[发明专利]一种利用纳米压痕形貌实时测量材料氧化速率的方法

摘要

一种利用纳米压痕形貌实时测量材料氧化速率的方法，属于工程材料、结构形变及力学实验技术领域。本发明的技术特点是通过纳米压痕仪的原位扫描探针显微镜成像功能实现对材料表面标记压痕形貌的实时扫描，进而实现对材料室温及高温情况下氧化速率的测量。首先在材料表面进行压痕实验，将残余压痕作为标记压痕，材料开始氧化后，利用纳米压痕仪的原位扫描探针显微镜成像功能对标记压痕的形貌进行实时在线扫描并记录，分析标记压痕的形貌，提取出计算所用数据，利用公式计算即可测量材料的氧化速率。本发明是基于具体实验分析结果得到的，为研究材料在微纳米尺度不同温度下的氧化行为提供了一种新方法。

主权项

一种利用纳米压痕形貌实时测量材料氧化速率的方法，其特征在于该方法包括如下步骤：1)将待测试件表面磨平、抛光至满足纳米压痕实验的要求，在通入保护性气体条件下，用纳米压痕仪在目标温度下对试件表面进行压痕实验，留在试件表面的残余压痕作为标记压痕；2)停止通入保护性气体，材料表面开始氧化，对标记压痕进行实时原位扫描并实时记录标记压痕的形貌信息；3)从标记压痕的实时形貌信息中提取不同时刻的标记压痕发生氧化后的实时深度值h以及三边边长的平均值a；4)利用下式计算氧化膜厚度d：$d=\frac{\sin \mathrm{\α}}{1-\sin \mathrm{\α}}\mathrm{\Δh}$           (公式1)或(公式2)其中，d为氧化膜实时厚度，h为标记压痕发生氧化后的实时深度值，a为标记压痕发生氧化后的实时三边边长平均值，Δh为标记压痕的深度变化值，Δa为标记压痕的三边边长平均值变化值，α为压头形状的特征角；5)利用公式计算得到材料的实时氧化速率，式中,Δt为时间间隔,Δd为在Δt时间间隔内氧化膜厚度的变化。