一种复合材料组元层硬度的检测方法与流程

本发明属于复合材料
技术领域：
，具体涉及一种金属层状复合材料超薄组元层的硬度的检测方法。
背景技术：
：金属层状复合材料兼具各组元材料的强度、韧性、耐腐蚀及导热导电等良好综合性能，广泛应用于汽车、电力、航空、军工、冶金及日常生活等领域。金属层状复合材料各组元层的性能及界面的结合决定了材料的使用性能和使用寿命，因此有效、定量、准确评价组元层材料的力学性能对复合材料的开发及应用至关重要，特别对十几甚至几十层的层状复合材料来说，由于每一层都非常薄(很多都小于0.1mm)，有些复合材料的组元层也不止两种，此时获知各组元层材料的力学性能至关重要。目前，对金属层状复合材料的组元层材料通过拉伸可以检测其强度和塑性，但当组元层材料太薄时(如小于0.5mm)无法从层状复合材料上制取单层材料来检测材料的强度，此时只能通过硬度分析来预测材料的抗拉强度。但如果组元层的厚度进一步减薄时，如厚度小于0.1mm甚至0.05mm时，显微硬度检测也已经无能为力，从而限制了对该种材料的性能预测及评价。技术实现要素：为了解决上述问题，本发明意在提出一种用于检测复合材料超薄组元层硬度的方法，为多层复合材料的评估判断及性能预测提供有力的支持。本发明提供一种复合材料组元层硬度的检测方法，包括以下步骤：A、选择多种与需检测的复合材料组元层相同或相似的材料组成单一材料组；B、对所述单一材料组进行维氏硬度和纳米压痕测试，获得单一材料组的维氏硬度值和纳米压痕数据，对所述维氏硬度值与纳米压痕数据进行拟合，获得组元层的维氏硬度与纳米压痕之间的数学关系模型；C、对所述复合材料的组元层进行纳米压痕测试，获得所述组元层的纳米压痕数据，然后根据所述数学关系模型，获得所述组元层的硬度值。本发明所述的选择相似的材料是指选择的单一材料与需检测的组元层材料属于同一类材料，例如同属于镁合金、同属于铝合金或同属于钢材。作为本发明的优选方案，在上述的步骤A之后，步骤B之前，还包括步骤：在同一环境下处理所述复合材料和单一材料组。在同一环境下处理单一材料组和复合材料，目的是为了保证单一材料组与复合材料中该组元层材料的状态一致，从而提高得到的维氏硬度与纳米压痕之间的数学关系模型的精确度。更进一步的，在本发明中，所述同一环境下处理包括在常温下不对复合材料和单一材料组进行其他处理，而进行维氏硬度或纳米压痕测试。本发明的复合材料组元层的检测方法，尤其适用于复合材料组元层的厚度≤0.1mm的情况。本发明的复合材料组元层的检测方法，适用于有超薄组元层的金属复合材料。本发明提供的复合材料组元层硬度的检测方法，适用于超薄组元层硬度的检测；采用纳米压痕的方法获得同一状态下单一材料的纳米压痕数据和维氏硬度值，通过理论分析及数据拟合建立宏观维氏硬度与纳米压痕之间的数学关系模型，通过该数学关系模型把超薄组元层的纳米压痕数据转化成宏观维氏硬度值，从而为多层复合材料的性能预测提供有效可靠的数据。附图说明图1是本发明实施例的方法流程示意图；图2是本发明实施例中退火后3003铝合金的纳米压痕；图3是本发明实施例中退火后3003铝合金的维氏硬度；图4是本发明实施例中XX复合材料XX组元层的纳米压痕。具体实施方式以下结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式进行更加详细的说明，以便能够更好地理解本发明的方案及其各个方面的优点。然而，以下描述的具体实施方式和实施例仅是说明的目的，而不是对本发明的限制。