近日，中國科學(xué)院近代物理研究所材料研究中心在納米壓痕測試方面取得新進展。研究發(fā)現(xiàn)，在進行納米壓痕測試時，使用不同的伯克維奇壓頭會導(dǎo)致試驗結(jié)果不一致（除熔融石英外），并分析了造成這種情況的原因。相關(guān)研究成果發(fā)表在《材料研究與技術(shù)雜志》（Journal of Materials Research and Technology）上。?? ?

納米壓痕測試是高精度儀器化壓入試驗技術(shù)，具有無損測試和試驗簡單等優(yōu)點。然而，即使經(jīng)過壓頭面積函數(shù)校準，使用不同的伯克維奇壓頭進行測試仍會產(chǎn)生不一致的結(jié)果，這使得準確測試材料硬度以及比較來自不同實驗室的數(shù)據(jù)變得困難。 ?? ?

研究發(fā)現(xiàn)，導(dǎo)致試驗結(jié)果不一致的主要原因在于壓頭尖端的缺陷和壓痕尺寸效應(yīng)。伯克維奇壓頭在加工過程中會產(chǎn)生尖端缺陷，且在使用過程中發(fā)生磨損。 ?? ?

為了量化壓頭尖端的缺陷和壓痕尺寸效應(yīng)對試驗結(jié)果的影響，科研人員利用壓頭面積函數(shù)建立了壓頭的有限元模型，并提出了校正納米壓痕載荷-位移曲線尺寸效應(yīng)的方法。研究表明，壓頭尖端缺陷對試驗結(jié)果的直接影響較小，而不同的壓頭尖端缺陷通過影響壓痕尺寸效應(yīng)造成了試驗結(jié)果不一致的現(xiàn)象。 ?? ?

該研究提出的納米壓痕試驗載荷-位移曲線壓痕尺寸效應(yīng)的校正方法和壓頭建模方法，可用于反向有限元計算測試材料的本構(gòu)關(guān)系。研究工作得到國家重點研發(fā)計劃和國家自然科學(xué)基金的支持。 ?? ?

論文鏈接?

圖1.?伯克維奇壓頭原子力顯微鏡等高線云圖

圖2.?使用1號和2號伯克維奇壓頭測試熔融石英和A508-3鋼的試驗曲線? ?