JPS62503052A - hardness measurement - Google Patents

hardness measurement

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JPS62503052A
JPS62503052A JP50278886A JP50278886A JPS62503052A JP S62503052 A JPS62503052 A JP S62503052A JP 50278886 A JP50278886 A JP 50278886A JP 50278886 A JP50278886 A JP 50278886A JP S62503052 A JPS62503052 A JP S62503052A
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sample
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hardness
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JP50278886A
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ゴールドスミッド、ヒロシ・ジュリアン
ハウズ、ヴィクター・レイモンド
ヴィークツォーレク、レヒ
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ユニサ−チ・リミテッド
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。 (57) [Summary] This bulletin contains application data before electronic filing, so abstract data is not recorded.

Description

【発明の詳細な説明】 浄書(内容(こ変更なし) 硬 度 測 定 本発明は、金属のような導電性物質の硬度、および、薄い金属層で被覆した非導 電性物質(例えばセラミックやプラスチック)の硬度を測定するのに適するよう に、導電性インデンターと金属物との間の接触抵抗を測定することによって物質 の硬度を測定するための方法に関する。[Detailed description of the invention] Engraving (contents (no changes)) Hardness measurement The present invention is based on the hardness of conductive materials such as metals and the hardness of conductive materials coated with a thin metal layer. Suitable for measuring the hardness of electrically conductive materials (e.g. ceramics and plastics) material by measuring the contact resistance between a conductive indenter and a metal object. The present invention relates to a method for measuring the hardness of.

接触温度抵抗を測定することによって物質の硬度を測定するための方法は、エイ チ、ジエー、ゴールトスミツド(H,J 、Goldsmid )およびジエー 、エヌ、ジョンストン(J 、 N、J ohnston )による「フィジッ クス・エレクトリカル・サイエンティフィック・インストルメントジャーナル( J、Phys、E、Set Instrum、 ) Jの第14巻(1981年 )第1329頁と、前記2人の著者による「マテリアルズ・サイエンスジャーナ ル(J。A method for measuring the hardness of materials by measuring contact temperature resistance is H, J. Goldsmid and J. , N. Johnston (J, N. J. Ohnston) Kuss Electrical Scientific Instrument Journal ( J, Phys, E, Set Instrument, ) Volume 14 of J (1981) ) page 1329 and “Materials Science Journal” by the above two authors. le (J.

Materials S fence ) J第17巻(1982年)第101 2頁とにおいて紹介されている。しかしながら、前記方法は、試験物質の熱伝導 性が大変高い時にのみ有効なものである。熱損失は接触部を横切る熱移動以上に なりがちであるため、熱伝導率の低い物を試験する時は感度が悪くなり、金属を 試験する場合であっても熱伝導性をもたらすための補正を行なう必要があり、そ のためには別の実験によってその熱伝導率を前もって知る必要がある。Materials S fence) J Volume 17 (1982) No. 101 It is introduced on page 2. However, the method is limited by the thermal conductivity of the test material. It is effective only when the quality is very high. Heat loss is more than heat transfer across the contact area Therefore, when testing materials with low thermal conductivity, the sensitivity will be poor, and metals will be Even when testing, it is necessary to make corrections to provide thermal conductivity; In order to do this, it is necessary to know its thermal conductivity in advance through another experiment.

温度抵抗の代わりに、導電性インデンターと金属サンプルとの間の電気抵抗を測 定した場合、これらの問題点が解決されるものと思える。全電流が接触領域を流 れるのを確実にするのは容易なことであり、金属の電気抵抗率は、インデンター 物質のものよりがなり小さい場合であっても前もって知らなくてもよ(1゜抵抗 率ρ4.ρ2する時、前記固体間の電気抵抗は (ρ1+ρ2)/4r(3) に等しくなる。従ってρ1 〉〉ρ2である時、抵抗はρ、/4rとなるため、 前記2つの固体のうちの一方の抵抗率のみを調べればよいこととなる。Instead of temperature resistance, measure the electrical resistance between the conductive indenter and the metal sample. It seems that these problems will be resolved if this is established. The entire current flows through the contact area. It is easy to ensure that the electrical resistivity of the metal Even if it is much smaller than that of the material, you do not need to know it in advance (1° resistance Rate ρ4. When ρ2, the electrical resistance between the solids is (ρ1+ρ2)/4r(3) is equal to Therefore, when ρ1〉〉ρ2, the resistance becomes ρ, /4r, so It is only necessary to examine the resistivity of one of the two solids.

