一种硬质合金涂层刀片中涂层厚度的测量方法及系统与流程

本申请属于材料检测，具体为一种硬质合金涂层刀片中涂层厚度的测量方法及系统。

背景技术：

1、硬质合金涂层刀片是通过化学气相沉积（cvd）或物理气相沉积（pvd）工艺，在硬质合金基体表面沉积多层不同功能材料（如tin、ticn、al2o3等）制成的切削刀具。各涂层的厚度及其均匀性是决定刀具性能和使用寿命的关键指标，因此需要对各涂层的厚度进行精确测量。

2、目前对于硬质合金涂层刀片中涂层的厚度测量方式主要分为金相显微镜法以及扫描电子显微镜（sem）法。将刀片垂直涂层方向切割后，对截面进行研磨、抛光、腐蚀后，若采用金相显微镜下观测，由于其有效放大倍数通常为1000~1500倍，涂层总厚度通常仅为10~50μm，单层厚度甚至不足1μm，在垂直截面下，各涂层在显微镜视场中呈现为极细的线条，边界模糊，测量结果受制于显微镜分辨率和操作者主观判断，误差通常超过10%，重复性差。而sem法虽然可获得高清晰度的截面图像，精度高。但sem设备昂贵，运行和维护成本高；而且使用sem观测之前，需要极为繁琐的制备工艺，如，需要进行严格的清洗、干燥，并通常需喷镀金或碳等导电层以防止电荷积累。整个过程耗时费力，无法满足生产线快速、批量检测的需求。

3、另外，硬质合金涂层刀片表面涂层硬度高、脆性大，取样切割时若切割方式或切割角度选择不当，易引起涂层微裂纹、剥落或热损伤，进一步影响金相观测准确性。现有涂层测厚领域存在针对有机漆膜或软涂层采用斜切进行测量的一般做法，但其检测对象为较厚有机软涂层，制样对切割损伤不敏感，也未涉及微米级硬质涂层金相制样中特有的崩边、界面模糊及测量失真问题，无法直接应用于硬质合金涂层金相检测。

4、因此，急需一种测量方法，能够低成本、快速且精确地测量各个涂层的厚度。

技术实现思路

1、针对上述问题，本申请提供了一种硬质合金涂层刀片中涂层厚度的测量方法及系统。本申请的测量方法能够低成本、快速且精确地测量各个涂层的厚度。

2、根据本申请的第一方面，本申请的一种硬质合金涂层刀片中涂层厚度的测量方法，包括以下步骤：

3、s1、沿第一方向切割硬质合金涂层刀片，形成切割面，所述第一方向与所述硬质合金涂层刀片的表面的夹角为θ，10°≤θ≤40°，所述硬质合金涂层刀片的涂层通过气相沉积法形成；

4、s2、测量所述切割面中所述涂层的视觉厚度，记为d；

5、s3、计算所述硬质合金涂层刀片中所述涂层的真实厚度，记为d，d=d×sinθ，且0.5μm≤d≤50μm。

6、进一步的，在所述硬质合金涂层刀片的多个区域，改变θ值并多次切割所述硬质合金涂层刀片形成多个所述切割面；测量多个所述切割面中对应的所述涂层的所述视觉厚度，随后计算不同θ值下的所述涂层的所述真实厚度，之后计算所述真实厚度的算术平均值。

7、进一步的，在所述硬质合金涂层刀片的多个区域，固定θ值并多次切割所述硬质合金涂层刀片形成多个所述切割面，测量多个所述切割面中对应的所述涂层的所述视觉厚度，随后计算不同区域的所述涂层的所述真实厚度，之后计算所述真实厚度的算术平均值。

8、更进一步的，取相对偏差不超过10%的所述真实厚度的数值计算算术平均值。

9、进一步的，所述气相沉积法包括物理气相沉积法或化学气相沉积法。

10、进一步的，在形成所述切割面后，还对所述切割面进行研磨和抛光处理。

11、进一步的，所述测量方法的精度不低于±10%；精度=（真实厚度-标称值）÷标称值×100%。

12、根据本申请的第二方面，本申请提供一种硬质合金涂层刀片中涂层厚度的测量系统，包括：

13、刀片切割装置，用于切割硬质合金涂层刀片形成切割面；

14、角度采集模块，所述角度采集模块被配置为采集第一方向与硬质合金涂层刀片的表面的夹角，记为θ；

15、图像采集模块，所述图像采集模块被配置为采集切割面的涂层视觉厚度，记为d；

16、信息采集与计算模块，所述信息采集与计算模块被配置接受所述角度采集模块和所述图像采集模块的信息，并根据如下公式计算所述涂层的真实厚度：d=d×sinθ，d为所述涂层的真实厚度。

