激光超声波无损检测片剂硬度方法的研究

　　1　引　言

　　目前,国内外对物体硬度的研究方法比较多。归结起来大致有五类[1]:①硬度的传统测量方法:静压试验法、划痕法、回跳法、切割法、犁槽法、磨损法等,其中以静压试验法发展最为成熟,常见的布氏、维氏、洛氏、努氏硬度法等均属这种类型。静压试验法测量硬度是将一个球、圆锥或角锥压入平面内,然后以压痕单位面积上的载荷作为硬度度量标准。缺点是不能无损和快速在线检测。②电磁法。利用电磁感应原理,用通有交变电流的探头线圈产生交变磁场,若试件置于产生的磁场中,则导体内将产生感应电动势和电流,进而引起载流线圈阻抗的变化,从而测出硬度大小。吴步宁提出了使用Fou-rier系数的均方差构成决策图,并用多频涡流的方法,对钢材硬度进行分类检测。李贵成建立了可锻铸铁磁导率级数、含碳量和硬度之间的对应关系。③巴氏噪声法。基于巴克豪森效应的磁巴克豪森噪声(MBN)和磁声发射(MAE)检测技术。彭有根等通过试验证明用巴氏噪声法检测钢铁等铁磁材料的硬度可行性;李强等利用巴克豪森噪声的强度无损测量材料的表面硬度。④显微硬度法。采用微小负荷,所得压痕对角线长度与试验负荷之比不再是常数,开始时随负荷增加,显微硬度增大,达到最大值之后又开始缓慢降低。这种现象就是所谓的压痕尺寸效应。哈工大提出纳米尺度下显微硬度检测的方法:深度硬度检测法。⑤超声法,又分两种: (a)基于被测材料的柔顺系数与硬度之间的对应关系:用振杆接触被测件,通过测量谐振频率来求得被测件的硬度大小;孙晓明等提出了用硬度测试法鉴别磨削烧伤的新方法,杜国彬等运用超声硬度测量法替代原有的表面洛氏和维氏测量; (b)激光照射激发超声波:测量声表面波速度或频率求得物体硬度与超声波速度之间的关系。文献[2]得出岩石硬度与超声波速度之间的关系,文献[3]通过实验得出C45和C70W2钢的HV1硬度与超声波速度的关系。目前片剂硬度测试基本上使用静压实验法,因此利用激光超声波无损或快速在线测量片剂硬度就成为需要。

　　利用激光在固体中激发超声的想法是R MWhite于1963年提出的,最近十多年以来,人们对激光超声的机理、特点和应用进行了大量的研究。由于激光超声有其特有的优点,使它在超声无损检测、材料的物性测量和校准测量中得到了广泛的应用。现代材料科学和材料工业的发展,要求在材料的生产过程中对于其物理、力学性能进行测量和评价,以便及早地发现问题,及早进行修正,避免后面的加工工序造成明显的经济损失,如增强药片的硬度以降低因药片破损而增加的成本。本文阐述了利用激光超声检测片剂表面硬度的原理及方法,并对其实验结果进行了分析。