接触領域を測定するために電気的測定を用いる上での問題点は、温度測定に競べ て酸化物層やその他の表面汚染物によって一層影響されやすいということである 。さらに、どちらの場合にも、実際の接触領域が顕微鏡で観察した場合の見掛は 領域、すなわち巨視的圧痕形成領域に近接するという保証はない。しがしながら 、場合によっては、エフ・ピー・ボーデン(F、P、Bovden )およびデ ィー・ティ“バー・(D 、 T abor)著、オックスフォード・ユニバー シティ・プレス1950年発行の「固体の摩擦と潤滑パー) 1 (The F r1ctlon and Lubrica、tion of’ 5o11ds  、Part I ) Jの第28頁に記載されているように、2つの固体導電体 間に密接した電気接触を達成することは可能であると思われる。硬質導電性物質 から成るインデンターと多数の金属との間の電気的接触抵抗を調べた結果、イン デンターとしてシリコンカーバイドのような硬質半導電性物質を使用することに よって、効果的な硬度測定が可能であるということがわかった。シリコンカーバ イドは、モーズ硬度によるとダイヤモンドの次に硬い物質であって半導体であり 、その抵抗率は、金属の抵抗率よりかなり高いが、抵抗測定困難となる程高くは ない。The problem with using electrical measurements to measure contact area is that they cannot compete with temperature measurements. oxide layers and other surface contaminants. . Furthermore, in both cases, the actual contact area has a microscopic appearance of There is no guarantee of proximity to the area, i.e. the area of macroscopic impression formation. While I'm struggling , in some cases, F.P. Bovden (F.P. Bovden) and De. Written by T. Abor, Oxford University “Friction and Lubrication of Solids” published by City Press in 1950, Volume 1 (The F r1ctlon and Lubrica, tion of’ 5o11ds , Part I) J, page 28, two solid conductors It appears possible to achieve close electrical contact between the two. hard conductive material As a result of investigating the electrical contact resistance between an indenter made of The use of hard semiconducting materials such as silicon carbide as dental implants Therefore, it was found that effective hardness measurement is possible. silicone carver According to the Mohs hardness, id is the second hardest substance after diamond and is a semiconductor. , its resistivity is considerably higher than that of metals, but not so high that resistance measurement becomes difficult. do not have.

故に、本発明は、導電性インデンターと導電性サンプルとの間の電気抵抗を測定 することによって任意物質の硬度を測定する方法であって、前記インデンターが 硬質半導電性物質、例えばシリコンカーバイドから成る方法にある。前記インデ ンターはその熱伝導率が温度と略無関係となるような組成であるのが好ましい。Therefore, the present invention measures the electrical resistance between a conductive indenter and a conductive sample. A method for measuring the hardness of an arbitrary substance by The method consists of a hard semiconducting material, such as silicon carbide. The above index Preferably, the center has a composition such that its thermal conductivity is substantially independent of temperature.

さらに、従来の硬度試験機に使用できるように、前記インデンターの外形はヴイ ッカーズの尖塔形ダイヤモンドインデンターと同じものが好ましい。このように して、ヴイツカーズ硬度目盛と比べてキャリブレーションが容易となるという大 きな利点をもたらす。In addition, the indenter has a contoured shape so that it can be used in conventional hardness testers. Preferably, it is the same as the spire-shaped diamond indenter of Kars. in this way The major advantage of this is that it is easier to calibrate than the Witzkers hardness scale. bring significant benefits.

さらに、硬度試験を行なう際、接触抵抗の再現性を改善するため、前記インデン ターと前記物質との間の接触部に放電することから成る試験前操作を行なうのが 好ましい。Furthermore, in order to improve the reproducibility of contact resistance when conducting hardness tests, A pre-test operation consisting of discharging the contact between the material and the material shall be carried out. preferable.

次に、図面を参照しながら本発明を説明する。Next, the present invention will be explained with reference to the drawings.

第1図は、インデンターに使用するシリコンカーバイドに関する対温度電気抵抗 率を示す。さらに、「応用物理学ジャーナル(J、 Appl 、 Phys  、 ) J第50巻(1979年)第5790頁に記載されているようにブルゲ マイスター(B urgemeistr)らによって測定されたサンプルのうち の2つに関するデータを示す。Figure 1 shows the electrical resistance versus temperature of silicon carbide used in indenters. Show rate. Furthermore, “Journal of Applied Physics (J, Appl, Phys. , ) As described in J Vol. 50 (1979), p. 5790, Bourguet Of the samples measured by Burgemeistr et al. The following shows data regarding two of the following.

