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めっき技能士が教える。物質の硬さを知りたい事ってありますよね。そんな時硬さを数値化できるんです。

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めっき皮膜の硬さを知りたい、このめっき皮膜よりもこのくらい硬さが違うんですって表現したい場合がありますよね。そんな時硬さを数値化できるんです。


物の機械的性質である硬さは、物理的、機械的性質の両方の性質を持ち合わせており、一言で硬さを定義する事は難しい事です。

昔の測定方法として、材料同士を押し付けて傷の付いた方の材料が柔らかいと判断されていました。 鉱物の硬さにはモース硬度が広く使われておりますが、10種類の標準鉱物資料を引っかいて硬さの順位をつけるという方法が最初であるとされています。これをモース硬さ試験の始まりです。 工業製品の硬さはビッカース硬さ(圧子NO形状が異なるヌープ硬さ)、ブリネル硬さ、ロックウェル硬さ、シェア硬さなど数多く使われております。 その中でもめっき皮膜の硬さ測定に利用されておりますビッカース硬さについて少し理解を深めていきたいと思います。



ビッカース硬さ試験方法の始まり



ビッカース硬さ試験方法は1925年にイギリスで考案されました。 その特徴は材料に加えられる荷重の大小とは無関係に一定の硬さをなどに求めることができる事です。

ですので、柔らかい材料に対し軽い荷重で測定し、硬い材料に対しては重い荷重で測定したとしても硬さは同じ尺度で得られることができます。



ビッカース硬さ試験JISの定義

JISの定義によれば、ビッカース硬さとは、試験片に四角すい形状のダイヤモンド圧子WO押込み、その時できるくぼみの対角線長さから圧痕面積を求め、押込み荷重をこの圧痕面積で徐した値です。


硬さ=荷重/圧痕面積 ビッカース硬さはHVの後に数値を並べて表示します。 例えばビッカース硬さ1000であればHV1000となります。 HVの数値が小さくなるほど柔らかく、数値が大きくなるほど硬くなります。 ビッカース硬さ試験は押し込みの荷重に関係なく柔らかい材料から硬い材料まで測定できるのですが、めっき処理を施した製品の表面の硬さを測定する場合注意が必要です。 めっき皮膜は薄い数μm〜数百μm(1μm=0.001mm)とさまざまな膜厚が処理されますが、

製品の表面硬度を測定する場合、大きな荷重で測定を行いますとめっき皮膜の硬さだけではなく、素材の硬さの影響を受けてしまいますので荷重選びに注意が必要です。 マイクロビッカース硬さ試験では押込み荷重が1kg以下であるため、試験時の圧痕はμmの桁になります。


微小部品や微小領域の硬さ測定が可能であり、しかも永久変形させる圧痕のサイズが小さいため、非破壊試験の範疇に区分できます。


他にナノインデンテーション試験法があり、ナノインデンテーション試験は押込み荷重が1g程度以下の微小荷重を押し込む試験法で、膜厚が1μm以下の薄いめっき(金、銀、パラジウムなど)の硬さを測定することが可能です。



各種表面処理の硬さ

表面処理

ビッカース硬さ(HV)

TiC(炭化チタン)

3200

Al₂O₃(酸化アルミニウム)

2300

TiN(窒化チタン)

2100

硬質クロムめっき

750〜1000

光沢ニッケルめっき

400〜500

無光沢ニッケルめっき

150〜250


まとめ

JISでは、工業用クロムめっき、工業用、ならびに装飾用金及び金合金めっき、工業用、ならびに装飾用銀めっき、無電解ニッケルーりんめっきに硬さ試験方法が規定されています。

硬さ試験で規定されている試験法は、ビッカース硬さ試験方法(JIS Z 2244)とヌープ硬さ試験方法(JIS Z 2251)があります。 どちらも試料に荷重を押し付けた時にできるくぼみの大きさから硬さを求める試験法です。 めっき皮膜の硬さ測定としてはビッカース試験が広く使われており、このめっき皮膜はどのくらい硬いのか?他のこのめっきと比べてどちらが硬いのかなど数値で表現できることで

目的に応じためっき皮膜を選択頂ける試験です。


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