AFM的纳米硬度测试与分析

基于原子力显微镜(AFM)和金刚石针尖建立了一套纳米压痕测量系统。通过向系统发送控制电压使金刚石针尖在完成加载和卸载全过程的同时进行实时的数据采集并直接绘出载荷-压深曲线。利用该系统,对单晶铝和单晶铜薄膜材料进行了单点压痕实验,用美国Hysitron公司的纳米原位测量仪(TriboIndenter)做了验证试验。实验结果表明,该系统适合测量较软材料的纳米硬度。分析了基体材料对薄膜硬度和弹性模量的影响,在薄膜厚度低于5~10倍压入深度时,基体对薄膜材料的力学性能影响很大;并根据获得的载荷－压深曲线分析得出由于尺度效应的影响,随着压痕深度的减小,薄膜的硬度值呈明显的上升趋势,弹性模量没有这个趋势。     

纳米压痕技术及其应用

介绍纳米压痕的一般要领及纳米压痕系统的组成，阐述纳米压痕技术在几个方面的具体应用。     

直接面积法测量纳米硬度技术的研究

利用纳米压痕技术对单晶硅做纳米压痕试验,得到其载荷-压深曲线.用原子力显微镜测出压痕的三维形貌,结合Matlab软件,直接计算出压痕的残余面积,从而得到单晶硅的纳米硬度值.通过对直接面积法与Oliver-Pharr方法测出的硬度值进行分析比较,发现两种方法得到的硬度值都有压痕尺寸效应,但用直接面积法得到的硬度值比用Oliver-Pharr方法得到的硬度值尺寸效应更明显一些.     

基于纳米压痕技术和AFM的单晶铝硬度测试实验研究

利用纳米压痕技术对单晶铝作压痕试验,获得载荷-压深的加载和卸载曲线。根据O liver-Pharr方法求出压头与测试材料之间接触表面的投影面积Ac和硬度值Hop。再利用原子显微镜(atom ic force m icroscopy,AFM)得到压痕的真实三维形貌图。结合M atlab对压痕进行分析,得到压痕的真实残余面积Aresidual,并计算出其硬度Hresidual。通过对两组单晶铝的硬度数据进行比较分析:在微纳米尺度下,两种方法计算得到的压痕硬度都存在压痕尺寸效应,Hresidual的压痕尺寸效应比Hop要更明显。     

纳米压痕法测试电刷镀镍镀层的硬度和弹性模量

介绍一种新型的多功能纳米材料性能测试仪,阐述仪器工作原理和压痕数据分析法。应用该仪器对钢基体上的电刷镀镍镀层的硬度、弹性模量以及抗压痕形变能力等微观力学性能进行测试,并研究镀层力学性能随镀层厚度的分布规律。结果显示,镀层表层和亚表层存在硬度和弹性模量较高的区域,镀层内部存在缺陷区域的硬度和弹性模量降低,在镀层与基体的界面处存在过渡区。除此以外,整个镀层的力学性能较为一致,没有明显的梯度分布,其平均硬度和弹性模量分别为7.02GPa和183GPa,其中硬度为钢基体的2.9倍。在试验载荷下镍镀层具有比钢更好的抗压痕形变能力。为改进镀层工艺、开发新型体系材料以及扩大镀层应用领域提供了有效数据。     

纳米压痕技术及其试验研究

介绍纳米压痕技术的基本原理和计算方法 ,从定义、适用范围和压痕面积的获得方法等三个方面指出纳米硬度与常规硬度之间的重要区别 ,对硬度的概念做了进一步讨论。通过试验得出了单晶铝材料的纳米硬度值 ,并与传统计算方法获得的硬度值进行了比较。     

纳米硬度技术在表面工程力学性能检测中的应用

结合纳米硬度技术测量各类薄膜和块体材料表层的纳米压痕硬度、弹性模量、断裂韧性、膜厚、微结构的弯曲变形，采用纳米划痕硬度技术测量各类薄膜和块体材料的粗糙度、临界附着力、磨擦系数、划痕横剖面。纳米硬度计是检测材料表层微米乃至几十纳米力学性能的先进仪器，可广泛应用于表面工程中的质量检测。     

纳米压痕位移突变机理研究

用铁和ZnO单晶研究纳米压入时的位移突变和蠕变突变.结果表明,电解抛光的纯铁压入时会出现位移突变,突变前后的载荷一位移曲线明显不同,它对应表面膜破裂.而对于ZnO单晶来说,突变前后载荷一位移曲线变化不大,该突变意味着位错的爆发式发射.随加载速率降低,发生位移突变的临界载荷PC也下降.当P＞PC恒载荷蠕变时,位移缓慢升高直至饱和,但无突变;如P＜PC,恒载荷下保持一定时间就会发生蠕变突变,随后位移缓慢升高至饱和;如P＜P++(门槛载荷),则不发生蠕变和蠕变突变.     