第2図は、コンデンサーの放電前および放電後における、インデンターとスチー ルサンプルとの間の電気抵抗と電圧との関係を示す。荷重は0.2kgであり、 +、−は抵抗測定時におけるシリコンカーバイドの極性を示す。Figure 2 shows the indenter and steel before and after discharging the capacitor. shows the relationship between electrical resistance and voltage between the sample and the sample. The load is 0.2 kg, + and - indicate the polarity of silicon carbide during resistance measurement.

第3図は、各種サンプルに関して、コンデンサーに対する電圧の作用として15 nFのコンデンサーが放電した後の電気抵抗を示す。荷重は1.0kgである。Figure 3 shows the effect of voltage on the capacitor at 15 for various samples. It shows the electrical resistance after a nF capacitor is discharged. The load is 1.0 kg.

第4図は、典型的なスチールサンプルに関して、コンデンサーの放電前および放 電後における電気抵抗と圧痕の対角線測定値の逆数との関係を示す。Figure 4 shows the capacitor before and after discharge for a typical steel sample. The relationship between the electrical resistance after electric current and the reciprocal of the diagonal measurement value of the indentation is shown.

第5図は、研究対象となったすべてのサンプルに関して、0.2kgと10社と の間の荷重についての電気抵抗と前記対角線の逆数との関係を示す。Figure 5 shows 0.2 kg and 10 companies for all the samples studied. The relationship between the electrical resistance and the reciprocal of the diagonal line for loads between is shown.

第6図は、各種金属に関して、抵抗測定値がら測定された硬度と従来のヴイッヵ ーズ硬度との比較を示す。荷重は1.0kgである。Figure 6 shows the hardness measured from resistance measurements and conventional Vickers for various metals. Comparison with the case hardness is shown. The load is 1.0 kg.

第7図は、金属でコーティングしたパースペックス(P erspex)および CR−39における圧痕に関して、相対的硬度(抵抗の二乗に比例する)と時間 との関係を示す。Figure 7 shows Perspex coated with metal and Relative hardness (proportional to the square of resistance) and time for indentation in CR-39 Indicates the relationship between

実験は、ツウイック(Z vlck)硬度試験機の23.2A型を使って行なわ れた。この試験機は、通常、10kgまでの荷重を使ったヴイッカーズ硬度試験 を行なうために使用されるものである。電気的測定にあっては、インデンターと 金属製試験サンプルとに導線が取り付けられ、後者は前記試験機の残部から電気 的絶縁された。The experiment was conducted using a Zwick hardness tester model 23.2A. It was. This testing machine typically performs Vickers hardness tests using loads up to 10 kg. It is used to carry out. For electrical measurements, indenters and A conductor is attached to the metal test sample and the latter receives electricity from the rest of the test machine. isolated.

ヴイッカーズ硬度試験では、インデンターは対面角1366のダイヤモンドピラ ミッドから成る。この実験においては、前記ダイヤモンドインデンターは、当初 米国標準局によって棒状物として供給された加熱プレス・高密度シリコンカーバ イドによって代替された。このインデンターは、標準的ヴイッカーズ形状、また は、60″の半角を有する円錐形であった。その結果はすべてのインデンターに 関して質的に同様なものであったが、ここに示すデータは、シリコンカーバイド 製の特定の棒状物から成りよく磨かれた面を有する前記標準的ピラミッド形状の 1つについてのものである。前記インデンターに関するすべての測定は300’ にで行なわれた。In the Vickers hardness test, the indenter is a diamond pillar with a facing angle of 1366 mm. Consists of mid. In this experiment, the diamond indenter was initially Heat-pressed high-density silicone carver supplied as bars by the National Bureau of Standards replaced by id. This indenter is available in standard Vickers shape or was a conical shape with a half-width of 60". The result is that for all indenters The data presented here are qualitatively similar for silicon carbide. The standard pyramid shape is made of a specific bar made of wood and has a well polished surface. It's about one thing. All measurements on the indenter are 300' It was held in

前記インデンターと金属製試験サンプルとの間の電気抵抗は、マルチレインジデ ジタル電圧計を用いて様々な電流値についての電圧降下を観察することによって 測定された。唯一重要な電圧変化は前記2つの材料間の接触部に生じるというこ とが立証された。後述するように、前記接触部にコンデンサーの放電が行なわれ た。The electrical resistance between the indenter and the metal test sample is By observing the voltage drop for various current values using a digital voltmeter Measured. The only significant voltage change occurs at the contact between the two materials. was proven. As will be described later, the capacitor is discharged at the contact point. Ta.

