表层材料硬度检测及结果的对比分析

针对表层材料硬度检测中常用的几种显微硬度仪以及近年来发展的同乡会米压痕技术，对比分析了各种硬度仪的特点及其使用范围，着重指出了显微硬度仪与纳米压痕仪的定义在物理本质上的差别。最后针对最常用的维氏显微硬仪与目前先进的纳米压痕技术，利用有限元数值模拟并结合纳米压痕实验数据，给出了两种硬度值在数量上的关系。     

单晶铝纳米级硬度试验研究

使用纳米硬度计对单晶铝进行了纳米压痕试验，利用原子力显微镜对压痕形貌进行扫描并计算硬度值，重点观察和分析了纳米级条件下单晶铝的硬度性质，结果表明，当压痕深度小于2000nm时，单晶铝纳米硬度存在尺寸效应现象；从材料性质的角度分析了纳米硬度尺寸效应现象；探讨了纳米硬度和传统硬度本质上的区别，指出其根本原因在于不同尺度下人们对材料性质的关注点不同。     

选择布氏硬度试验力的经验公式

根据GB231－84标准，布氏硬度试验有2个重要的测试条件，即试样的最小厚度应大于压痕深度的10倍和试验后压痕的直径d应处在0．25D＜d＜0．6D范围内。当压痕直径d—0．375D是最理想的条件，它相当于布氏硬度值HB与试验力F的关系曲线处于平坦区段的中部，此时压入角中一44（o）、维氏硬度利用这个理想条件，选取维氏压头棱面夹角a—136（”），获得较好的相似性。众所周知，试验后压痕直径d的大小与试验力F有直接关系。试验力F愈大，则压痕直径d亦大，反之亦然。在布氏硬度试验中，怎样选择试验力F的大小，使其压痕直径d刚好等于或接近于…     

纳米压痕硬度计测方法的研究进展

针对纳米尺度下的材料硬度测量,利用纳米硬度计得到压痕的载荷-压深曲线,并用原子力显微镜得到压痕的三维形貌图.通过载荷-压深曲线和压痕形貌图,以及相应的计算方法,可以得到纳米压痕硬度.纳米压痕硬度计测方法不同,得到的材料硬度值也不同.分析现有的几种纳米压痕硬度计测方法,找出它们的优缺点,并对未来发展方向做了展望.     

基于数字图像处理的布氏硬度压痕直径测量方法

在分析布氏硬度试验压痕图像的基础上,提出了基于数字图像处理的布氏硬度压痕直径测量方法.利用CCD相机获取压痕图像,通过图像分割、目标区域处理、压痕圆拟合等步骤完成图像处理,由此实现对压痕尺寸的自动精确测量.     

单晶硅各向异性力学性能纳米压痕实验研究

应用纳米原位压痕仪对单晶硅(100),(110),(111)晶面进行纳米压痕实验,对材料的弹性模量和硬度进行考察。实验结果表明:单晶硅(111)晶面相对于其它两个晶面具有较小的弹性模量和硬度值。通过单晶硅不同晶面原子结构分析,认为晶面原子层的间距分布差异是各晶面弹性模量差异的主要原因。     

材料表面两层薄膜硬度的测试计算

给出了基于纳米硬度试验的二层薄膜的硬度测算方法。首先利用有限元方法探讨了二层薄膜一基体材料系统的硬度随压痕深度变化的规律，进而推导和验证了材料系统硬度一位移曲线的拟合公式，最后给出了以压痕实验为基础的二层薄膜材料硬度的计算公式。     

材料表面薄膜硬度的测试计算

给出了基于纳米硬度试验的表层薄膜的硬度测算方法。首先研究如何利用有限元计算弥补纳米硬度测量在压痕深度小于百纳米时的精度缺陷，进而探讨薄膜一基体材料系统的硬度随压痕深度变化的规律，最后导出了根据实验曲线预测表层薄膜材料的硬度的公式，并进行了实验验证。     