17、进一步的，所述刀片切割装置包括：轮盘，所述轮盘的中心设置有旋转轴，所述轮盘能以所述旋转轴为旋转中心旋转；锁止机构，所述锁止机构位于所述旋转轴上，所述锁止机构被配置为固定所述轮盘；所述轮盘的边沿设置有用于夹持硬质合金涂层刀片的夹持腔，所述夹持腔外还设置有用于切割所述硬质合金涂层刀片的切割盘，所述切割盘水平设置。

18、进一步的，所述轮盘的表面还设置有刻度标记。

19、进一步的，所述刀片切割装置还包括：基座，所述轮盘设置于所述基座上，且所述基座位于所述轮盘远离所述切割盘的一端。

20、硬质合金涂层厚度测量领域长期存在一个“技术偏见”--高精度必须依赖sem等昂贵设备。本申请的核心贡献在于打破了这一偏见，通过在常规金相显微镜上实现接近sem的测量精度，取得了“低成本与高精度兼得”这一本领域长期渴望但未能实现的技术效果；同时克服了长期存在的测量精度与测量成本之间的“技术矛盾”。本申请通过斜面几何放大的方式，在不增加设备成本的前提下大幅提升精度，实现了“鱼与熊掌兼得”。

21、本申请提出了一种硬质合金涂层刀片中涂层厚度的测量方法及系统，产生了如下有益效果：

22、1、本申请切割方向与硬质合金涂层刀片的表面的夹角为10°~40°，能放大涂层视觉厚度提升测量精度，还能避免切割过程中斜面不平整、角度偏差大、塌边或圆角等问题；

23、2、本申请无需使用sem设备以及相关的耗材（如导电镀层材料），可以显著降低成本。另外，本申请的待测样本无需复杂的导电处理，制样流程简化，单样品检测时间缩短至30分钟以内；

24、3、本申请特别适合于生产现场的质量抽检、工艺调试和批量产品的快速检验，实现了高精度检测的“平民化”。而且本申请的原理清晰，可轻易标准化，并集成到自动化检测流水线中，形成专用的快速检测系统。

1.一种硬质合金涂层刀片中涂层厚度的测量方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的硬质合金涂层刀片中涂层厚度的测量方法，其特征在于，在所述硬质合金涂层刀片的多个区域，改变θ值并多次切割所述硬质合金涂层刀片形成多个所述切割面；测量多个所述切割面中对应的所述涂层的所述视觉厚度，随后计算不同θ值下的所述涂层的所述真实厚度，之后计算所述真实厚度的算术平均值。

3.根据权利要求1所述的硬质合金涂层刀片中涂层厚度的测量方法，其特征在于，在所述硬质合金涂层刀片的多个区域，固定θ值并多次切割所述硬质合金涂层刀片形成多个所述切割面，测量多个所述切割面中对应的所述涂层的所述视觉厚度，随后计算不同区域的所述涂层的所述真实厚度，之后计算所述真实厚度的算术平均值。

4.根据权利要求1所述的硬质合金涂层刀片中涂层厚度的测量方法，其特征在于，所述测量方法的精度不低于±10%。

5.根据权利要求1所述的硬质合金涂层刀片中涂层厚度的测量方法，其特征在于，所述气相沉积法为物理气相沉积法或化学气相沉积法。

6.根据权利要求1所述的硬质合金涂层刀片中涂层厚度的测量方法，其特征在于，在形成所述切割面后，还对所述切割面进行研磨和抛光处理。

7.一种硬质合金涂层刀片中涂层厚度的测量系统，其特征在于，用于实现权利要求1~6任一项所述的硬质合金涂层刀片中涂层厚度的测量方法，包括：

8.根据权利要求7所述的硬质合金涂层刀片中涂层厚度的测量系统，其特征在于，所述刀片切割装置包括：

9.根据权利要求8所述的硬质合金涂层刀片中涂层厚度的测量系统，其特征在于，所述轮盘的表面还设置有刻度标记。

10.根据权利要求8所述的硬质合金涂层刀片中涂层厚度的测量系统，其特征在于，所述刀片切割装置还包括：