表1は、ダイヤモンドインデンターによって測定されたヴイッカーズ硬度番号を 用いて研究された試験サンプルを示す。通常の硬さ試験のように、これらの試験 サンプルの表面は磨かれて油分を除去されたが、特別な洗浄は必要としなかった 。Table 1 shows the Vickers hardness numbers measured by a diamond indenter. The test samples studied using These tests, like normal hardness tests The surface of the sample was polished to remove oil, but no special cleaning was required. .

前述のように、前記インデンターの抵抗率ρは、試験される金属の抵抗率よりか なり大きいのが好ましい。第1図は、矩形棒状体による4個所接触技術を用いて 得られた300’Kから450’Kまでの範囲についての抵抗率ρを示す。30 0’にでの抵抗率は0.37オームメードルであり、一方、金属および金属合金 は1〇−自オームメートルから104オームメートルである。このように、必要 とされる条件は容易に満足される。As mentioned above, the resistivity ρ of the indenter is much smaller than the resistivity of the metal being tested. It is preferable that it be large. Figure 1 shows a method using a four-point contact technique using a rectangular rod-shaped body. The obtained resistivity ρ in the range from 300'K to 450'K is shown. 30 The resistivity at 0' is 0.37 ohm, while metals and metal alloys is 10-self ohm-meter to 104 ohm-meter. In this way, you need This condition is easily satisfied.

さらに、第1図は、ブルゲマイスター(B urgemeister)らによっ て研究された2つの水晶サンプルに関する対温度抵抗率変化を示す。加熱プレス されたシリコンカーバイドに関する抵抗率の負温度係数−(dρ/dT)/ρは 、水晶サンプルN+14のものより小さいが、6.9×10−″”K″1という 比較的高い値を有する。しかしながら、水晶サンプルNα1はほぼ零の温度係数 を有し、その抵抗率は依然として金属のものより数桁大きなものである。従って 、ブルゲマイスターのサンプルNo 1に類似した材料から成るインデンターは 、事実上温度と無関係であるという重要な利点を有する。Furthermore, FIG. Figure 2 shows the resistivity change versus temperature for two quartz samples studied in this study. heating press The negative temperature coefficient of resistivity - (dρ/dT)/ρ for silicon carbide is , which is smaller than that of crystal sample N+14, is 6.9×10−″K″1. It has a relatively high value. However, the crystal sample Nα1 has a temperature coefficient of almost zero. , and its resistivity is still several orders of magnitude greater than that of metals. Therefore , an indenter made of material similar to Burgemeister sample No. 1 is , has the important advantage of being virtually independent of temperature.

半導体の抵抗率は高すぎてはならず、さもなくば、半導体整流器において経験し たもののような障壁問題に遭遇する可能性がある。望ましくは、半導体インデン ターの抵抗率は導電性サンプルの抵抗率の少なくとも100倍であるが、100 オームメートル以下であるのが好ましい。The resistivity of the semiconductor must not be too high, otherwise the resistance experienced in semiconductor rectifiers will You may encounter barrier issues such as: Preferably, semiconductor inden The resistivity of the conductive sample is at least 100 times that of the conductive sample, but Preferably it is less than or equal to ohmmeter.

第2図の下方曲線は、広範囲の電圧について測定した接触抵抗の典型的な変化を 示す。そのはっきりした特徴は: (1)金属に対して対してインデンターが陽性であるか陰性であるかによる抵抗 差は小さい;(11)低電圧において極性による抵抗の増加または減少がある; (ill)高電圧において実質的な減少がある。The lower curve in Figure 2 shows the typical change in contact resistance measured over a wide range of voltages. show. Its distinct characteristics are: (1) Resistance based on whether the indenter is positive or negative for metals The difference is small; (11) there is an increase or decrease in resistance depending on polarity at low voltages; (ill) There is a substantial reduction at high voltages.

