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仪器型号:安东帕NHT2;KLA G200x;Nanotest Vantage等
测试周期:2-7个工作日
纳米压痕
纳米压痕仪主要用于测量纳米尺度的硬度与弹性模量,可以用于研究或测试薄膜等纳米材料的接触刚度、蠕变、弹性功、塑性功、断裂韧性、疲劳、存储模量及损耗模量等特性。
测得的硬度单位为GPa,与维氏硬度可换算维氏硬度单位HV和GPa换算1GPa=102.04HV。
纳米压痕划痕仪可提供参数:材料硬度,弹性模量,韧性,结合力,涂层强度,断裂韧性,弹性模量等参数。
硬度分类
洛氏硬度:洛氏硬度是一个无纲量的力学性能指标,其最常用的硬度标尺有A、B、C、R、M、L等,通常记作HRA、HRB、HRC等,其表示方法为硬度数据+硬度符号,如50HRC。
维氏硬度:维氏硬度通常表示如下:600HV30/20,V前面的数值为硬度值,后面则为试验力,如果试验力保持时间不是通常的10-15秒,还需在试验力值后标注保持时间。
布氏硬度::布氏硬度的符号用 HBS或HBW表示。适用于铸铁、非铁合金、各种退火及调质的钢材,不宜测定太硬、太小、太薄和表面不允许有较大压痕的试样或工件。
邵氏硬度:邵氏硬度的单位是“度”,其描述方法分A、D两种,分别代表不同的硬度范围, 邵氏A硬度计的量程是0-100HA,邵氏D硬度计的量程是0-100HD.以读数为准。
努氏硬度:努氏硬度(符号HK)是通过将试验力除以压痕投影面积A (mm2)所计算的值,该面积根据在试验力F通过按压长菱形金刚石压头(相对边角为172˚30'和130˚)在标准片上形成的压痕的较长对角线长度d (mm)计算。
1. 制样要求
1) 规则块体样品,要标注好测试面,样品上下表面平行,测试面抛光,保证光滑;
2) 需要镶嵌样品,要用硬树脂镶嵌;
3) 不规则样品或者太小样品需要镶嵌树脂里面,抛光处理。
2. 样品要求
1) 块体样品尺寸:样品直径3-30mm,高度0-10mm(方形或圆柱体);
2) 镶样尺寸:φ31*5mm(厚度最大5mm,粘样品台上)或φ31*28mm。
3. 其它要求
1) 如实选择样品硬度区域,如因样品硬度问题造成实验室压头损坏的将承担100%赔付责任。3、a.方形样品尺寸边长建议2~15mm,厚度≤5mm,其余样品对角线长度必须≤31mm也可,保证能放进直径31mm的圆内,厚度≤5mm;
2) 圆形镶样尺寸:(直径必须29.5~31mm)*(厚度≤28mm即可);——以上尺寸不可超范围;
3) 试样厚度至少大于压入深度h的10倍以上,压入深度h至少是粗糙度Ra的20倍。
压痕测试结果
纳米压痕是通过计算机程序控制载荷发生连续变化,实时测量压痕深度,由于施加的是超低载荷,监测传感器具有优于1nm的位移分辨率,所以,可以达到小到纳米级(0.1~100nm)的压深,它特别适用于测量薄膜、涂层等超薄层材料力学性能,可以在纳米尺度上测量材料的力学性质,如载荷-位移曲线、弹性模量、硬度、断裂韧性、应变硬化效应、粘弹性或蠕变行为等。纳米划痕是测试微小尺度下力学性能的另外一种常用的方法,它是在小曲率的硬质划针上施加一定的法向力,并使探针沿样品表面刻划,通过表面的划痕可以测试薄膜和基底的临界附着力、硬度、摩擦力、摩擦系数、表面抗划伤性等。
需要告知泊松比,然后用弹性模量换算出杨氏模量。
纳米压痕分为静态位移控制模式、静态载荷控制模式、连续刚度模式。 连续刚度只能设定位移,不能设定载荷,可以得到弹性模量和硬度随位移的变化值。有系统设定的保载时间,一般很短,大约几秒钟; 静态位移控制模式,静态载荷控制模式,可以设定到最大位移或最大载荷处保载长一些时间,一般系统默认每个点可以15s左右,也可以设定长一些,例如30,40s都是可以的,不过时间越长收费会贵一些;载荷模式可以控制保载时间,一般默认是10s,如有特殊要求可适当增加时间,也适当增加;位移模式不可以;静态模式无法得到弹性模量和硬度随位移的变化,只能得出该点在该深度或载荷处的最终弹性模量和硬度结果。
静态载荷模式:设置最大载荷,加载/卸载速率(mN/s),得到的是载荷-位移曲线,最大载荷处的模量和硬度(单一值); 连续刚度模式:设置最大位移,加载/卸载速率(s-1),选择CSM(Continuous Stiffness Measurement)模式,得到的是载荷-位移曲线、模量-位移曲线、硬度-位移曲线。
1.材料本身在压头抬起后压痕位置回弹而导致; 2.样品表面颜色较深,不太干净也会导致看不清压痕位置。
纳米压痕卸载一般都是90%,如果载荷控制的测试方法,卸载率设置100%的话,有可能会出现热漂移(卸载后位移出现大量的负数);
原因:压头在压其他材料的时候,由于材料太硬,压头出现破损,崩掉了一块。
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