板材抗划伤性能的测试方法

技术领域

本发明涉及板材性能检测技术领域，特别是涉及一种板材抗划伤性能的测试方法。

背景技术

随着材料科学的发展，出现了多种板材，如普通玻璃、微晶玻璃、陶瓷、金属、高分子塑料、木材等，在板材的实际使用过程中常常因受到外力的作用而产生划伤，导致板材表面粗糙、光洁度下降，将严重影响其在使用过程的使用效果，对板材的耐划伤性及其测试方法都提出了更高的要求。

然而，传统板材耐划伤能测试方法中，一般采用硬度计压头在板材表面产生相应的压痕，并通过测量压痕的对角线长度来计算板材的硬度值，依据表面硬度来判断板材的耐划伤能力。利用板材的表面硬度来评价板材的抗划伤性能忽略了划伤的产生过程，无法全面的评估板材的抗划伤能力。而其他测试方法中，采用划痕设备对板材进行划伤后，再对划痕进行单点测量不仅测试过程繁琐，且测试结果准确性差，不能精确反映板材的耐划伤性能。

发明内容

基于此，有必要提供一种测量过程简捷，测量结果精确的用于评价板材抗划伤性能的测试方法。

本发明提供一种板材抗划伤性能的测试方法，包括以下步骤：

固定待测试板材；

利用具有尖端的压头以恒定的压力或连续递增的压力对所述待测试板材的表面进行刻划预设长度的划痕，并实时监测所述压头压入所述待测试板材内部的深度变化数据；

根据所述深度变化数据计算所述待测试板材上的划痕的平均深度值或平均宽度值。

在其中一个实施例中，当所述压头以恒定的压力对所述待测试板材的表面进行刻划预设长度的划痕时，划痕的预设长度为l

记录划痕形成过程中刻划距离l及与之对应的划痕深度h，得到h-l曲线；

根据h-l曲线进行积分处理，得到所述划痕的平均深度

在其中一个实施例中，还包括步骤：根据所述划痕的平均深度

在其中一个实施例中，所述压头的尖端呈圆锥状，所述压头的尖端的锥角为2θ，依据所述压头几何关系可得到所述划痕的平均宽度

在其中一个实施例中，还包括步骤：

根据所述划痕的平均宽度

在其中一个实施例中，当所述压头以连续递增的压力f对所述待测试板材的表面进行刻划预设长度的划痕时，所述划痕起始位置的起始压力为f

记录划痕形成过程中连续递增的压力f及与之对应的划痕深度h，得到h-f曲线；

根据h-f曲线进行积分处理，得到所述划痕的平均深度

在其中一个实施例中，还包括步骤：根据所述划痕的平均深度

在其中一个实施例中，所述压头的尖端呈圆锥状，所述压头的尖端的锥角为2θ，依据所述压头几何关系可得到所述划痕的平均宽度值

在其中一个实施例中，还包括步骤：根据所述划痕的平均宽度

在其中一个实施例中,压头的尖端的锥角的范围为60°-140°，即30°≤θ≤70°。

在其中一个实施例中，在所述利用具有尖端的压头以恒定的压力或连续递增的压力对所述待测试板材的表面进行刻划预设长度的划痕的步骤中，所述压头向待测试板材施加力的方向与所述待测试板材的刻划划痕的面垂直。

在其中一个实施例中，所述连续递增的压力f的取值范围为0.1N-100N；所述连续递增的压力f的加载速度的取值范围为6N/min-60N/min。

上述板材抗划伤性能的测试方法，将待测试板材固定，利用具有尖端的压头以恒定力或连续递增的压力对待测试板材的表面进行刻划预设长度的划痕，并实时监测压头压入待测试板材内部的深度变化数据，根据深度变化数据计算待测试板材上的划痕的平均深度值或平均宽度值，从而可以根据划痕的平均深度值或平均宽度值评估待测试板材的抗划伤性能。本测试方法在对板材刻划划痕的同时对划痕深度值进行测量，在划痕刻划完成后即可输出测试结果，测试过程便捷且符合实际的划伤情况，测试结果可以更精确地精确体现待测试板材的耐划伤性能。

附图说明

图1为本发明一实施方式中用于测试板材抗划伤性能的测试装置的结构示意图；

图2为本发明板材抗划伤性能的测试方法的一实施方式的步骤流程图；

图3为本发明板材抗划伤性能的测试方法的另一实施方式的步骤流程图；

图4为本发明板材抗划伤性能的测试方法的又一实施方式的步骤流程图。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似改进，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“上”、“下”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。