第2図はインデンターに0.2kgの荷重を加えた状態におけるスチール製サン プルに関するものであるが、試験金属または荷重がいかなるものであってでも、 平坦域は1’OmVの電位差における測定値を含むということ力(わかった。こ のため、常時この電圧値によって測定が行なわれた。極性に関する影響を含む低 電圧における変化は界面障壁作用を示し、高温度における傾向はジュール熱によ る。Figure 2 shows a steel sunglass with a load of 0.2 kg applied to the indenter. Regarding pull, no matter what the test metal or load is, The plateau includes measurements at a potential difference of 1'OmV. Therefore, measurements were always performed using this voltage value. Low including polarity effects Changes in voltage indicate interfacial barrier effects, and trends at high temperatures are due to Joule heating. Ru.

一定荷重における抵抗値は、当初、特に再生可能であるとは思われていなかった 。しかしながら、荷重を加えながら電流のスイッチを入れたり切ったりした後、 より変化の少ない結果が得られることがわかった。このようにして、接触部に対 するコンデンサーの放電効果の究明がなされ、を効な試験前操作の開発がなされ た。第2図の下方曲線は100vに充電された15nFのコンデンサーの放電の 後得られたものである。この放電の後、抵抗は、より小さくより再生可能となり 、試験サンプル1こ対するインデンターの極性によって左右されなくなった。The resistance value at constant load was not initially thought to be particularly reproducible. . However, after switching the current on and off while applying a load, It was found that results with less variation were obtained. In this way, the The discharge effect of capacitors has been investigated, and effective pre-test operations have been developed. Ta. The lower curve in Figure 2 shows the discharge of a 15nF capacitor charged to 100V. This was obtained later. After this discharge, the resistance becomes smaller and more renewable. , no longer depended on the polarity of the indenter for one test sample.

強調しなければならないのは、前記族2電のエネルギーはわずか約・100ジユ ールであり、面間土間における接着が生じないということである。インデンター も金属も入念な洗浄を施されてなかったため、放電は表面における汚染物を除去 するのに効果があると思える。It must be emphasized that the energy of the group 2 electricity is only about 100 joules. This means that there will be no adhesion between the two surfaces. indenter The electrical discharge was effective in removing contaminants from the surface, as both the metal and the metal had not been thoroughly cleaned. I think it is effective to do so.

第3図は、前記15nFのコンデンサーの電圧が増加するのにつれて種々のサン プルに関する接触抵抗がいかに低下したかを示す。金サンプル(G1)に関して はほとんどまたは全熱変化がなかったが、その他のサンプルに関しては重要な影 響があった。コンデンサーの電圧が100Vに達した後には抵抗の減少はほとん ど進行しなかった。このようにして、この電圧におけるコンデンサーからの放電 は標準的な試験前操作として採用された。FIG. 3 shows various samples as the voltage on the 15 nF capacitor increases. It shows how the contact resistance for pull has decreased. Regarding gold sample (G1) had little or no total heat change, but significant effects for other samples. There was a sound. After the capacitor voltage reaches 100V, the resistance decreases very little. It didn't progress. In this way, the discharge from the capacitor at this voltage was adopted as a standard pretest manipulation.

もちろん、15nFのキャパシタンスが他のもものより好いという理由はないが 、放電の適正化についてのより一層の研究が可能であろう。Of course, there is no reason why 15nF capacitance is better than anything else. , further research on optimization of discharge will be possible.

半径rの平面円形接触の抵抗は1/rに比例することがわかった。しかしながら 、インデンターとサンプルとの間の接触は方形であって非平面状である。それに もかかわらず、依然として、我々は、抵抗が圧痕の直線寸法に逆比例することを 期待し、顕微鏡で測定した対角線のひ長さくd)をパラメーターとする。もぢろ ん、H−1,8544L/d ・・・(1)の関係におけるヴイッカーズ硬度H vの定義に使用されるのはこの数量である。これは、ヴイッカーズ硬度が尖塔状 接触面積に対する荷重比率であることを示す。硬度値は通常)cg/a+m2で 表わされる。It has been found that the resistance of a planar circular contact of radius r is proportional to 1/r. however , the contact between the indenter and the sample is square and non-planar. in addition Nevertheless, we still know that the resistance is inversely proportional to the linear dimension of the indentation. The expected diagonal length d) measured with a microscope is taken as a parameter. Mojiro H-1,8544L/d... Vickers hardness H in the relationship of (1) It is this quantity that is used to define v. This is because the Vickers hardness is spire-shaped. Indicates the load ratio to the contact area. Hardness value is usually) cg/a+m2 expressed.

