块体非晶合金剪切带的原子力纳米压痕行为

通过原子力显微镜(AFM)纳米压痕实验研究传统纳米压痕实验形成的Fe基非晶合金剪切带区域及未变形区域的变形;结合压痕形貌实时原位观测,探讨块体非晶合金塑性变形局域化的原因.结果表明最大载荷44.6μN下,材料的剪切带、剪切带间和未变形区域的AFM纳米压痕残余面积分别为3274.7、2976.5和2879.2nm2,对应的硬度分别为13.62、14.98和15.49GPa,剪切带区域的硬度值比未变形区域的硬度值降低了约10%,说明塑性变形过程中,过剩自由体积的产生使剪切带结构发生软化.     

原子力显微镜阳极氧化加工的机理研究

介绍了使用原子力显微镜在电场作用下诱导表面局部阳极氧化反应的机理,分析了偏置电压、氧化物厚度对氧化物生长速度的影响,以及湿度和电压对氧化物的尺寸的影响,指出了现阶段AFM纳米加工技术的不足,并对未来的AFM纳米加工技术进行了展望.     

金属铀氧化的显微拉曼光谱和原子力显微镜原位研究

通过光学金相、拉曼光谱和原子力显微镜分析,原位研究金属铀在大气环境、干燥空气和饱和水汽下,20～400℃的温度范围内样品显微形貌和氧化产物的变化情况,鉴定夹杂物、不同微区的腐蚀产物.铀在大气环境条件下吸附O2、H2O和CO2反应生成二氧化铀、铀酰化合物和碳酸铀等,干燥空气中加热后首先出现活性腐蚀亮斑,逐渐积累长大发生点蚀,并由UO2转变为U3O8.在饱和水汽中缓慢升温,UO2在260～280℃转化为U3O8.     

不同晶体取向Mo-Nb单晶的纳米压痕尺寸效应

采用纳米压痕仪和扫描探针显微镜对Mo-Nb合金单晶(110)、(111)、(112)晶面的载荷-位移曲线、弹性模量,压痕形貌、纳米硬度-加载深度以及弹性回复率的变化进行了研究。结果表明,Mo-Nb单晶具有较好的塑性变形能力,Mo-Nb单晶的各晶面在加载和卸载过程中分别经历了弹性变形和塑性变形阶段,荷载-位移曲线未出现突进或突退现象,表明在加载和卸载过程中压痕内部未产生裂纹或脆性断裂;材料的残余压痕呈现凸起形貌,表明Mo-Nb单晶有相对较低的加工应变硬化趋势;采用连续刚度法测量了Mo-Nb单晶的纳米硬度和弹性模量,3个晶面的纳米硬度均呈现出随着加载深度的增加而减小的趋势,表现出明显的压痕尺寸效应;3个晶面纳米硬度和弹性模量的大小关系为:(110)晶面(112)晶面(111)晶面;基于Nix-Gao模型计算了(110)、(111)、(112)晶面的无压痕尺寸效应时的纳米硬度(H_0)分别为3.96、2.61和3.47 GPa,尺寸效应因子(i)分别为0.18、0.16和0.18,微观特征长度(h*)分别为1196、2753和1559 nm。压入深度小于微观特征长度时,Mo-Nb单晶具有明显的尺寸效应,压入深度超过该长度时,尺寸效应将减弱,当压入深度分别超过4106、5645和4693 nm时,纳米压痕尺寸效应将消失。     

基于原子力显微镜的纳米抛光颗粒的摩擦力测量方法

基于原子力显微镜接触模式,使用侧向力扫描测量单个纳米颗粒与基底表面的摩擦力,从而为颗粒从基底表面去除提供最为直接的测试方法。对硅片表面进行羟基化增强其亲水性,将聚苯乙烯纳米颗粒单层均匀地分散到硅片上。使用横向力模式和NanoMan两种方法侧向推动纳米颗粒,测得单个颗粒与硅片表面之间的最大静摩擦力分别为(1.57±0.09)μN和(1.51±0.13)μN,试验结果基本一致,表明这两种测量方法可靠有效。此外,NanoMan可控制针尖推动单个颗粒在基底表面做滑移运动,表明颗粒-基底的滑动摩擦力与针尖施加载荷和扫描速度密切相关。     

Ti-24Nb-4Zr-8Sn合金单晶纳米压痕研究

利用纳米压痕仪研究Ti-24Nb-4Zr-8Sn (Ti2448)合金不同取向单晶体的硬度和弹性模量.结果表明:Ti2448合金单晶表现出各向异性,不同晶面的压入模量和纳米压痕硬度值不同,(001)、(011)和(111)晶面的压入模量分别为68.1、69.1和78.9 GPa,纳米压痕硬度分别为3.5、3.5和3.0 GPa;不同晶面压入模量和纳米压痕硬度的相对大小规律与常规方法测量结果一致,但无法相互换算.     

