纳米压痕实验报告 姓名：*** 学号：******** 专业：力学 班级：1 5 -0 1 一、实验目的 1. 了解材料微纳米力学测试系统的构造、工作原理。 2. 掌握载荷-位移曲线的分析手段。 3. 用纳米压痕方法测定的杨氏模量与硬度。 二、实验仪器和设备 TriboIndenter 型材料微纳米力学测试系统 三、实验原理与方法 纳米压痕技术又称深度敏感压痕技术，它通过计算机控制载荷连续变化，并在线监测压入深度。一个完整的压痕过程包括两个步骤，即所谓的加载过程与卸载过程。在加载过程中，给压头施加外载荷，使之压入样品表面，随着载荷的增大，压头压入样品的深度也随之增加，当载荷达到最大值时，移除外载，样品表面会存在残留的压痕痕迹。图 1 为典型的载荷-位移曲线。 从图 1 中可以清楚地看出，随着实验载荷的不断增大，位移不断增加，当载荷达到最大值时，位移亦达到最大值即最大压痕深度maxh；随后卸载，位移最终回到一固定值，此时的深度叫残留压痕深度rh ，也就是压头在样品上留下的永久塑性变形。 刚度 S 是实验所测得的卸载曲线开始部分的斜 率 ，表示 为 hPSddu (1) 式 中，uP 为卸载载荷。最初 人 们 是选 取 卸载曲线上部的部分实验数 据 进 行 直 线拟 合 来 获 得刚度值的。但 实际 上这 一方法是存在问 题 的，因 为卸载曲线是非 线性的，即使是在卸载曲线的初 始部分也并不是完全 线性的，这 样，用不同 数 目的实验数 据 进 行 直 线拟 合 ，得到的刚度值会有 明 显 的差 别 。因 此Oliv er 和 Pharr 提 出用幂 函 数 规 律 来 拟 合 卸载曲线，其 公 式 如 下 mhhAPfu (2) 其 中， A为拟 合 参 数 ，fh 为残留深度，即为rh ，指 数 m 为压头形状 参 数 。m ， A和fh 均 由最小 二乘 法确 定。对 式 (2)进 行 微分就可得到刚度值，即 载荷 位移 maxh rh maxP S 卸载曲线 加载曲线 图 1 典型的载荷-位移曲线 1fmaxumaxddmhhhhAmhPS (3) 该方法所得的刚度值与所取的卸载数据多少无关，而且十分接近利用很少卸载数据进行线性拟合的结果，因此用幂函数规律拟合卸载曲线是实际可行的好方法。 接触深度ch 是指压头压入被测材料时与被压物体完全接触的深度，如图 2 所示。在加 载的任一时刻都有 schhh (4) 式中，h为全部深度，sh 为压头与被测试件接触处周边材料表面的...
