Реферат: Измерений нанотвердости материалов

Э.Г. АСЛАНЯН

Всероссийский научно-исследовательский институт физико-технических

и радиотехнических измерений, п. Менделеево, Московская обл.


О НЕОБХОДИМОСТИ СОЗДАНИЯ ЕДИНОЙ СИСТЕМЫ

ИЗМЕРЕНИЙ НАНОТВЕРДОСТИ МАТЕРИАЛОВ


В докладе рассматриваются необходимость и проблемы создания системы измерения твердости материалов на наномасштабах.

Среди наиболее часто используемых видов механических испытаний микротвердость, а в последнее время и нанотвердость остаются практически единственно возможными характеристиками оценки механических свойств материала в микро- и нанообъеме. Методы наноиндентирования приобрели большую популярность в последние годы и, прежде всего благодаря отсутствию жестких требований к образцу и окружающей среде. Сущность этих методов состоит в автоматическом приложении малых усилий к индентору (порядка микроньютона) и непрерывной регистрации зависимости силы сопротивления Р от глубины погружения h (порядка нанометра, т.е. близкое к атомному.). В качестве индентора может применяться трехгранная алмазная пирамида Берковича, четырехгранная пирамида Виккерса, алмазный конус а также индентор сферической формы.

Обработка P-h диаграмм, полученных при наноиндентировании, дает возможность определять сопротивление упругопластическому локальному деформированию в наноконтакте. Отношение приложенной нагрузки Р к площади контакта S характеризует нанотвердость H=P/S при упругопластическом контакте.

Методом наноиндентирования можно измерять не только твердость, но величину и распределение внутренних напряжений, толщину, определять модули упругости, а также многое другое.

Однако физические процессы, происходящие в реальных наноконтактах во многом остаются малоизученными. В частности, неясно, до какого масштаба объекта сохраняются механические свойства материала. Какова структура материала под индентором и как проводить измерения при возникающих наплывах вокруг отпечатка? Индентор какой формы является наиболее эффективным (конический, пирамидальный или сферический)? Эти и многие другие вопросы остаются открытыми и требуют тщательнейшего изучения. И, прежде всего, необходимо будет создать стройную метрологическую систему обеспечения измерений нанотвердости, начиная от разработки и внедрения метрологических терминов, далее созданием государственного эталона (на базе существующего государственного эталона твердости металлов по шкалам Виккерса ГЭТ-31-06) и нормативно-технической документации на методы и средства поверки, и заканчивая государственной поверочной схемой.