纳米压痕测量精度的影响因素

通过比较45钢拉伸试验与纳米压痕试验得到的弹性模量,分析了影响纳米压痕测试精度的因素及其对测试结果的影响.结果表明:纳米压痕法得到的弹性模量大于拉伸试验法得到的弹性模量;压头形状与尺寸、试样表面粗糙度、定位零点等是影响测量精度的主要因素,尤其是压头尖端的不规则形状使得压头在压入材料的初始阶段与材料之间的相互作用变得复杂.     

新型超声波硬度测量计SH-21

SH-21是一种新型硬度计,是根据被检物体在一定负荷下压痕的大小,测量出振动频率的变化量,然后从这个变化量演算出硬度。外观如图1所示,测量原理及特点如下所述。     

基于虚拟设计的硬度检测设备研制

提出了一种基于虚拟仿真技术的硬度检测设备结构设计.建立了检测设备三维模型后,导入仿真软件ADAMS,并以它为工具从结构合理性、测量正确性及安全性进行分析模型.将理论与分析结果结合起来,并经过合理设计完成检测设备主要机构的设计.仿真结果表明该硬度检测设备具有良好的检测性能,目前已经投入实际工作中.     

一种新型硬度测试仪器——里氏硬度计

本文介绍了里氏硬度计的测试原理、所配置的各种冲击装置和分别适用的场合、测试和换算范围以及里氏硬度的标注方式等,旨在使广大的科技工作者了解这种新的硬度测试仪器,便于它的推广利用。     

硬度检测台的动力学仿真与有限元分析

介绍了硬度检测台的工作原理和特点,在UG3.0软件中完成设备的造型设计.针对检测台在检测过程中存在的碰撞问题,结合软件的运动分析与结构分析模块,对检测台底座进给速度问题进行仿真优化,并利用有限元分析功能对工件进行模态分析以及对探头连接处螺钉的强度进行校验,最后对整台设备的工作过程进行了运动仿真,实现了各系统间的协调运作.目前该检测台已投入使用并取得了良好的效果.     

一种新型关节轴承寿命-扭矩试验装置的研制

本试验机主要用于检测关节轴承的寿命、磨损量及摩擦扭矩。本机最大特点在于用双力传感器结构来进行扭矩测量,这一结构克服了传统扭矩传感器测量轴承扭矩时的误差。本机能对试样实现径向加载及使试样内圈作摆动动作,径向载荷通过杠杆弹簧机构施加,摆动动作通过曲柄摇杆机构施加。扭矩和扭角由双力传感器和角度传感器分别测量,本机可手动进行摆角的角度调整。     

一种场致流变体测试装置的研究

场致流变体是一种智能材料,在外加场强的作用下,场致流变体的黏度和刚度等力学性能发生变化。基于有阻尼受迫振动系统,设计了一个摆振式场致流变体测试装置,将流变体黏度、刚度等参数转化为测杆振幅和相位,配合数据采集及分析系统,完成不同场强下流变体黏度和刚度的测试。     

新型垂直旋转式切纸装置设计研究

提出了垂直旋转式水松纸切割原理,设计了以切纸刀和切纸轮为核心结构的垂直旋转式切纸装置,研究了切纸刀刀刃曲线、切纸轮切割槽以及装置的切纸性能,通过虚拟样机仿真和试验验证了设计方案的正确性和合理性,为高速切纸机构的设计提供了新方法。该装置应用于卷烟生产中,可优质、高速地完成水松纸的切割,延长切纸刀的使用寿命,具有较高的实用价值。     

一种磁流变液流变特性测试装置的研究

磁流变液（Magnetorheological fluid)是一种新兴的智能材料,其流变特性可随外加磁场的变化而迅速改变。本文介绍了自行研制的一台专门用于磁流变液流变特性的测试装置,该装置能满足磁流变液流变性能测试中的特殊要求。使用该设备对重庆北碚材料研究所提供的一系列磁流变液试样进行了测试,得到了令人满意的结果。     

全自动阀门电动装置试验台的研究

介绍了全自动阀门电动装置测试台的性能特点、技术参数及其控制方法,给出了测试台通过扭矩传感器测试阀门的力矩变化并将模拟数据转换成数字信号由计算机控制输出的工作过程(该装置专利申请号:2009200477231)。     

浅谈金属布氏硬度、洛氏硬度检测适用范围

介绍了笔者根据自己在日常工作中对材质硬度的检验经验,通过对布氏硬度洛氏硬度优缺点的对比,简述了布氏硬度和洛氏硬度的适用范围,为材料的硬度检验的应用提供参考.