网站地图 关于 合作 招聘 帮助

    热线:400-152-6858

    测试狗科研服务

    预存 定制
    Document
    当前位置:文库百科文章详情
    小尺度划痕硬度: 实验方法及与纳米压痕硬度的关系
    来源:高分子材料力学性能 时间:2022-10-26 17:35:01 浏览:2758次
    压痕实验被广泛用于研究材料的近表面力学性能,而在某些微米和纳米尺度应用中,刮擦试验被证明比压痕试验更有利,例如:薄膜纳米压痕过程中的穿透深度限制为薄膜厚度的10%,以减少刚性基底的影响,而纳米刮擦试验的穿透深度限制为30%。划痕硬度评估一般作为压痕硬度评估的补充,在很大程度上无法将划痕硬度与压痕或纳米压痕硬度关联起来。对此,德国哥廷根马克斯·普朗克铁研究所公司的Hanna Tsybenk团队研究了划痕和纳米压痕硬度的关系,及如何评估划痕硬度以获得与压痕硬度一致的结果。
    作者通过对多晶铝(Al)、铜(Cu)、钠钙玻璃以及单晶硅(Si)、渗碳体(Fe3C)进行了纳米压痕和刮擦实验,系统地分析了不同材料特性和变形行为对压痕硬度和划痕硬度的影响。压痕硬度和划痕硬度一般为法向荷载和接触面积的比值,作者将压痕接触面积定义为接触深度的相关函数,而划痕硬度分别定义为接触深度和三种不同划痕宽度的相关函数(图1)。

    图1 投影接触区(灰色)和接触深度示意图。a) Berkovich压头,b)球锥压头,c)三种划痕宽度测量方法。


    首先,作者通过对四种划痕接触面积计算方法进行比较(图2),发现由接触深度确定接触面积时,划痕硬度呈现单调趋势,由水平表面划痕宽度计算得到的接触面积与使用接触深度的方法得到的值相似。由于晶体取向、表面粗糙度、测量伪影以及切屑形成等因素的影响,划痕宽度测量受到局部高度波动的影响。若接触面积基于足够长的划痕稳态区域内的平均接触深度,由于接触深度是划痕稳态区域的平均深度,且划痕长度明显超过晶粒尺寸,则这些因素的影响将被最小化。

     图2 对比用接触深度和三种定义划痕宽度计算得到的划痕硬度,5µm刮头和b) 20µm刮头


    其次,通过对两种半径不同但锥角相同的刮头研究,发现了刮头尺寸效应的存在:刮头半径越小,产生的划痕硬度越高。对于硬度较高的材料,两种刮头之间的划痕硬度差异高于Cu和Al两种金属。产生刮头尺寸效应的原因之一是刮头与材料接触角的不同:更小的刮头导致接触角更大,材料在刮擦过程中被向上推;对于较大的刮头,材料向前流动并流向压头的侧方,增加了接触面积。在刮擦过程中还存在微观力学尺寸效应:较小的区域导致较大的塑性应变梯度、位错和硬化。
    研究发现,随着法向荷载的增加,纳米压痕硬度和划痕硬度(使用接触深度计算所得)HI/HS之间的比率接近一个小于1的恒定值。这些硬质材料在接触面积和硬度上的差异可能是因为:与压痕相比,刮擦引起更高的等效塑性应变,因此刮擦过程中材料屈服所需的法向载荷低于压痕过程。随着法向载荷的增加,塑性和堆积的增加导致接触深度减小。需要说明的是:压痕过程中堆积对接触面积的影响比刮擦过程小,刮擦运动、粘附和摩擦导致了比压痕过程更大的堆积体积。
    该研究工作讨论了纳米压痕硬度与划痕硬度的关系,分析了划痕硬度计算的影响因素,对刮擦测试中划痕硬度的应用有着良好指导意义。值得一提的是,文章所研究的材料都为硬质金属陶瓷类材料,对于变形破坏机制更为复杂的聚合物材料,压痕硬度与划痕硬度的对比、使用值得进一步研究。摩擦系数会直接影响划痕过程中接触面积的演变,而文章没有对此进行探讨,后续可对此进行进一步研究。
    该研究工作以“Scratch hardness at a small scale: Experimental methods and correlation to nanoindentation hardness”为题发表于《Tribology International》。

    全文链接:

    https://doi.org/10.1016/j.triboint.2021.107168

    来源:高分子材料力学性能

    评论 / 文明上网理性发言
    12条评论
    全部评论 / 我的评论
    最热 /  最新
    全部 3小时前 四川
    文字是人类用符号记录表达信息以传之久远的方式和工具。现代文字大多是记录语言的工具。人类往往先有口头的语言后产生书面文字,很多小语种,有语言但没有文字。文字的不同体现了国家和民族的书面表达的方式和思维不同。文字使人类进入有历史记录的文明社会。
    点赞12
    回复
    全部
    查看更多评论
    相关文章

    晶体结构可视化软件 VESTA使用教程(下篇)

    2021-01-22

    【科研干货】电化学表征:循环伏安法详解(上)

    2019-10-25

    手把手教你用ChemDraw 画化学结构式:基础篇

    2021-06-19

    【科研干货】电化学表征:循环伏安法详解(下)

    2019-10-25

    晶体结构可视化软件 VESTA使用教程(上篇)

    2021-01-22

    TEM照片处理软件 Digital Micrograph的进阶操作

    2020-11-02

    项目推荐/Project
    涂层附着力自动划痕仪

    涂层附着力自动划痕仪

    纳米压痕/纳米(微米)划痕

    纳米压痕/纳米(微米)划痕

    热门文章/popular

    晶体结构可视化软件 VESTA使用教程(下篇)

    电化学实验基础之电化学工作站篇 (二)三电极和两电极体系的搭建 和测试

    【科研干货】电化学表征:循环伏安法详解(上)

    手把手教你用ChemDraw 画化学结构式:基础篇

    【科研干货】电化学表征:循环伏安法详解(下)

    晶体结构可视化软件 VESTA使用教程(上篇)

    微信扫码分享文章

    意见反馈

    有奖举报

    商务合作

    公众号

    关注我们 了解更多

    小程序

    随时预约 掌握进度

    举报有奖

    TEL: 191-3608-6524

    如:在网络上恶意使用“测试狗”等相关关键词误导用户点击、恶意盗用测试狗商标、冒称官方工作人员等情形,请您向我们举报,经查实后,我们将给予您奖励。

    举报内容:

    200

    上传附件:
    文件格式不正确,请重新上传文件格式不正确,请重新上传文件格式不正确,请重新上传
    文件格式:jpg、jpeg、png、gif、tif、doc、docx、ppt、pptx、xls、xlsx、pdf、zip、rar
    联系方式
    姓名
    电话
    提交意见

    意见反馈

    Suggestions

    您可以在此留下您宝贵的意见,您的意见或问题反馈将会成为我们不断改进的动力。

    意见类型
    测试服务
    网站功能
    财务报账
    其他类型
    意见内容

    200

    联系方式
    姓名
    电话
    提交意见

    收起

    Document
    关于我们 新手帮助 测试干货 商务合作 基金查询 相关资质 模拟计算 现场测试 服务项目 科研绘图 同步辐射 全进口设备

    联系方式/contact

    400-152-6858

    工作时间/work time

    09:00-18:00

    测试狗公众号

    关注我们 了解更多

    测试狗小程序

    随时预约 掌握进度

    蜀公网安备51010602000648号

    蜀ICP备17005822号-1

    成都世纪美扬科技有限公司

    Copyright@测试狗·科研服务