如图1所示，本发明实施例提供一种复合材料组元层硬度的检测方法，包括以下步骤：1、组成单一材料组：选择多种与需检测的复合材料组元层相同或相似的材料组成单一材料组；2、获得数据：对单一材料组进行维氏硬度和纳米压痕测试，获得单一材料组的维氏硬度值和纳米压痕数据；3、获得数学关系模型：对维氏硬度值与纳米压痕数据进行拟合，获得组元层的维氏硬度与纳米压痕之间的数学关系模型；4、获得组元层硬度值：对复合材料的组元层进行纳米压痕测试，获得组元层的纳米压痕数据，然后根据数学关系模型，获得组元层的硬度值。本发明实施例的复合材料组元层的检测方法，尤其适用于金属复合材料组元层的厚度≤0.1mm的情况。实施例1本发明实施例为检测铝钢复合材料铝组元层的硬度，其中铝组元层的厚度为14微米。1)选择不同牌号的铝材料，其中包括1060、3003、3003MOD、4A60材料，组成单一材料组。对单一材料组进行冷轧及退火处理，获得不同牌号不同状态的单一材料；冷轧在的轧机上进行，压下量为50％，退火温度和时间见表1。2)对单一材料组进行维氏硬度的检测，维氏硬度采用MHVD-1000AP维氏硬度计测量硬度，载荷100gf，时间为15s，硬度值由硬度计通过压痕长度自动计算。使用HysitronTI900纳米压痕仪对单一材料组进行纳米压痕试验，金刚石压头为三棱锥，加载力3000μN，通过加载-卸载曲线获得材料的纳米压痕数据，如图2和图3所示，结果见表1。3)对维氏硬度值和纳米压痕数据进行拟合，获得维氏硬度(Hv单位MPa)与纳米压痕(Hna，单位MPa)之间的关系符合Hv＝0.099Hna-68.56。4)对铝钢复合材料的铝层进行纳米压痕测试，结果如图4所示，根据上述数学关系模型，获得铝组元层的硬度值为71。表1不同铝合金在不同状态下的硬度数据铝合金牌号纳米压痕(MPa)维氏硬度(MPa)退火条件或状态4A60993.532.0520℃,6h10601119.339.0H1410601139.343.7350℃,1.2h10601142.945.5350℃,1.0h30031196.549.7330℃,2h30031272.559.5H24实施例2本发明实施例为检测铝钛钢复合材料钢组元层的硬度，其中钢组元层的厚度为40微米。1)选择不同的钢铁材料，其中包括08Al、304不锈钢、高碳钢、马氏体钢，组成单一材料组。在常温下不对单一材料组进行其他处理。2)对单一材料组进行维氏硬度的检测，维氏硬度采用MHVD-1000AP维氏硬度计测量硬度，载荷100gf，时间为15s，硬度值由硬度计通过压痕长度自动计算。使用HysitronTI900纳米压痕仪对单一材料组进行纳米压痕试验，金刚石压头为三棱锥，加载力3000μN，通过加载-卸载曲线获得材料的纳米压痕数据，见表2。3)对维氏硬度值和纳米压痕数据进行拟合，获得维氏硬度(Hv单位MPa)与纳米压痕(Hna，单位MPa)之间的关系符合Hv＝0.056Hna-21.07。4)对铝钛钢复合材料的钢组元层进行纳米压痕测试，根据上述数学关系模型，获得钢组元层的维氏硬度值为123.5。表2不同钢铁材料的硬度数据钢号纳米压痕(MPa)维氏硬度(MPa)08Al1835.581.2低碳钢2181.698.5高碳钢3256.3168.2马氏体时效钢8124.1435.8需要说明的是，以上参照附图所描述的各个实施例仅用以说明本发明而非限制本发明的范围，本领域的普通技术人员应当理解，在不脱离本发明的精神和范围的前提下对本发明进行的修改或者等同替换，均应涵盖在本发明的范围之内。此外，除上下文另有所指外，以单数形式出现的词包括复数形式，反之亦然。另外，除非特别说明，那么任何实施例的全部或一部分可结合任何其它实施例的全部或一部分来使用。当前第1页1 2 3