结合图1所示，图1示出了本发明一实施方式中用于测试板材耐划伤性能的测试装置的结构示意图，该测试装置包括载料台200和第一位移装置300，其中，载料台200上用于固定承载待测试板材100，第一位移装置300水平设置在载料台200上，并能相对载料台200平移运动。第一位移装置300上设置有加载机构310以及与加载机构310相连接的压头320，加载机构310用于向压头320施加压力，使得压头320抵压载料台200上的待测试板材100，从而在第一位移装置300带动加载机构310平移运动时，压头320将对待测试板材100进行刻划。该测试装置还包括第一位移传感器330和第二位移传感器340，其中，第一位移传感器330用于检测压头320在待测试板材100上划痕刻划的距离，即形成划痕的长度，第二位移传感器340用于检测压头压入待测试板材100的深度，即检测划痕的深度。

在一些实施方式中，第一位移传感器330和第二位移传感器340均与压头320固定连接。这样使得压头320与其上的传感器的运动相一致，以提高测量精度。

结合图2所示，图2示出了本发明板材抗划伤性能的测试方法的一实施方式的步骤流程，该板材抗划伤性能的测试方法，包括以下步骤:

步骤S102，固定待测试板材100。

具体地,待测试板材100置于载料台200上，并与载料台200相固定，可理解地，通过将待测试板材与载料台200相固定，待测试板材100与载料台200的台面相贴合，从而得到载料台较好的支撑，以防止待测试板材100在刻划过程中偏移、翘曲等造成测试结果不准确。需要说明的是，载料台200的台面外形大于待测试板材100的外形，为待测试板材100提供足够的支撑，防止板材由于支撑不足，在收到压头320施加的压力时，待测试板材100未支撑部分由于刚度不足导致碎裂。

在一些实施方式中，待测试板材100的厚度为0.1mm-1.1mm，比如0.1mm、0.5mm或1.1mm，在此，对待测试板材的厚度不做限定。

步骤S104，利用具有尖端的压头320以恒定力或连续加载力对待测试板材100的表面进行刻划预设长度的划痕，并实时监测压头320压入所述待测试板材100内部的深度变化数据。

具体地，请参阅图1及图2，通过压头320向待测试板材100施加压力，压力的方向与所述待测试板材100刻划划痕的面垂直，使压头320在所述待测试板材100表面刻划预设长度的划痕，划痕长度可通过设置在压头320上，用于检测压头320水平方向移动距离的第一位移传感器330获取，这样设置的好处是，第一位移传感器330在压头320刻划划痕的过程中始终与压头320保持相对静止，在待测试板材100表面水平方向的移动距离与压头320一致，可精确检测压头320在水平方向的移动距离。

划痕的深度可通过设置在压头320上，可检测压头320垂直于待测试板材100刻划划痕面方向位移的第二位移传感器340获取，这样设置的好处是，第二位移传感器340在刻划划痕的过程中始终与压头320保持相对静止，在垂直于待测试板材100刻划划痕面方向移动与压头320移动保持一致，可精确检测压头320在待测试板材100刻划划痕面的垂直方向的移动距离，即通过第二位移传感器340可获取压头320刻划划痕位置的深度。通过在划伤板材的过程中实时监测划痕的深度，相较于常规技术手段中在划痕产生后再在划痕上去若干采样点，本测试方法在划痕刻划完成后即可输出测试结果，测试过程便捷，且更加符合待测试板材100实际的划伤情况。

步骤S106，根据深度变化数据计算待测试板材100上的划痕的平均深度值或平均宽度值，以根据划痕的平均深度值或平均宽度值评估待测试板材100的抗划伤性能。测得待测试板材100的平均深度值或平均宽度值越小，则说明该待测试板材100的抗划伤性能越强。

结合图3所示，在一些实施方式中，当所述压头320以恒定力对所述待测试板材100的表面进行刻划预设长度为l

步骤S1062,记录划痕形成过程中刻划距离l及与之对应的划痕深度h，得到h-l曲线；

步骤S1064,根据h-l曲线进行积分处理，得到划痕的平均深度值

需要说明的是，f

该实施方式中，通过这种方式得出划痕平均深度的好处在于，相较于常规技术手段通过在划痕上去若干采样点，通过对采样点取值求均值的方法，通过积分过程中用到了划痕更多的深度取值，可在很大程度上避免采样中单个采样点的随机性对测试结果的影响，测试结果更加精确，能更客观地反映板材的耐划伤性能。

在本实施方式中，得到的划痕的平均深度值

在一些实施方式中，还可求得板材在受到恒定压力刻划时，划痕深度的方差

在一些实施方式中，压头320的尖端呈圆锥状，压头320的尖端的锥角为2θ，依据所述压头320几何关系可得到所述划痕的平均宽度值

在本实施方式中，得到的划痕的平均宽度值

在一些实施方式中，压头320的尖端的锥角的范围为60°-140°，即30°≤θ≤70°，在此锥角范围内，压头320在刻划待测试板材100时，不会因锥角过小导致待测试板材出现裂纹，也不会因锥角过大导致难以在板材上形成划痕。

