기존 피막 경도를 시험하는 방법으로 비커스 경도 시험, 로크웰 경도 시험, 브리넬, 쇼어 경도 시험 등이 알려져 있습니다. 그러나 이러한 시험 방법들은 하중이 크고, (도금, 코팅)피막 만의 경도를 시험하는 것이 어렵습니다.
그림1. 비커스(Vickers) 압흔
그 중에서도 자주 사용되는 경도 시험 방법은 도금 두께를 상당히 두껍게 붙이고 양 사각뿔의 비커스 다이아몬드 압자를 밀어 넣는 것으로 수 구덩이의 대각선의 길이를 현미경으로 측정하고 단면적을 요구하는 마이크로 비커스 경도 시험 법이 있습니다.
기존의 경도 시험 법의 한계
해마다 코팅 및 도금 피막이 고성능화, 고기능화, 박막화 되면서 경도와 같은 물성 평가 시험에도 한계가 발생합니다.. 측정 하중이 작아지면 당연히 압흔도 작아지고, 압흔의 대각선의 길이를 현미경으로 측정하는 방법으로는 불가능합니다.
그림 1. 인덴테이션 압흔 도식(깊이, 면적)
기재의 영향을받지 않고 도금 피막의 경도 시험을하려면 피막 두께의 10 분의 1 이하의 압입 깊이 할 필요가 있다고 알려져 있습니다. 1μm의 피막이라면 압입 깊이를 약 0.1μm 이하로해야 움푹의 대각선의 길이가 0.7μm 정도입니다. 그 0.7μm 정도의 대각선 길이를 현미경으로 정밀하게 측정하는 것은 매우 어렵습니다.
그림 2. 압흔(Berkovich indenter)
새로운 경도 시험 법
앞서 말씀드린 고도화 된 코팅, 도금 층의 물성 평가를 정밀하게 테스트 할 수있는 새로운 시험 장치의 개발 요구가 높아지고 있습니다.
독일의 헬무트피셔(HELMUT FISCHER) 사는 피막의 경도와 물성을 나노인덴터로 평가하는 시험기를 독일 연구 기관과 공동으로 개발했습니다.
그림 3. FISHCERSCOPE H100
이 시험기를 기반으로 1997 년 독일 규격 DIN50359에서 인덴테이션 테스트가 유니버설 경도 (HU)로 세계 최초로 산업 표준화되었습니다. 그리고 2002 년 인덴 테이션 규격이 DIN50359에서 ISO EN DIN 14577 국제 표준화 된 명칭이 유니버설 경도 (HU)에서 마르 텐스 경도 (HM)로 변경되었습니다.
그림 4. ISO14577 규격
이와 동시에 박막 평가에 나노 범위의 경도 시험이 추가되고, 2002년, HELMUT FISCHER 사는 시험 하중을 1μN (약 0.1mgf)에서 스텝으로 연속 하중을 증가하면서 그 압입 깊이 를 피코 미터 단위로 측정, 표층의 경도와 물성을 시험하는 나노 인덴 테이션 시스템을 개발했습니다.
그림5. PICODENTER HM500 과 FISCHERSCOPE HM2000S (현재)
기존의 시험 방법의 한계를 넘어서 도금 피막의 경도와 물성, 박막 코팅, 탄성 피막의 물성 분석 등 새로운 정보를 보다 효율적으로 얻을 수 있습니다.
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