钨单晶纳米压痕尺寸效应研究

利用纳米压痕仪和扫描探针显微镜对高纯钨单晶的载荷-位移曲线、弹性模量、压痕形貌、纳米硬度-加载深度以及弹性回复率的变化情况进行了研究。结果表明,W(111)晶面在加载和卸载过程中分别经历了弹性变形和塑性变形阶段,荷载-位移曲线未出现不连续现象,表明在加载过程中压痕内部未产生裂纹或脆性断裂;钨单晶的残余压痕表现出堆积形貌,表明钨单晶有较低的加工应变硬化趋势;采用连续刚度法测量了钨单晶的纳米压痕硬度以及弹性模量,结果表明,钨单晶纳米压痕硬度和弹性模量存在尺寸效应,即随着加载深度的增加,单晶的纳米压痕硬度和弹性模量减小;采用 Nix-Gao 模型对钨单晶的纳米压痕力学特征和进行了分析,计算了钨单晶的微观特征长度（h^*）为1490nm,无压痕尺寸效应时的纳米硬度值（H_0）为6.79GPa,尺寸效应因子（m）为0.18,即压入深度小于1490nm时,钨单晶具有明显的尺寸效应,当压入深度超过1490nm时,尺寸效应将减弱。当压入深度超过2450nm时,钨单晶的纳米尺寸效应将消失。     

用原子力显微镜研究铜合金微生物的腐蚀行为

用原子力显微镜(AFM)研究了HSn70-1A、HSn70-1B和HSn70-1AB等3种铜合金在硫酸盐还原菌(SRB)菌液中的微生物腐蚀行为.结果表明,3种铜合金表面形成的生物膜形貌各不相同.HSn70-1AB合金表面生物膜的粗糙度大于其余两种合金,表明其生物膜最不均匀.去除生物膜后,3种样品的腐蚀形貌也小相同,粗糙度均有所增加,这是微生物腐蚀作用的结果.研究证实,AFM的定量分析能力是研究材料微生物腐蚀的重要手段.     

基于准连续介质法预测薄膜材料纳米硬度和弹性模量

采用准连续介质法模拟了单晶Al和单晶Cu纳米压痕实验中的初始塑性变形过程,获得了压头在不同压深下的加载和卸载曲线.在计算得到的载荷-压深曲线基础上,根据Oliver-Pharr法计算了薄膜材料的接触刚度、纳米硬度和弹性模量,并与相关文献的实验结果进行了比较.研究表明,接触刚度-位移曲线呈线性关系;纳米硬度测量中存在尺寸效应,而在弹性模量测量中却不存在尺寸效应.单晶Al和单晶Cu纳米硬度和弹性模量计算值分别为(0.584±0.013)和(84.088±0.332)GPa,(0.755±0.027)和(131.833±4.449)GPa.预测值与实验结果吻合,表明使用该方法预测薄膜材料的纳米硬度和弹性模量是可行的.     

单晶硅的纳米硬度测试分析

介绍了测量硬度的几种方法,分析了纳米压痕硬度测量的基本原理。用美国原位纳米力学测试系统中的TriboIndenter对单晶硅进行了试验研究。试验结果表明,由于尺寸效应纳米硬度值随着载荷的增大而逐渐减小,纳米级的压痕试验得到的单晶硅的硬度值要高于其他传统方法测得的宏观硬度值。     

Cu-Zr／ZrN薄膜体系的电阻率和纳米压入研究

采用磁控溅射方法在Si(111)基片上沉积Cu-Zr／ZrN薄膜体系作为扩散阻挡层。通过比较Cu-Zr／ZrN薄膜体系和三元非晶(Mo，Ta，W)-Si-N的电阻率，同时比较Cu-Zr／ZrN薄膜体系和Ta，TaN的硬度，说明作为扩散阻挡层的材料的选取，应从整体性能上考虑，而不能仅仅考虑热稳定性等单一指标。     