異なった荷重およびサンプルに関しすべての接触部間に幾何学的類似性があるな らば、抵抗Rは1/dに比例すると思われる。従って、第4図において、典型的 なスチールサンプルに関するRと1/dとの関係を示す。試験前操作の前の段階 においては分散した結果が得られたが、試験前操作の後の段階においては原点を 通る直線にかなり接近した結果が得られた。適当な試験手順が採られた場合、接 触抵抗は圧痕を横切る対角線の長さに逆比例するものと思われる。There is geometric similarity between all contact parts for different loads and samples. If so, the resistance R is considered to be proportional to 1/d. Therefore, in Figure 4, a typical The relationship between R and 1/d for a steel sample is shown. Steps before pre-test operations The results obtained were dispersed, but the origin was not found at the stage after the pre-test operation. The result was very close to a straight line. If appropriate test procedures are taken, The contact resistance appears to be inversely proportional to the length of the diagonal line across the indentation.

第5図は、表1に列挙された全サンプルに0.2kgと10kgとの間の荷重を かけた場合のRと1/dとの関係を示す。0.083オ一ムメートルの傾斜の単 一直線は、10%以下の標準的偏差ですべてのデータを満足させる。Figure 5 shows that all samples listed in Table 1 are subjected to loads between 0.2 kg and 10 kg. The relationship between R and 1/d when multiplied by 0.083 ohm meter slope unit A straight line satisfies all data with a standard deviation of less than 10%.

この傾斜はインデンタ一定数(C)と呼ばれる。接触抵抗測定値は、一定の荷重 における圧痕の対角線の長さ、従って、金属の硬さを予示するのに使用可能であ る。This slope is called the indenter constant (C). Contact resistance measurements are based on constant load The diagonal length of the indentation at Ru.

上述のインデンタ一定数(C)を認識した上で、前記抵抗測定値からめられる硬 度は、 H−1,8544・R2L/C・・・(1)である。After recognizing the above-mentioned indenter constant (C), the hardness determined from the resistance measurement value is The degree is H-1,8544・R2L/C (1).

ヴイッカーズ硬度が荷重によって左右されべきだという理由はないが、荷重によ る影響があるといけないので、第6図において、表1に示した9つのサンプルに ・1 kgの荷重をかけた場合におけるHRとヴイツカーズ硬度との関係を示す 。第6図における破線は HR−Hvを示し、実験結果はこの条件に密接に対応 することが明らかである。大変に柔かな金サンプルに関する最大差は、圧痕がイ ンデンターの幅と類似する幅に達したという事実によるものであろう。There is no reason why Vickers hardness should be dependent on load; Therefore, in Figure 6, the nine samples shown in Table 1 are ・Shows the relationship between HR and Witzkers hardness when a load of 1 kg is applied . The dashed line in Figure 6 indicates HR-Hv, and the experimental results closely correspond to this condition. It is clear that The largest difference for very soft gold samples is that the indentation is This may be due to the fact that it reached a width similar to that of the center.

もちろん、前述の硬度試験方法は、良好な導電体にのみ適するものである。しか しながら、前記方法は、導電性物質で被覆された絶縁物にも適用可能であること がわかった。従って、このことは、この方法によってセラミックおよびガラスに ついての微小硬度試験が可能となり、粘弾性物質について荷重下における連続し た時間的硬度測定が可能となるという意義をもたらす。Of course, the hardness test method described above is only suitable for good electrical conductors. deer However, the method is also applicable to insulators coated with conductive materials. I understand. Therefore, this means that ceramics and glasses can be Microhardness testing of viscoelastic substances under continuous load is now possible. This has the significance of making it possible to measure hardness over time.

金で被覆されたパースペックス(メタクリル酸ポリメチル)およびCR−39( 炭酸ジアリルジグリコール)サンプルについていくつかの予備試験が行なわれた 。不変荷重下での抵抗の時間的変化を示す継続チャート記録は、第7図で示すよ うに相対的硬度値(一定荷重下でのR2に比例する)を計算するのに使用された 。金の抵抗は時間によって左右されるが、CR−39およびパースペックスに間 しては一定した数値に接近するまでには数分要するとうことがわかった。明らか に、これらの物質の時間によって左右される機械的特性に間する重要な情報は、 光学顕微鏡による方法に比べてより短い時間で、比較的簡単な技術によって得る ことができる。Gold-coated Perspex (polymethyl methacrylate) and CR-39 ( Some preliminary tests were carried out on the (diallyl diglycol carbonate) samples. . A continuous chart record showing the change in resistance over time under a constant load is shown in Figure 7. sea urchin was used to calculate the relative hardness value (proportional to R2 under constant load) . The resistance of gold is time dependent, but is similar to CR-39 and Perspex. It turns out that it takes several minutes for the value to approach a constant value. clear Important information regarding the time-dependent mechanical properties of these materials is obtained by a relatively simple technique in a shorter time compared to optical microscopy methods be able to.

