产品介绍

显微压头是显微硬度测试仪的灵魂部件，它是在非常小的载荷（通常从几克力到几公斤力）下，将压头压入材料表面以测量其硬度的精密工具。

由于其直接与试样接触并产生永久塑性变形，压头的几何形状、材质和状态直接决定了硬度测试结果的准确性。

以下是关于显微压头的详细解析：

一、 主要类型与几何形状

显微压头主要根据其尖端几何形状来分类，最常见的两种是：

1. 维氏压头

*   形状： 一个正四棱锥形的金刚石压头。

*   关键角度： 相对两面之间的夹角为 136°。

*   设计原理： 这个角度确保了压痕的几何相似性，使得在不同载荷下测量同一均匀材料时，理论上能获得相同的维氏硬度值。它对应了理想塑性材料压痕对角线约为压痕深度的7倍。

*   压痕： 在样品表面留下一个正方形轮廓的菱形压痕。

*   测量： 需要测量压痕两条对角线的长度，并取平均值用于计算维氏硬度值。

*   应用： 应用范围最广，适用于几乎所有金属、陶瓷、涂层及微观相组织的硬度测试。

2. 努氏压头

*   形状： 一个菱形四棱锥形的金刚石压头。

*   关键比例： 长棱角为 172.5°，短棱角为 130°。这使得压痕的长对角线长度是短对角线的约7.11倍。

*   压痕： 在样品表面留下一个细长的菱形压痕。

*   测量： 只测量长对角线的长度。

*   优势：

    *   压痕更浅： 在相同载荷下，努氏压痕的深度只有维氏压痕的约1/3。

    *   对薄层和脆性材料更友好： 非常适合测量电镀层、渗氮层、薄片材料以及玻璃、陶瓷等脆性材料。对试样制备的要求也相对较低。

    *   对各向异性敏感： 可用于研究材料晶粒的方向性。

3. 其他专用压头

*   贝氏压头： 也是一个菱形压头，但角度不同，常用于更软的金属如铝和铜。

*   楔形压头： 用于特定研究，如测量应力-应变曲线。

二、 核心特征

1.  材质

    *   绝大多数为金刚石： 因为显微硬度测试的载荷很小，要压入各种高硬度材料，必须使用自然界最硬的材料——金刚石，以确保压头自身在测试中绝对不变形、不磨损。

    *   极高品质： 用作压头的金刚石是经过精心挑选和抛光的单晶金刚石，以确保其几何形状的完美和尖端的锋利。

2.  几何精度

    *   压头的角度、棱线的直线度、尖端的锐利度都有极其严格的要求（通常公差在几分之一度以内）。任何微小的缺陷都会导致压痕形状畸变，从而带来巨大的测量误差。

3.  表面光洁度

    *   压头的所有表面都必须达到镜面光洁度，以减少与试样之间的摩擦，并确保压痕边界清晰，便于测量。

三、 工作原理

在显微硬度测试中：

1.  压头被安装在一个精密的主轴末端。

2.  通过控制系统，对压头施加一个精确的、微小的试验力。

3.  压头在载荷作用下压入试样表面，保持一段时间。

4.  卸除载荷后，压头抬起，在试样表面留下一个微米级别的压痕。

5.  使用高倍光学显微镜（通常与硬度计一体化）测量压痕对角线的尺寸。

6.  根据压头类型、试验力和测得的对角线尺寸，通过公式计算出材料的显微硬度值（HV或HK）。

四、 使用与维护的极端重要性

显微压头是极其精密和昂贵的部件，必须小心呵护：

*   严禁空压： 在没有放置试样的情况下进行加载，会直接导致金刚石压头撞击坚硬的金属载物台，瞬间碎裂。这是损坏压头最常见也最严重的方式。

*   小心操作： 在放置和移动样品时，绝对避免样品碰撞到压头。

*   保持清洁： 测试前后，要用极软的无绒布蘸取高纯度酒精或丙酮轻轻擦拭压头尖端。任何灰尘、油污或样品残留物都会影响测试结果，甚至损坏压头。

*   定期检查： 应在高倍显微镜下定期检查压头是否有崩口、磨损或污染。一旦发现损伤，必须立即更换。

*   专业校准： 压头需要随同整个硬度计系统，使用标准显微硬度块进行定期校准，以确保其几何形状和测量系统的整体准确性。

总结

显微压头，特别是金刚石维氏压头和金刚石努氏压头，是实现材料微观尺度力学性能表征的关键。它们就像材料的“微观探针”，通过分析产生的微小压痕，为我们揭示材料微观相、晶界、焊缝、涂层等区域的硬度信息，是材料科学研究和工业质量控制中不可或缺的工具。其“娇贵”的特性要求使用者必须具备严谨的操作习惯和高度的责任心。