纳米压入技术表征薄膜（涂层）的力学性能

采用纳米压入技术测试薄膜（涂层）的力学性能日益受到关注。测试过程中可自动记录载荷－压深曲线,能够获取薄膜（涂层）的硬度、弹性模量、薄膜（涂层）自身结合强度、膜基界面结合强度、残留应力、屈服强度以及应变硬化率等力学性能数据。本文扼要介绍了纳米压入技术表征薄膜（涂层）力学性能的测试原理。     

基片负偏压对Cu膜纳米压入硬度及微观结构的影响

测试了不同溅射偏压下Cu膜的纳米压入硬度，探讨了溅射偏压、残余应力及压痕尺寸效应对Cu膜硬度的影响。结果表明，随着溅射偏压的增大，薄膜晶粒尺寸及残余压应力均减小，导致薄膜的硬度增大，并在-80V达到最大值，随后有所降低。同时薄膜中的压痕尺寸效应对薄膜硬度随压入深度的分布有很大的影响。     

LY12铝合金微弧氧化陶瓷膜的纳米压入研究

用纳米压入法测定了LY12铝合金微弧氧化陶瓷膜的硬度H和弹性模量E分布,并探讨了陶瓷氧化膜的生长机理。氧化膜的硬度和弹性模量分别为18GPa-32GPa,280GPa-390GPa。靠近膜／基体界面的氧化膜硬度和弹性模量仍然相当高。H和E沿膜深度的分布都存在一个极大值,并同膜内α-Al2O3含量变化是一致的。其形成原因在于微弧区熔融物在膜不同部位冷却速率差异较大。     

纳米压痕法测量经深冷处理后铝青铜的硬度和弹性模量

借助纳米力学测试系统测试经深冷处理后铝青铜的硬度和弹性模量。结果表明:深冷处理后铝青铜的硬度和弹性模量分别为3.82GPa和117.67GPa,且铝青铜的硬度随压入深度的增加而逐渐降低,反映出硬度存在的尺寸效应,但弹性模量不存在尺寸效应现象。     

力学探针及其在薄膜力学性能测量上的应用

力学探针是近年来发展的一种先进的微区力学性能测试方法。本文介绍了力学探讨的工作原理，以及采用力学探针技术准确测量薄膜力学性能的两步压入法，展示了这种测试技术在材料力学性能评价上的明显优势和发展潜力。     

Cu-Au多层膜力学性能的纳米压痕测试

采用纳米压痕仪研究了Cu-Au多层膜的硬度、弹性模量及其在压头下的变形行为。结果表明,随单层膜厚度(h)的减小,Cu-Au多层膜的弹性模量略有减小。Cu-Au多层膜的硬度随单层膜厚度的减小而增加,当h≥50 nm时,硬度随 线性增加;当h<50 nm时,硬度与 偏离了原来的线性关系,且硬度随 的增大而增大的趋势开始弱化。在单层膜厚度为25 nm的Cu-Au多层膜的压痕附近,出现了“挤出”和剪切带。     

纳米压痕法测量Sn-Ag-Cu无铅钎料BGA焊点的力学性能参数

对Sn-3．0Ag-0．5Cu无铅体钎料和Sn-4．0Ag-0．5Cu无铅钎料BGA(ball grid array)焊点进行了Berkovich纳米压痕法实验,通过改变不同的加载速率研究了钎料的蠕变特征．钎料压痕载荷位移曲线蠕变部分表现出了明显的加载速率相关性．基于Oliver-Pharrr法确定的体钎料和BGA焊点的Young’S模量分别为9．3和20GPa．基于压痕做功概念确定的体钎料和BGA焊点的应变速率敏感指数分别为0．1111和0．0574．钎料的力学性能有着明显的尺寸效应。     

Micro mechanical properties of n-Al2O3/Ni composite coating by nanoindentation

A new type of nano test system was introduced, the test principle and the indentation data analysis method were described. It was used to test the micro mechanical properties, such as hardness, elastic modulus and indentation creep property of n-Al2O3/Ni composite coating on steel prepared by brush plating, and the variety of mechanical properties with coating thickness was researched. The results show that the mechanical properties are basically identical within the whole coating, the hardness and modulus decrease in the defect fields, especially within the dendritic crystals, whereas the mechanical properties are not influenced greatly at the interspaces among dendritic crystals. The average hardness and elastic modulus of n-Al2O3/Ni coating are 6.34 GPa and 154 GPa respectively, and the hardness is 2.4 times higher than that of steel and the indentation creep curve of n-Al2O3/Ni coating is similar to that of the uniaxial compression creep, and the creep rate of steady-state is about 0. 104 nm/s. These results will supply useful data for process improvement, new type material development and application expansion.