(1) Bidang layanan penerapan pengukuran kekerasan
Di bidang teknik dirgantara, pengukuran kekerasan berperan penting. Beberapa penerapan khas pengukuran kekerasan didaftar di bawah ini.
Luka bakar (burn) merupakan salah satu bentuk utama kerusakan struktur pesawat, dan metode yang paling umum digunakan untuk mendeteksi struktur pesawat yang terbakar adalah pengujian kekerasan. Biasanya, sesuai keadaan nyata komponen yang terbakar, pengujian kekerasan Brinell, Leeb, Rockwell, dan lainnya digunakan menggantikan pengujian kinerja kekuatan untuk menentukan lokasi kerusakan termal dan rentang kerusakan termal. Selain itu, sebagai material kulit pesawat, demi menjamin kinerja dan keselamatan pesawat, perlu mengukur perubahan kekerasan Vickers dan umur lelah material paduan terkait terhadap waktu paparan panas, guna mempelajari pengaruh paparan panas terhadap evolusi mikrostruktur dan kinerja lelah paduan tersebut.
Dalam kalibrasi mesin pesawat, deteksi kelelahan sonik komponen mesin merupakan muatan penting, dan proses kelelahan sonik material serta perubahan mikrokekerasan material menunjukkan kaidah tertentu. Melalui analisis elastoplastis indentasi mikrokekerasan, karakteristik material komponen mesin — seperti elastisitas, anelastisitas, plastisitas, ketangguhan, dan kinerja patah — dapat diperoleh. Selain itu, sangat sulit mengukur langsung nilai pelumasan material pelumas padat pada mesin pesawat. Biasanya digunakan metode pengukuran tidak langsung dengan kekerasan Vickers untuk menentukan komposisi pelumas oksida padat dalam material, sehingga nilai pelumasan material dapat diperoleh. Untuk material karet penerbangan yang tahan suhu rendah khusus, diperlukan pengujian seperti kekerasan Shore, suhu kerapuhan, koefisien ketahanan dingin tekan, dan kekuatan tarik untuk menyelesaikan keseimbangan antara ketahanan dingin dan ketahanan minyak material karet tersebut.
Dengan perkembangan rekayasa permukaan material modern — deposisi uap, sputtering, implantasi ion, modifikasi permukaan berkas energi tinggi, penyemprotan termal (thermal spraying), dan lainnya — ketebalan benda uji itu sendiri atau lapisan modifikasi permukaannya semakin tipis, dan permintaan pengujian kekerasan pelapis serta komponen rapuh semakin meluas. Misalnya, komponen berlapis hasil penyemprotan pada permukaan bilah pesawat dan komponen lain di bidang kedirgantaraan, material pelapis pada permukaan gesper sabuk pengaman di kabin pesawat, lapisan implantasi ion pada komponen produk kendali elektronik, parameter kekerasan lapisan pelapis pada peredam kejut logam, komponen berlapis material konduktif pada komponen saklar, dan sebagainya hanya dapat diperoleh melalui pengukuran kekerasan ultramikro.
Di bidang sistem mikroelektronik seperti penerbangan dan antariksa, koefisien elastisitas mikrokomponen seperti sensor mempengaruhi bahkan menentukan karakteristik mekanik statis dan dinamisnya. Sampai batas tertentu, hal ini memerlukan metode pengujian dan evaluasi karakteristik mekanik mikrokomponen yang lebih akurat. Biasanya sulit memperoleh nilai sifat material yang akurat dengan metode seperti metode lentur dua sumbu, metode tarik satu sumbu, dan metode resonansi, tetapi penggunaan pengujian nano-kekerasan dapat dengan mudah melakukan studi deformasi lentur pada balok kantilever mikro dan menentukan modulus elastisnya.
(2) Teknologi terkini yang umum menjadi perhatian di bidang teknologi pengukuran kekerasan
① Teknologi kalibrasi kekerasan Martens, ultra-mikrokekerasan, dan nano-kekerasan
Material ultra-tipis, ultra-ringan, dan ultra-keras merupakan sasaran yang terus dikejar oleh pengembangan dan produksi perangkat persenjataan. Material seperti pelapis (coating), lapisan, dan film cat merupakan material aplikasi yang tak terpisahkan dari perangkat persenjataan di dunia. Oleh karena itu, berbagai negara terus melaksanakan penelitian terkait di bidang ini. Dalam kerja penelitian, Amerika Serikat berada pada posisi terdepan secara keseluruhan dalam desain dan pemanfaatan efektif, Jepang dalam material komposit suhu tinggi, Prancis dalam material komposit keramik, sedangkan Inggris dan Jepang mewakili tingkat terdepan internasional dalam teknologi dan aplikasi serat karbon. Pada tahun 2010, plastik dan material kompositnya telah menyumbang 75% dari material struktural militer. Material militer telah bergantian mengalami dan sepenuhnya mewujudkan era matang dan maju dari paduan ringan aluminium, plastik, dan material kompositnya; dalam perencanaan pengembangan ke depan, negara-negara di dunia masih menjadikan teknologi riset dan pengembangan material kompatibel terbaru sebagai arah pengembangan.
