一种通过显微压痕法进行力学测试的压头间距评估方法技术

本发明专利技术公开了一种通过显微压痕法进行力学测试的压头间距评估方法，包括以下步骤：制备待测试样，并进行金相研磨与抛光，生成待测面；在待测面上预制单点/多点/阵列显微压痕，并进行高分辨快速采集，获取显微压痕及附近区域的表面三维形貌信息；基于三维形貌信息的Z轴高度信息变化情况，获取显微压痕对附近区域应变影响区尺寸；根据影响区尺寸的特征尺寸极值，获取相邻显微压痕的压头间距参考值。本发明专利技术直接通过试验对应变影响区进行直接快速观测，从而判断显微压痕横向影响区域，为评估不同材料应设置相邻显微压痕距离间隔提供技术参考。参考。参考。

【技术实现步骤摘要】
一种通过显微压痕法进行力学测试的压头间距评估方法


[0001]本专利技术涉及显微压痕法测试材料硬度及断裂韧性等微观力学性能领域，特别是一种通过显微压痕法进行力学测试的压头间距评估方法。

技术介绍

[0002]显微压痕法作为测试金属、非金属材料硬度和断裂韧性等力学性能的常用方法，因其高效、快速、准确、准无损的优点，受到广泛应用。根据显微压痕压头形状的不同，显微压痕法可包括显微维氏压痕法、显微布氏压痕法、显微洛氏压痕法、显微努氏压痕法等。其中显微维氏压痕法利用正四棱金刚石压头，其压头两相对面角度为136
°
，通过设置载荷、保载时间等参数，不仅可以测试金属材料或非金属材料的硬度，也可以根据显微维氏压痕对角线尺寸以及扩展裂纹尺寸的数学关系，计算陶瓷材料或脆性金属材料或韧脆转变温度下金属材料的断裂韧性，因此显微维氏压痕法在材料微观力学性能测试领域得到了广泛的应用。
[0003]然而，由于材料非均匀性的本质特征，材料微观力学性能是随微区特征而发生一定变化，因此利用显微压痕法测试材料微区时，其对应微观组织结构、应力分布、缺陷等综合因素导致显微压痕大小、显微压痕附近应变影响区、是否有扩展裂纹以及扩展裂纹尺寸等差异，通常需要对不同微区进行多点测量，以估算材料整体平均力学性能及力学性能的偏差。此外，在需要建立材料成分
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组织
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缺陷
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硬度
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断裂韧性等多参量统计映射关系时，则需要对材料进行显微压痕阵列测试。
[0004]由于显微压痕仪器化压入样品表面会产生变形和应变硬化等结果，因此会影响相邻显微压痕测量准确度。为了避免相邻显微压痕之间相互影响，需要根据显微压痕应变影响区尺寸设置一定的距离间隔l，该距离避免了因变形导致的应变硬化对显微力学测试的影响。通常，文献报道该间隔距离l设置为显微压痕对角线尺寸a的整数倍，例如间隔距离l/a≥n(根据不同要求n可以取2.5倍、5倍、10倍等)。实际上，由于材料性质的不同，如塑性应变、位错、晶体取向、应力分布等，压痕附近发生应变的作用特点、作用范围差异显著。当需要进行多点显微压痕阵列测试时，根据该性质对于不同的材料类型，可以设置不同的显微压痕间距l，为材料微观力学显微压痕阵列测试压头间距的设置提供重要的试验参考。因此，急需一种根据不同材料应变性质，进行压头间距最小参考值判断的简易、快速评估方法。
[0005]本专利技术利用白光干涉三维轮廓仪z轴高分辨率(可达0.1nm)，可以高精度检测显微压痕附近材料表面的高度信息，根据显微压痕附近产生应变特征，通过采集显微压痕附近表面三维形貌信息，观测应变影响区的最大尺寸，以此作为材料微观力学性能显微压痕阵列测试时设置压头间距的重要参考。

