本文于2022年10月发表于具有60余年的国内最为专业的涂料业界核心刊物 --《涂料工业》2022年第10期“标准及检测”篇第53页。
电动铅笔硬度计与手动铅笔硬度计测试方法对比及影响因素探析
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| 电动铅笔硬度计 BEVS 1309 | 手动铅笔硬度计 BEVS 1301 |
喷漆试板：涂层厚度 60 μm（底漆 15 μm，中漆10 μm，面 漆 10 μm，清 漆 25 μm）、80 μm（底 漆15 μm，中 漆 20 μm，面 漆 15 μm，清 漆 30 μm）、100 μm（底漆 15 μm，中漆 25 μm，面漆 15 μm，清漆45 μm），广汽本田汽车有限公司；铅笔：uni，三菱；电动铅笔硬度计：BEVS 1309，广州盛华，速度为 0. 5~8. 5 mm/s，施加负载为500 g、750 g、1 000 g；手动铅笔硬度计：BEVS 1301，广州盛华，施加负载为 500 g、750 g、1 000 g；倒置金相显微镜：DMi8A，Leica。
由表1可知，手动铅笔硬度计和电动铅笔硬度计测得不同厚度涂层的硬度相同，且涂层越薄，涂层硬度越高。图 1 为手动铅笔硬度计测试涂层厚度 60 μm 试板不同位置铅笔硬度（H）显微结果（不同涂层厚度硬度的结果为F、HB、HB，硬度F、HB在涂层上的痕迹不明显，硬度H>F>HB，硬度H最为接近结果值，手动和电动测试结果一样）。
由图1可知，同一张试板，不同位置，同一硬度铅笔划痕多种多样，有的是一个点，有的是长划痕，有的是短划痕，可见涂层的均衡性也是影响铅笔硬度的重要因素。为了保证结果的可重现性，实际测试中，要确保试样涂层拥有相同的厚度。
表 2 为不同测试速度时 2 种测试方法得到的涂层硬度。其中电动铅笔硬度计设定的速度分别为0. 5、1. 0、2. 0 mm/s，运行时间为 10 s；手动铅笔硬度计 分 别 选 用 慢 速（0. 5~1. 0 mm/s）、快 速（2. 0~3. 0 mm/s）推进。
由表2可知，电动铅笔硬度计在不同测试速度时测得涂层硬度均相同。手动铅笔硬度计在不同测试速度时，测试出现误差，是因为在实际操作过程中，快速度是通过手在硬度计后端施加一个推动力来实现，慢速度是通过试验员握着硬度计后端来实现，测试速度全靠人的感觉来控制，可能超过预期速度，而较快且不匀速的测试速度，会对笔芯的损害度加大，从而使笔芯作用于涂层的破坏力随之增大。相较于手动铅笔硬度计，电动铅笔硬度计测得的涂层硬度结果不受测试速度的影响，这是因为其能保证测试过程推行速度是匀速的。可见，匀速对涂层硬度结果影响显著。
图 2为涂层厚度 100 μm的试板在不同测试速度时铅笔硬度（F）显微结果。
由图 2 可知，不管是手动还是电动铅笔硬度计，推进速度越快，涂层上留下的痕迹会越明显，在显微镜图像上的直观表现是颜色越深。
表3为不同试验员采用2种测试方法测定的涂层硬度。其中电动铅笔硬度计设定的速度为1. 0mm/s，运行时间为10 s；手动铅笔硬度计选用快速推进。由表 3 可知，富有经验的试验员，对结果的判定是一致的。
图 3为涂层厚度 100 μm试板不同试验员时铅笔硬度（H）显微结果，选用邻近的涂层进行比较测试，减少涂层因素的影响。
由图3可知，不同试验员用手动铅笔硬度计测试时涂层的划痕深浅度有区别，在显微镜图像上的直观表现就是划痕颜色、宽度、形态等有所不同。这是因为每个试验员都有自己的习惯手法，对于仪器水平的调节与判定,对速度的把握等因人而异，这些都会造成结果的差异。而电动铅笔硬度计拥有流程自动控制系统，无需调水平，可保证测试过程匀速、平稳地推进，较大限度地减少试验员的影响，使得涂层划痕深浅度一致，在显微镜图像上的直观表现就是颜色较一致。
为了更好地验证铅笔硬度计的影响因素，选择厚度为 100 μm 的涂层为研究对象。用 2H、4H、5H、6H 硬度的铅笔，分别通过手动和电动铅笔硬度计以约 1. 0 mm/s 的速度在涂层表面划痕，将划痕用倒置金相显微镜放大50倍进行分析，结果如图4所示。
由图 4 可知，随着铅笔硬度的加大，划痕的颜色也随之加深；同一硬度的铅笔通过手动铅笔硬度计划痕，其颜色明显比电动铅笔硬度计的深；手动铅笔硬度计划痕线条不连贯、不均匀、不笔直，甚至出现断层，4H尤为明显，而电动铅笔硬度计划痕线条非常流畅均匀。虽然手动和电动铅笔硬度计施加的负载均为 750 g，但是手动铅笔硬度计在推进过程中很难避免人为多施加压力的情况，使得其划痕比电动铅笔硬度计深，故而在同等厚度的涂层测试中，手动铅笔硬度计法的涂层要早出现缺陷。同时手动铅笔硬度计无法保证匀速，人为因素影响较大，使得划痕不流畅不均匀。
通过光学显微镜分析，进一步验证了铅笔硬度计测试结果的影响因素。电动铅笔硬度计的测试结果都比手动铅笔硬度计的大，再现性更好，此外电动铅笔硬度计的效率高。结合上述试验结果分析，试板制备、试验装置性能、涂层、测试速度、水平定位、施加负载等因素对涂层硬度测试结果准确性有一定的影响，这些因素对传统手动铅笔硬度计测试影响更为明显，电动铅笔硬度计由于其自动化，在较大程度上减少了上述因素对测试结果准确性的影响。
选取5种涂料试板，让经验较为丰富的铅笔硬度测试实验员使用电动法和手动法以 1. 0 mm/s的速度进行测试，并计算结果的重复性（GRR），测试结果如表4所示。
由表4分析可得出，电动铅笔硬度计测量结果比手动铅笔硬度计重复性和复现性更好，且电动铅笔硬度计测量速度快，效率更高。为了更好地验证电动铅笔硬度计的实用性和结果的可信性，委托第三方检测机构广东产品质量监督检验研究院对送检试板 1、试板 2、试板 3分别采用电动铅笔硬度计和手动铅笔硬度计进行测试，各试板负载分别为500、750、1 000 g，结果如表5所示。
注：测试方法参考GB/T 6739—2006。
由表5可知，2种方法的测量结果一致，证明电动铅笔硬度计结果准确，仪器具有很好的实用性。
涂层硬度的测试会受试验装置性能、涂层厚度、测试速度、水平定位、施加负载等影响。手动铅笔硬度计在测试过程中由于人为阻力的因素，导致测试结果重复性不稳定，运用手动铅笔硬度计测试涂层硬度时，需要依托试验员过硬的技术。电动铅笔硬度计能更好地控制影响因素，减少误差，提高结果的准确性，测试结果重复性高。