接触部が平面的円形であるならば、インデンタ一定数(C)はρ/2に等しくな り、この場合(d)は円形の直径ということになり、2つの表面はすべての点に おいて接触すると仮定される(アール、ホルム(R,Ho1m )著、ニューヨ ークのスブリンゲル・ベルラーグ(S pringer−V erlag )社 1967年発行の「電気接触の理論とと応用(E Ieetric Conta cts 、T heory and A pplications ) J第4 版参照。実際上、我々はインデンタ一定数がp/2より幾分大きいと思う。とい うのは、対角線dの方形は直径dの円より面積が小さく、圧痕内の尖塔部分に関 連する余分な抵抗があるからである。インデンタ一定数は2つの表面間接触部に おける欠陥によってさらに大きくなる。事実、インデンタ一定数に間する測定値 は、p/2が0.185オ一ムメートルであるにもかかわらず0.083オ一ム メートルに過ぎない。この誤差について考えられる唯一の原因は、インデンター の先端に近いシリコンカーバイドの抵抗率はインデンターに切断される矩形棒状 に関する測定値より小さい抵抗率でなければならないということであろう。前記 棒状物は、顕微鏡規模ではかなり均一だということがわかったが、微視的には異 質なものかも知れない。シリコンカーバイトを再研磨した詩興なったインデンタ 一定数が得られたということがその証拠である。それはともあれ、インデンタ一 定数は明らかに予想値と同一の桁であり、2つの表面は少なくとも試験前操作後 において互いに電気的に密接しなければならない旨示唆している。If the contact part is circular in plan, the indenter constant (C) is equal to ρ/2. In this case, (d) is the diameter of the circle, and the two surfaces are (R, Holm), New York Springer-Verlag (Springer-Verlag) "Theory and Applications of Electrical Contact" published in 1967. cts, T theory and A applications) J 4th See edition. In practice, we think that the indenter constant is somewhat larger than p/2. Toi This is because the square with diagonal line d has a smaller area than the circle with diameter d, and the area of the square with diagonal line d is smaller than that of the spire part within the indentation. This is because there is extra resistance involved. A constant number of indenters is applied to the contact between two surfaces. This is further exacerbated by defects in the In fact, the measured value between a constant number of indenters is 0.083 ohm even though p/2 is 0.185 ohm It's just a meter. The only possible cause for this error is the indentation The silicon carbide resistivity near the tip of the rectangular bar is cut into an indenter. This would mean that the resistivity would have to be less than the measured value for . Said The rods were found to be fairly uniform on a microscopic scale, but microscopically different. It may be of high quality. Indenter made of re-polished silicon carbide The proof is that a certain number has been obtained. In any case, the indenter The constants are clearly of the same order of magnitude as the expected values, and the two surfaces are at least as good as after the pre-test manipulation. This suggests that they must be electrically close to each other.

今や電気抵抗測定に基づく硬度試験は実行可能であるように思える。このような 試験は実験室または現場で迅速に行ない得るであろう。硬度試験が荷重をかけた 状態で行なわれることは明らかな利点である。というのは、これは、荷重を除去 した後しばしば復帰4・伴う圧痕の形状の変化による問題点を除去するからであ る。さらに、特定の荷重ではなく特定の侵入深さくすなわち、前もってセットさ れた最少接触抵抗によって定められた制御接触面積)に関する試験を行なうのは 簡単であり、その結果、より再生可能な結果が得られることとなる。前記試験技 術は付属部品を取り付けることによって既存の圧痕式硬度試験記に適用可能であ り、ヴイッカーズの尖塔形状を保持することによりキャリブレーションが大変簡 単となる。粘弾性物質について連続した測定が行なえるということは本発明によ る技術の最も魅力的な特徴である。Hardness tests based on electrical resistance measurements now seem feasible. like this Testing could be done quickly in the laboratory or in the field. Hardness test loaded Being done in-state is a clear advantage. Because this removes the load This is because it eliminates problems caused by changes in the shape of the indentation that often occur after recovery 4. Ru. Additionally, a specific penetration depth rather than a specific load, i.e. a preset The control contact area determined by the minimum contact resistance It is simple and results in more reproducible results. The above test technique The technique can be applied to existing indentation hardness testers by attaching accessories. By maintaining the Vickers spire shape, calibration is greatly simplified. It becomes simple. The fact that continuous measurements can be performed on viscoelastic substances is an advantage of the present invention. This is the most attractive feature of the technology.