Dengan terus bermunculannya berbagai material baru dan kebutuhan pengembangannya, kekerasan, sebagai parameter kunci dan sarana penting untuk memahami serta mengevaluasi sifat material, selalu berperan penting di bidang material dan mengembangkan teknologi terkait secara bersamaan. Kekerasan Martens, ultra-mikrokekerasan, dan nano-kekerasan merupakan sarana penting untuk mengevaluasi secara efektif karakteristik kekerasan, ketangguhan, kinerja patah, dan sifat material lainnya pada logam ferrous dan non-ferrous, material rapuh seperti ultra-tipis dan ultra-ringan, serta material pelapis, film cat, dan coating. Ini juga merupakan sarana penting bagi perbaikan material. Sebagai dasar penting pengembangan material baru, berbagai negara mengembangkan metode pengujian kekerasan baru ini dengan cepat dan melaksanakan kerja riset teknologi kalibrasi terkait sebagai teknologi mutakhir. Amerika Serikat, Jerman, Italia, dan Jepang memimpin dunia di bidang ini.
②Teknologi kalibrasi parameter geometri mikro-morfologi indenter
Indenter merupakan mata rantai kunci yang tak terpisahkan dalam semua pengujian kekerasan, yang secara langsung mempengaruhi akurasi hasil pengukuran. Oleh karena itu, bagaimana memastikan ketepatan dan presisi parameter geometri indenter, meminimalkan pengaruhnya terhadap hasil pengukuran kekerasan, atau menemukan hubungan korespondensinya secara akurat merupakan arah yang dikejar oleh berbagai negara. NIST Amerika Serikat telah melakukan riset mendalam di bidang ini dan berkomitmen membangun konsep acuan (benchmark) indenter. Berbagai negara juga melaksanakan kerja riset dan perbandingan terkait.
③Teknologi kalibrasi kekerasan di lokasi dan dalam kondisi suhu tinggi serta rendah
Dengan berkembangnya keberagaman pengukuran kekerasan, berbagai negara berupaya mengembangkan teknologi kalibrasi pengukuran praktis di lokasi sesuai kebutuhannya masing-masing agar memperoleh parameter dan data evaluasi yang lebih bernilai dan bermakna. Misalnya, untuk material nonlogam seperti plastik dan karet diperkenalkan kekerasan Shore; untuk material komposit muncul kekerasan Barcol; untuk material paduan aluminium muncul kekerasan Webster; untuk objek besar maupun kecil berbentuk kompleks muncul kekerasan ultrasonik; serta untuk karakteristik suhu tinggi dan rendah muncul kekerasan suhu tinggi-rendah beserta metode kalibrasinya di lokasi. Seiring terus bermunculannya proses produksi baru, metode evaluasi dan pengukuran kekerasan baru terus bermunculan.
Untuk memenuhi kebutuhan riset dan pengembangan model teknik penerbangan di Tiongkok, pengembangan dan pembidangan metrologi kekerasan penerbangan saat ini terutama berfokus pada aspek-aspek berikut:
① Terus meningkatkan kemampuan teknis komprehensif standar pengukuran kekerasan yang ada, dan menyempurnakan sistem pengukuran kekerasan;
② Meningkatkan kemampuan teknis kalibrasi komprehensif parameter geometri mikro-morfologi indenter, dan melaksanakan kerja riset ilmiah terkait karakteristik kekerasannya;
③Membangun standar kekerasan tertinggi yang memenuhi definisi baru kekerasan Rockwell internasional, dan melaksanakan kerja pengukuran kekerasan Rockwell generasi baru;
④Membangun standar pengukuran untuk ultra-mikrokekerasan dan kekerasan nanoindentasi di ranah mikroskopis serta balok kekerasan standar transfer, dan melaksanakan kerja transfer nilai serta traceability terkait;
⑤Membangun perangkat standar pengukuran seperti kekerasan indentasi terinstrumentasi dan kekerasan Martens, serta melaksanakan kerja transfer nilai dan traceability terkait;
⑥Membangun perangkat standar pengukuran kekerasan di lingkungan khusus, dan melaksanakan kerja transfer nilai serta traceability terkait.
⑦Riset ketidakpastian pengukuran kekerasan, riset metode pengujian kekerasan, dan lainnya;
⑧ Melaksanakan perbandingan nilai dalam dan luar negeri, verifikasi kemampuan, audit pengukuran, dan lainnya, membina tim talenta teknis, serta terus meningkatkan dan memelihara kemampuan transmisi nilai kekerasan di industri penerbangan.