纳米压痕-将纳米压痕理论应用于你的结果

纳米压痕是一种利用仪器压痕技术测量小体积材料力学性能的方法。欧洲杯足球竞彩弹性模量，硬度，断裂韧性，蠕变和动态性能，如存储和损失模量可以测量。在本文和后续文章中，我们将探讨纳米压痕仪用户所欧洲杯猜球平台面临的一些问题。我们的目的是教育和告知这类设备的潜在用户，什么可以测量，什么因素会影响得到的结果。2020欧洲杯下注官网

图1所示。费雪-克里普斯实验室的IBIS纳米压痕系统。

纳米压痕测试的原始数据

纳米压痕实验的原始数据包括穿透深度和压痕载荷。尽管纳米压痕仪器通常是负载控制的，但通常是在垂直轴上绘制负载，在水平轴上绘制穿透深度或位移。根据这些数据，可以计算试样材料的弹性模量和硬度。这种方法依赖于赫兹提出的接触力学理论。

修正原始纳米压痕数据

在进行分析之前，有必要对仪器的原始数据进行某些修正。这些修正通常是:

• 热漂移校正:您的仪器可以提供测量热漂移的设备。如果漂移与时间是相当恒定的，那么就可以建立漂移率，并根据实际测试中所取的时间来校正位移读数。只有当需要快速获得读数时，才应使用这种类型的校正。最好是让仪器和样品达到热平衡，而不是以后再尝试进行校正。

• 仪器框架顺应性校正:大多数仪器都要求对框架顺应性进行准确测定。这是因为当压头向下推入试件时，位移传感器将测量荷载框架的反作用力。框架柔度可以由面积函数数据测量，也可以作为仪器提供的因素。这是一个重要的修正，必须适用于所有样品。样品越硬(高弹性模量)，数据对框架柔度问题就越敏感。

• 初始穿透或初始接触的建立:位移测量的基准是试样的自由表面。有一个有趣的问题是，究竟是什么构成了这个位置。表面只能通过压头接触它来识别，因此它必须以非常低的“初始接触力”来识别表面。在这个接触力下，深度传感器可能会被调零或涂胶。然而，接触的行为，即使是最低的力，必然伴随着一个小的渗透到样品，因此基准不是真正的样品自由表面。最初的穿透深度可能只有几纳米，但必须估算并将其加到所有的位移读数中来计算。这是最传统的做法，通过拟合一个平滑的曲线到初始数据和外推回到零负载。这个过程可以用一个带有独立力传感器的闭环仪器来完成。然后可以用赫兹接触方程来拟合数据并建立初始穿透。

• 面积函数:这是压头的形状函数。这种修正可以应用于荷载-位移曲线，也可以在分析的后面应用。首选的方法是在稍后的分析中应用它，使经初始贯入、柔度和热漂移校正的荷载位移曲线代表试样中使用的特定压头的荷载和位移。

计算实际结果

一旦应用了校正，校正后的数据就可以与赫兹方程结合使用以获得结果。为了数学上的简单，实际压头被建模为一个等效的锥形压头。

图2。由荷载-位移曲线数据分析得出E和H。

卸载与赫兹接触的弹性性质

这一切都依赖于卸载是一个弹性事件，即使由于加载可能出现塑性变形材料。卸载的弹性性质使我们能够使用赫兹接触理论，这是完全弹性的起源。

测定硬度和弹性模量

其基本步骤为:测量卸载曲线在最大荷载下的切线斜率。这就是接触刚度。在赫兹方程中使用这个，连同与位移轴相切的截距，来计算接触深度和硬度(从已知的压头几何形状)。然后用赫兹方程确定弹性模量。

卸载曲线在P_马克斯，并向下延伸以穿过h轴。接触深度h_c然后从:

p_马克斯
h_马克斯= h_c+ɛ¡ª¡ª¡ª¡ª
dP / dh

因子ɛ是一个形状因子，通常设置为0.75。

为了用计算机完成这一过程，需要对卸载数据拟合一个方程，然后在P处求导_马克斯形成直线方程并求出直线与P轴相交处的h值。

要拟合什么方程?

选择1:幂律与卸载数据吻合。

P = C_e(高度差_r）^米

其中C_e， hr和m是未知数。从数据中确定这些未知数需要一个迭代过程。趋同可能很难实现。

第二选择:多项式拟合(m = 2):

P = C_eh²-(2摄氏度_eh_r) h + (C_eh_r²）

通常为卸荷数据的上半部分提供合理的配合。小的计算工作。

第三选择:线性拟合(m = 1):

P = C_e(高度差_r）

到目前为止，分析纳米压痕数据的最流行和最可靠的方法是Oliver和Pharr方法。在这种方法中，接触深度由:

p_马克斯
h_c= h_马克斯+ɛ¡ª¡ª¡ª¡ª
dP / dh

以及由压头形状决定的接触面积A:

一个=¦Ð(2 rh_c- - - - - - h_c²2)¡O¦ÐRh_c

(球形压头)

= 3¡I3h_c²棕褐色²¦E
h = 24.49_c²

(一下硬度计压头)

包括面积校正功能A/A_我,我们有:

dP¡我¦Ð_我
——————————————
dh¡IA 2 A

便士_我
————————————
一个一个

初始卸载数据可能是相当线性的，因此可以使用简单的线性拟合。警告!如果对上部卸载数据进行线性拟合，那么对于高弹性材料(低值e /H)，系数e仍应设置为0.75而不是1。欧洲杯足球竞彩

关于纳米压痕的更有价值的信息可以在fisher - cripps的免费下载IBIS纳米压痕手册中找到

这些信息已经从费舍尔-克里普斯实验室提供的材料中获得、审查和改编。欧洲杯足球竞彩

有关此来源的更多信息，请访问Fischer-Cripps实验室．