโลหะผสมอะลูมิเนียมมีลักษณะเฉพาะคือมีความหนาค่อนข้างน้อยและมีความแข็งค่อนข้างสูง จำเป็นต้องเลือกอุปกรณ์ทดสอบที่เหมาะสมสำหรับการทดสอบความแข็งระดับไมโครเพื่อหลีกเลี่ยงความเสียหายต่อชั้นฟิล์มจากหัวกด ดังนั้น เราขอแนะนำให้ใช้เครื่องทดสอบความแข็งแบบวิคเกอร์ระดับไมโครที่มีแรงทดสอบ 0.01-1 kgf เพื่อทดสอบความแข็งและความหนา ก่อนการทดสอบความแข็งแบบวิคเกอร์ ชิ้นงานที่จะทดสอบจะต้องถูกทำให้เป็นตัวอย่าง อุปกรณ์ที่จำเป็นคือเครื่องยึดชิ้นงานทางโลหะวิทยา (ขั้นตอนนี้สามารถข้ามได้หากชิ้นงานมีพื้นผิวเรียบสองด้าน) เพื่อยึดชิ้นงานให้เป็นตัวอย่างที่มีพื้นผิวเรียบสองด้าน จากนั้นใช้เครื่องเจียรและขัดเงาทางโลหะวิทยาเพื่อเจียรและขัดตัวอย่างจนได้พื้นผิวที่เงางาม เครื่องยึดชิ้นงานและเครื่องเจียรและขัดเงาแสดงอยู่ในรูปด้านล่าง:

1. ขั้นตอนการเตรียมตัวอย่าง (ใช้สำหรับการทดสอบความแข็งและความหนา)

1.1 การสุ่มตัวอย่าง: ตัดตัวอย่างขนาดประมาณ 10 มม. × 10 มม. × 5 มม. จากชิ้นส่วนที่จะทดสอบ (หลีกเลี่ยงบริเวณที่มีความเค้นสูงของชิ้นส่วน) และตรวจสอบให้แน่ใจว่าพื้นผิวที่ทดสอบเป็นพื้นผิวเดิมของฟิล์มออกไซด์

1.2 การติดตั้ง: ติดตั้งชิ้นงานตัวอย่างด้วยวัสดุติดตั้งแบบร้อน (เช่น เรซินอีพ็อกซี) โดยให้เห็นพื้นผิวฟิล์มออกไซด์และหน้าตัด (หน้าตัดจำเป็นสำหรับการทดสอบความหนา) เพื่อป้องกันการเสียรูปของชิ้นงานตัวอย่างระหว่างการเจียร

1.3 การขัดและการขัดเงา: ขั้นแรก ให้ทำการขัดเปียกทีละขั้นตอนโดยใช้กระดาษทรายเบอร์ 400, 800 และ 1200 จากนั้นขัดเงาด้วยครีมขัดเงาเพชรขนาด 1 ไมโครเมตร และ 0.5 ไมโครเมตร สุดท้าย ตรวจสอบให้แน่ใจว่ารอยต่อระหว่างฟิล์มออกไซด์กับพื้นผิวไม่มีรอยขีดข่วนและมองเห็นได้ชัดเจน (ใช้ภาคตัดขวางในการตรวจสอบความหนา)

2. วิธีการทดสอบ: วิธีวัดความแข็งแบบวิคเกอร์ (HV)

2.1 หลักการพื้นฐาน: ใช้หัวกดรูปพีระมิดเพชรเพื่อกดน้ำหนักเล็กน้อย (โดยปกติ 50-500 กรัม) ลงบนพื้นผิวฟิล์มเพื่อสร้างรอยกด และคำนวณความแข็งโดยพิจารณาจากความยาวเส้นทแยงมุมของรอยกด

2.2 พารามิเตอร์สำคัญ: แรงกดต้องเหมาะสมกับความหนาของฟิล์ม (เลือกแรงกด < 100 กรัม เมื่อความหนาของฟิล์ม < 10 ไมโครเมตร เพื่อป้องกันไม่ให้รอยกดทะลุลงไปถึงพื้นผิว)

สิ่งสำคัญคือต้องเลือกแรงกดที่เหมาะสมกับความหนาของฟิล์ม และป้องกันไม่ให้แรงกดมากเกินไปทะลุผ่านฟิล์มออกไซด์ ซึ่งจะทำให้ผลการวัดรวมค่าความแข็งของพื้นผิวโลหะผสมอะลูมิเนียม (ความแข็งของพื้นผิวต่ำกว่าความแข็งของฟิล์มออกไซด์มาก)

หากความหนาของฟิล์มออกไซด์อยู่ที่ 5-20 ไมโครเมตร: ให้เลือกแรงกด 100-200 กรัม (เช่น 100 กรัม, 200 กรัม) และเส้นผ่านศูนย์กลางของรอยกดต้องอยู่ภายใน 1/3 ของความหนาของฟิล์ม (ตัวอย่างเช่น สำหรับฟิล์มหนา 10 ไมโครเมตร เส้นทแยงมุมของรอยกดต้อง ≤ 3.3 ไมโครเมตร)

หากความหนาของฟิล์มออกไซด์น้อยกว่า 5 ไมโครเมตร (ฟิล์มบางพิเศษ): ให้เลือกน้ำหนักกดต่ำกว่า 50 กรัม (เช่น 50 กรัม) และต้องใช้เลนส์กำลังขยายสูง (40 เท่าขึ้นไป) เพื่อสังเกตการกดเพื่อหลีกเลี่ยงการทะลุทะลวง

ในการทดสอบความแข็ง เราอ้างอิงมาตรฐาน ISO 10074:2021 “ข้อกำหนดสำหรับสารเคลือบออกไซด์อะโนดิกแข็งบนอะลูมิเนียมและโลหะผสมอะลูมิเนียม” ซึ่งระบุแรงทดสอบและช่วงความแข็งที่จะใช้ในการวัดสารเคลือบออกไซด์ประเภทต่างๆ ด้วยเครื่องทดสอบความแข็งแบบไมโครวิกเกอร์ไว้อย่างชัดเจน ข้อกำหนดโดยละเอียดแสดงอยู่ในตารางด้านล่าง:

ตาราง: ค่าที่ยอมรับได้สำหรับการทดสอบความแข็งแบบวิคเกอร์ส

หมายเหตุ: สำหรับฟิล์มออกไซด์ที่มีความหนามากกว่า 50 ไมโครเมตร ค่าความแข็งระดับไมโครจะค่อนข้างต่ำ โดยเฉพาะชั้นนอกสุดของฟิล์ม

2.3 ข้อควรระวัง:

สำหรับชิ้นส่วนเดียวกัน ควรวัดค่าความแข็ง 3 จุดในแต่ละพื้นที่ 3 แห่ง และนำค่าเฉลี่ยของข้อมูลทั้ง 9 จุดมาใช้เป็นค่าความแข็งสุดท้าย เพื่อหลีกเลี่ยงผลกระทบจากข้อบกพร่องของฟิล์มในบริเวณนั้นๆ ต่อผลลัพธ์
หากพบ “รอยแตก” หรือ “รอยต่อที่ไม่ชัดเจน” บริเวณขอบของรอยกด แสดงว่าแรงกดมากเกินไปและทะลุผ่านชั้นฟิล์มแล้ว ควรลดแรงกดลงและทำการทดสอบใหม่