在一些实施方式中，还可求得板材在受到恒定压力刻划时，划痕的宽度方差

结合图4所示，在一些实施方式中，当压头320以连续递增的压力f对所述待测试板材100的表面进行刻划预设长度的划痕时，步骤S106包括：

步骤S1063,记录划痕形成过程中连续递增的压力f及与之对应的划痕深度值h，得到h-f曲线；

步骤S1065,根据h-f曲线进行积分处理，得到所述划痕的平均深度值

需要说明的是，f

该实施方式中，通过这种方式得出划痕平均深度的好处在于，在划痕产生过程中，相较于在待测试板材上施加恒定压力的测试方法，施加在待测试板材上的压力值在持续变化更加符合板材划伤的实际受力情况。

在本实施方式中，得到的划痕的平均深度值

在一些实施方式中，还可求得板材在受到恒定压力刻划时，划痕深度的方差

在一些实施方式中，压头320的尖端呈圆锥状，所述压头320的尖端的锥角为2θ，依据所述压头320几何关系可得到所述划痕的平均宽度值

在本实施方式中，得到的划痕的平均宽度值

在一些实施方式中，还可求得板材在受到连续递增的压力刻划时，划痕的宽度方差

由于压头320的尖端呈圆锥状，相较于其他形状的压头320，尖端为圆锥形的压头320在接触待测试板材100并刻划划痕时，压头320横截面不存在易产生应力集中的区域，接触点的受力更加均匀，可避免其他形状压头320在安装方向不同时，对待测试板材100耐划伤性能测试结果的影响，在一定程度上提升板材耐划伤性能测试方法测试结果的稳定性。

在一些实施方式中，压头320的材质可根据待测试板材100的材质选择,压头320的材料硬度大于待测试板材100的表面硬度，压头320材质优选为金刚石。在其他实施方式中，压头320材质还可为硬质合金，在此，对压头320的材质不做限定。

在一些实施方式中，划痕深度还可通过超声、红外、激光等非接触式的测距方法获得。非接触式方法好处在于，可避免因压头320在刻划过程中轻微弹起或刻划产生的碎屑对深度测试的影响。

在一些实施方式中，待测试板材100的材质可以是普通玻璃、微晶玻璃、陶瓷、金属、高分子塑料或木材，在此，对待测试板材100的材质不做限定。

在一些实施方式中，载料台200设置有真空吸附装置，待测试板材100通过真空吸附的方式固定于载料台200上。

具体地，试样台开设有若干个均匀排布的吸附孔，吸附时通过在吸附孔形成负压对待测试板材100进行固定。试样台的吸附力可通过调整吸附孔中的负压来调节，以适应不同刚度和厚度的待测试板材100，当需要分离待测试板材100及试样台时，将吸附孔中负压调整为零或正压。这样设置的好处是，使得板材收到的吸附力均匀分布，防止待测试板材100在检测过程中滑动或翘曲而影响检测结果的准确性。同时，在试样台开设若干个均匀排布的吸附孔使得试样台可适配不同尺寸的待测试板材100，无需针对不同尺寸的待测试板材100分别设计夹具。

在其他实施方式中，待测试板材100与试样台还可用过粘接方式连接，如通过石蜡、UV固化胶水或无痕双面胶实现固定贴合，对待测试板材100与试样台的粘接方法在此不做限定。通过粘接方式将待测试板材100与试样台粘接，这样设置的好处在于，可避免在试样台内部设置复杂的气路，简化试样台结构。

在一些实施方式中，压力通过可控气缸或油缸施加，通过将气缸或油缸的输出方向设置为与，通过调节输出实现垂直于待测试板材100刻划划痕面方向的压力加载。通过这种施加压力的方式，可随意调节压力的大小，调节过程简单。

在其他实施方式中，还可以通过在压头320上添加砝码的方式对待测试板材100施加压力。通过这种施加压力方式，可简化测试机构的结构。

在一些实施方式中，待测试板材100的材质可以是普通玻璃、微晶玻璃、陶瓷、金属、高分子塑料或木材，在此，对待测试板材100的材质不做限定。

在一些实施方式中，连续递增的压力f的取值范围为0.1N-100N，比如0.1N、5N、25N或100N，优选0.1N-50N，比如0.5N、1N、20N或50N；连续递增的压力f的加载速度的取值范围为6N/min-60N/min，比如6N/min、15N/min、45N/min或60N/min，优选6N/min-30N/min，比如10N/min、20N/min、25N/min或30N/min。通过调整压力值范围，保证压头320可在待测试板材100表面留下连续的划痕。

在一些实施方式中，划痕起始位置的起始压力f

在一些实施方式中，刻划距离可在划痕刻划之前预设，所述刻划距离范围为50mm-200mm，比如50mm、100mm、150mm或200mm，以获得足够长的划痕，满足测试需要。划痕形成过程中，刻划速度可调，所述刻划速度范围为0.1mm/s-20mm/s,比如0.1mm/s、8mm/s、15mm/s或20mm/s，优选0.5mm/s-10mm/s，比如0.5mm/s、1mm/s、5mm/s或10mm/s，以满足不同刻划速度的测试需要。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。