表1 測定に使用されたサンプル C1銅 88 B1 真ちゅう 131 A1 アルミニウム 140 S1 スチール 148 S2 スチール 330 83 スチール 594 S4 スチール 654 S5 スチール 718 F/θ、l 手続補正書(方式) 昭和62年述ヤ4BTable 1 Samples used for measurement C1 copper 88 B1 Brass 131 A1 Aluminum 140 S1 Steel 148 S2 Steel 330 83 Steel 594 S4 Steel 654 S5 Steel 718 F/θ, l Procedural amendment (formality) 1986 4B

Claims (1)

【特許請求の範囲】 〔1〕インデンターと導電性サンプルとの間の電気抵抗を測定することによって 物質の硬度を測定する方法において、前記サンプルは前記物質または該物質の被 覆物であり、前記インデンターは硬質半導電性物質から成ることを特徴とする方 法。 〔2〕前記インデンターと前記サンプルとの間の接触部に少なくとも1回放電し た後、前記インデンターと前記サンプルとの間の電気抵抗を測定することを特徴 とする請求の範囲第1項記載の方法。 〔3〕前記接触抵抗を測定する前に複数サイクルの前記放電が行なわれることを 特徴とする請求の範囲第2項記載の方法。 〔4〕前記硬質半導電性物質がシリコンカーバイドであることを特徴とする請求 の範囲第1項から第3項までのいずれか1項記載の方法。 〔5〕前記サンプルが金属であることを特徴とする請求の範囲第1項から第4項 までのいずれか1項記載の方法。 〔6〕前記物質が電気絶縁物であり、前記サンプルが該物質の被覆物であること を特徴とする請求の範囲第1項から第5項までのいずれか1項記載の方法。 〔7〕前記インデンターが前記サンプルに所定深さだけ侵入した後、前記電気接 触抵抗の測定が行なわれることを特徴とする請求の範囲第1項から第6項までの いずれか1項記載の方法。 〔8〕前記インデンターは一定荷重下で前記サンプルと接することを特徴とする 請求の範囲第1項から第5項までのいずれか1項記載の方法。 〔9〕標準温度におけるまた該標準温度付近における前記インデンターの抵抗率 は実質的に温度と無関係であることを特徴とする請求の範囲第1項から第8項ま でのいずれか1項記載の方法。 〔10〕前記インデンターの抵抗率は導電性サンプルの抵抗率の少なくとも10 0倍であることを特徴とする請求の範囲第1項から第9項までのいずれか1項記 載の方法。 〔11〕前記インデンターの抵抗率は100オームメートル以下であることを特 徴とする請求の範囲第10項記載の方法。[Claims] [1] By measuring the electrical resistance between the indenter and the conductive sample In the method of measuring the hardness of a substance, the sample is made of the substance or a coating of the substance. a covering, wherein the indenter is made of a hard semiconductive material. Law. [2] Discharge the contact portion between the indenter and the sample at least once. and then measuring the electrical resistance between the indenter and the sample. The method according to claim 1. [3] Ensure that multiple cycles of the discharge are performed before measuring the contact resistance. A method according to claim 2, characterized in that: [4] A claim characterized in that the hard semiconductive substance is silicon carbide. The method according to any one of the ranges 1 to 3. [5] Claims 1 to 4, wherein the sample is metal. The method described in any one of the above. [6] The substance is an electrical insulator, and the sample is a coating of the substance. A method according to any one of claims 1 to 5, characterized in that: [7] After the indenter penetrates the sample to a predetermined depth, the electrical connection Claims 1 to 6, characterized in that contact resistance is measured. The method described in any one of the above. [8] The indenter is characterized in that it comes into contact with the sample under a constant load. A method according to any one of claims 1 to 5. [9] Resistivity of the indenter at standard temperature or near the standard temperature is substantially independent of temperature. The method described in any one of the above. [10] The resistivity of the indenter is at least 10 of the resistivity of the conductive sample. Any one of claims 1 to 9, characterized in that it is 0 times How to put it on. [11] The resistivity of the indenter is 100 ohm or less. 11. The method according to claim 10, wherein the method comprises:
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