纳米压痕测试
x射线衍射残余应力法
工作原理:当多晶材料中存在内应力时,必然存在内应变与之对应,导致其内部晶面间距发生变化,以及x射线衍射谱线产生位移。通过分析衍射峰位置的变化,根据弹性力学原理,就可以测量出材料中内应力大小及方向。
优点:能测量出绝对残余应力,精度较高,可达到10mpa;
缺点:设备价格昂贵,操作复杂,受材料晶粒度影响较大,对材料表面状况要求严格;只能检测表面应力,在测内部应力时必须剥层。
纳米压痕技术是一种比较常用的测试材料力学性能的方法,由于这一技术基于高精度位移测试,文献中有时也称之为深度敏感压痕技术(depth-sensing indentation technique,dsi);又由于这一技术需要借助于高精度位移及载荷测试装置,文献中有时又称之为仪器化压痕技术(instrumented indentation technique,iit)。它通过计算机控制压头压入被测材料,实时记录载荷的连续变化,并且在线监测压入深度,从而得到载荷-深度曲线,通过研究压头载荷随压痕深度的变化规律,可以了解材料的微观结构抵抗外力变形的能力,并计算出相应的力学性能参数,整个压痕过程包括加载与卸载两个阶段。加载过程中,压头作用在材料上的载荷p会随着压痕深度h的增加而增大,卸载后压头回到初始位置,在试样表面会残留的压痕痕迹,这是由于试样产生了塑性变形所导致的。
纳米压痕测量技术最为常用的方法是oliver-pharr(o&p)。根据实验测得的载荷-深度曲线,可以根据载荷-深度曲线求出弹性模量,而硬度(e)可由大的加载载荷(pmax)和压痕的残余变形面积求得。
图一中,hc表示压头压入试样时的接触深度,ac表示被测试样与压头接触的半径,hs表示压头压入试样时试样表面的位移。通过记录纳米压痕过程中载荷(p),随压头压入基体深度(h)变化而变化,得到载荷-深度曲线(如图二所示),其中 pmax为大的载荷,hmax为大的位移,hf为完全卸载后的残留的位移量,s为弹性接触刚度。