技术实现思路

[0006]为了解决上述技术问题，本专利技术的目的是提供一种通过显微压痕法进行力学测试
的压头间距评估方法，针对显微压痕多点测试和高通量阵列测试时，为了避免应变硬化对材料测试准确度的影响，显微压痕压头间距设置通常以统一整数倍显微压痕对角线尺寸作为显微压痕间隔距离参考值，缺乏针对不同性质材料的实时快速试验参考和支撑，并且对于不同类型材料，亦缺乏压头间距变量参考值。此外，对不同微观组织结构、位错特征、应力分布、晶体取向的材料进行显微压痕阵列测试时，由于需要尽可能压缩压头间距，获得更微小区域的成分
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组织
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力学性能关系，以提高统计映射表征分辨率，因此压头间距的设置很关键，可以利用快速试验进行压头间距简易评估。本专利技术针对以上特点，利用显微压痕附近表面应变影响区的最大值作为显微压痕之间压头间距设置的重要参考，利用白光干涉三维轮廓仪对显微压痕附近应变影响区进行高精度检测，将二者相结合得到了一种显微压痕法力学测试压头间距简易评估方法。
[0007]为了实现上述技术目的，本专利技术提供了一种通过显微压痕法进行力学测试的压头间距评估方法，包括以下步骤：
[0008]制备待测试样，并进行金相研磨与抛光，生成待测面；
[0009]在待测面上预制单点/多点/阵列显微压痕，并进行高分辨快速采集，获取显微压痕及附近区域的表面三维形貌信息；
[0010]基于三维形貌信息的Z轴高度信息变化情况，获取显微压痕对附近区域的应变影响区尺寸；
[0011]根据影响区尺寸的特征尺寸极值，获取相邻显微压痕的压头间距参考值。
[0012]优选地，在制备待测试样的过程中，待测试样包括可以利用显微压痕法测试力学性能的金属材料、陶瓷材料、橡胶材料、玻璃、高聚物中的一种。
[0013]优选地，在生成待测面的过程中，待测面为镜面光泽并在光学显微镜下没有明显划痕。
[0014]优选地，在待测面上预制单点/多点/阵列显微压痕的过程中，通过设置载荷、保载时间，预制显微压痕，获取三维形貌信息。
[0015]优选地，在预制显微压痕多点或点阵的过程中，通过显微压痕法制备显微压痕，显微压痕法包括显微维氏压痕法、显微肖氏压痕法、显微布氏压痕法、显微洛氏压痕法、显微努氏压痕法中的一种。
[0016]优选地，本专利技术在获得相邻显微压头间距的参考值的过程中，获取应变影响区尺寸s的2倍长度数值，即该长度值为2s；
[0017]设置该长度值与压头间距参考值关系可以表述为：压头间距参考值不小于该长度值l≥2s。
[0018]本专利技术公开了以下技术效果：
[0019]本专利技术通过试验对应变影响区进行直接快速观测，从而判断显微压痕横向影响区域，以评估不同材料应设置的相邻显微压痕间距参考范围；
[0020]本专利技术利用白光干涉三维轮廓仪对显微压痕及应变影响区进行高精度表面三维信息高精度采集，获得应变影响区的快速观测表征；
[0021]本专利技术通过对不同材料显微压头间距参考值进行直接、快速试验评估，有效拓宽了显微压痕阵列压头间距可设置的参数范围，提高了力学及构
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效统计映射表征分辨率。
附图说明
[0022]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图进行简要介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0023]图1为本专利技术所述的评估方法实施流程图；
[0024]图2为本专利技术所述的显微维氏压痕多点测试典型尺寸参数示意图；
[0025]图3为本专利技术所述的桥梁钢金属表面单点压痕及附近塑性变形白光干涉三维形貌信息(等高图)；
[0026]图4为本专利技术所述的桥梁钢金属表面单点压痕及附近塑性变形白光干涉三维形貌信息(三维显示)；
[0027]图5为本专利技术所述的耐热钢金属表面单点压痕及附近塑性变形区白光干涉三维形貌信息；
[0028]图6为本专利技术所述的高温合金表面单点压痕及附近塑性变形白光干涉三维形貌信息；
[0029]图7为本专利技术所述的钛合金表面本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种通过显微压痕法进行力学测试的压头间距评估方法，其特征在于，包括以下步骤：制备待测试样，并进行金相研磨与抛光，生成待测面；在所述待测面上预制单点/多点/阵列显微压痕，并进行高分辨快速采集，获取显微压痕及附近区域的表面的三维形貌信息；基于所述三维形貌信息的Z轴高度信息变化情况，获取所述显微压痕对所述附近区域应变影响区尺寸；根据所述影响区尺寸的特征尺寸极值，获取相邻显微压痕的压头间距参考值。2.根据权利要求1所述一种通过显微压痕法进行力学测试的压头间距评估方法，其特征在于：在制备待测试样的过程中，所述待测试样包括金属材料、陶瓷材料、橡胶材料、玻璃、高聚物等。3.根据权利要求2所述一种通过显微压痕法进行力学测试的压头间距评估方法，其特征在于：在生成待测面的过程中，所述待测面为镜面光泽并在光学显微镜...

【专利技术属性】
技术研发人员：任群，曹京宜，方志刚，王海舟，张文宇，黄丹琪，孙丹丹，臧勃林，殷文昌，
申请(专利权)人：中国人民解放军九二二二八部队，
类型：发明
国别省市：