[发明专利]仪器化微米压入测试材料杨氏模量的方法

摘要

本发明公开了一种仪器化微米压入测试材料杨氏模量的方法，该方法使用仪器化微米压入加载功、卸载功以及名义硬度来测定被测试材料的杨氏模量。与现有技术相比，本发明的测试方法具有以下优点：1)不需要考虑压头与被压材料间的接触深度和接触面积，避免了现有技术在这方面引入的误差；2)不需要利用卸载曲线的初始卸载斜率，避免了对测试条件和数据处理方式敏感的导数的使用；3)测试原理更加科学；4)测试精度高。

主权项

1.一种仪器化微米压入测试材料杨氏模量的方法，该方法使用仪器化微米压入加载功、卸载功以及名义硬度来测定被测试材料的杨氏模量，具体包括以下步骤：1)利用仪器化压入仪和金刚石锥形压头对被测试材料表面实施压入深度h_m不小于1微米的垂直压入，获得被测试材料的载荷-位移曲线；2)根据被测试材料的载荷-位移曲线计算出名义硬度H_n≡P_m/A(h_m)；其中，P_m为最大压入载荷，h_m为对应最大压入载荷时的最大压入深度，A(h_m)为对应最大压入深度时的压头横截面积，当最大压入深度h_m≥3μm时，而当1μm≤h_m≤3μm，A(h_m)应该根据压头的面积函数来确定；3)通过分别积分加载曲线和卸载曲线计算压入加载功W_t、卸载功W_e，并在此基础上计算出压入比功W_e/W_t；4)计算压头及被压材料的联合杨氏模量并最终确定被测试材料的杨氏模量E＝(1-v²)/[1/E_c-1.32(1-v_i²)/E_i]；其中，a_m(m＝1，2，3，4，5，6)为多项式系数，且a₁＝0.16716，a₂＝-0.13875，a₃＝0.06215，a₄＝0.01568，a₅＝-0.04784，a₆＝0.01878；金刚石压头的杨氏模量为E_i＝1141GPa，泊松比为v_i＝0.07，被测试材料的泊松比v可根据材料手册确定。