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原文传递一种涂层性能的纳米压痕测试方法

专利名称：	一种涂层性能的纳米压痕测试方法
摘要：	本发明公开了一种涂层性能的纳米压痕测试方法。具体的，将试样固定于纳米压痕测试系统的样品座；利用温度模块调控试样和压头的温度，使其保持在目标温度；对涂层表面按设定施加并卸载载荷，同步记录压痕深度，获取载荷‑深度曲线；根据载荷‑深度曲线计算涂层的力学参数。通过温度模块使压头和试样达到并保持目标温度后再进行压痕测试，这样便可以确保测量过程试样、压头以及接触点温度不会改变，能够获得多种温度条件的载荷‑深度曲线，方便计算各种温度下的涂层力学参数。同时，避免了试样与压头间形成的温度梯度及热应力问题，有效保障载荷‑深度曲线的精度。
专利类型：	发明专利
国家地区组织代码：	北京;11
申请人：	航天科工防御技术研究试验中心
发明人：	赵朋飞
专利状态：	有效
申请日期：	2019-03-13T00:00:00+0800
发布日期：	2019-07-19T00:00:00+0800
申请号：	CN201910189340.6
公开号：	CN110031349A
代理机构：	北京风雅颂专利代理有限公司
代理人：	李弘
分类号：	G01N3/42(2006.01);G;G01;G01N;G01N3
申请人地址：	100085 北京市海淀区永定路50号
主权项：	1.一种涂层性能的纳米压痕测试方法，其特征在于，将试样固定于纳米压痕测试系统的样品座；利用温度模块调控试样和压头的温度，使其保持在目标温度；对涂层表面按设定施加并卸载载荷，同步记录压痕深度，获取载荷-深度曲线；根据载荷-深度曲线计算涂层的力学参数。 2.根据权利要求1所述的测试方法，其特征在于，所述力学参数包括硬度H，所述硬度其中，Pmax为最大载荷，A表示压痕接触区的投影面积。 3.根据权利要求2所述的测试方法，其特征在于，A＝chp2；其中，c为与压头几何形状相关的系数，hp为塑性压痕深度。 4.根据权利要求3所述的测试方法，其特征在于，通过压痕接触模型和载荷-深度曲线确定hp。 5.根据权利要求4所述的测试方法，其特征在于，其中，通过P-h曲线获得 6.根据权利要求5所述的测试方法，其特征在于，所述hs确定方法如下：压头下方试样表面上的点移动的法向距离h是距离对称轴径向距离r的函数，则其中，a为压痕接触面半径，α为锥顶半角(3)；假设弹性卸载后压头回退的距离为he，那么当径向距离r＝0时有hr＝0＝he，r＝a时有hr＝a＝hs，其中，hs为全载荷时接触区边缘到试样表面的距离，分别代入式(3)，化简得对于完全弹性接触情况，根据Hertz接触理论，可以得到锥形压头压入载荷和压痕接触面半径之间的关系为：其中E为包含涂层/基底系统的复合杨氏模量；沿着压头中心对称轴线，由式(3)和式(5)可得载荷P与距离试样自由面的弹性位移he的关系式，当r＝0时，有： P-h曲线中载荷开始卸载时的曲线斜率，即弹性卸载刚度S，定义为：将其代回式(7)可得：在最大载荷Pmax处，将式(9)代入式(4)可得， 7.根据权利要求1所述的测试方法，其特征在于，所述力学参数包括杨氏模量E，通过以下方法得出：包含涂层/基底系统的复合杨氏模量E表达式为：其中β是与压头几何形状相关的常数，压痕接触区的投影面积A＝πa2；同时A＝chp2，其中，c为与压头几何形状相关的系数，hp为塑性压痕深度；将A＝chp2代入式(13)可得将hp、通过P-h曲线获得代入式(14)即可求得包含涂层/基底系统的复合杨氏模量E；对于包含涂层/基底的复合材料系统来说，其中，υ为被测涂层材料的泊松比，E′、υ′分别为压头的杨氏模量和泊松比；将E、υ和E′、υ′代入式(15)即可求得涂层杨氏模量E。 8.根据权利要求1所述的测试方法，其特征在于，所述涂层通过大气等离子喷涂制备。 9.根据权利要求1所述的测试方法，其特征在于，所述温度模块包括试样温度组件和压头温度组件。 10.根据权利要求1所述的测试方法，其特征在于，所述温度模块包括隔温件、控制热电偶、加热件和制冷件。
所属类别：	发明专利