新型多组元复合粉末等离子喷涂工艺研究

多组元复合粉末制备的可磨耗封严涂层在先进航空发动机中已经广泛应用。本文对新型多组元粉末制备可磨耗封严涂层的工艺进行了实验设计(DOE),结果表明等离子喷涂时的氩气流量和氢气流量对封严涂层硬度值影响最大,经过优化后涂层的硬度可达到5.4～5.5mm的压痕直径,满足先进航空发动机封严涂层维修要求。     

芳纶纤维/环氧树脂界面相的准静态纳米压痕研究

采用准静态纳米压痕技术表征分析了Kevlar-49/环氧树脂和F-12/环氧树脂两种单向复合材料体系界面相的弹性模量和硬度。结果表明,采用沿单向复合材料纵截面制样的方法,可以得到较平整的芳纶纤维/环氧树脂界面形貌,有利于界面相力学性能的表征。芳纶纤维/环氧树脂界面相的弹性模量和硬度值介于芳纶纤维和环氧树脂的弹性模量和硬度值之间。通过比较分析纤维、树脂和界面相的力学性能,可以推断两种芳纶纤维/环氧树脂体系的界面相厚度均不大于1μm。     

CCD技术在显微硬度测量中的应用

显微硬度试验方法近百年来一直采用光学读数显微镜或光栅原理对线的方式进行压痕的测量,全部是肉眼读数,不仅容易引起视觉疲劳,造成测量误差,而且由于试验者的不同,测量起来的差异也较大.随着CCD(Charge Coupled Device,电荷藕合器件图像传感器)图像传感器在显微硬度压痕测量领域的应用,这些难题得到了很好的解决.     

不同晶体取向单晶锗的力学性能

为了研究微纳米尺度下单晶锗的力学特性,采用纳米压痕仪对单晶锗(100)(110)和(111)晶面进行了纳米压痕实验,并通过原子力显微镜对材料表面进行了观测。根据单晶锗各晶面的位移-载荷曲线,对单晶锗各晶面的弹性回复率、硬度、弹性模量与压入深度之间的关系进行了分析。结果表明:单晶锗在加载过程中分别经历了弹性变形、塑性变形和脆性变形三个阶段。当压入深度超过500 nm时,加载曲线上有突进点产生;当压入深度超过100 nm时,卸载曲线上有突退点产生。单晶锗的残余压痕形貌表现为凸起状,表明单晶锗具有较低的加工硬化趋势。当压入深度达到100 nm时,单晶锗表现出明显的尺寸效应,且单晶锗(111)晶面具有最低硬度和弹性模量值。表明相对于其他两个晶面,单晶锗(111)晶面具有更好的塑性变形能力。     

纳米级显微硬度试验研究

阐述了一种纳米尺度下测试材料显微硬度的试验方法——深度硬度试验法。并研制了深度硬度试验装置，采用压电陶瓷传感器实现微位移和激光测试超低载荷，该试验装置分辨率高，可以实现纳米级压痕的显微硬度测试。     

硬度法测定渗氮层深度结果的测量不确定度评定

主要以综合评定法对硬度法测定渗氮层深度结果的测量不确定度来源进行了分析,分别讨论了硬度法测定总渗氮层和有效渗氮层深度由于界限硬度值要求不同,导致引入的标准不确定度分量不同,并对每个标准不确定度分量进行了评定。结果表明:在相同试验条件和方法下,硬度法测定总渗氮层深度结果测量不确定度明显小于硬度法测定有效渗氮层深度结果测量不确定度。其原因在于试验测定结果重复性引入的标准不确定度分量是硬度法测定总渗氮层深度结果测量不确定度主要来源;而硬度法测定有效渗氮层深度结果测量不确定度主要来源却是由计算模型中插入的界限硬度值引入的。另外,采用硬度法测定深度,应注意硬度计工作台移动的分度值和垂直度偏差对测量结果的影响。     

复合材料层压板低速冲击和准静态压痕损伤等效性的研究

通过对低速冲击试验和准静态压痕试验进行对比,获得了冲击能量(准静态压痕力)与层压板损伤面积、损伤宽度和凹坑深度的三组对应关系.分析表明,损伤面积、损伤宽度和凹坑深度均可作为损伤参数来建立低速冲击和准静态压痕损伤的等效性.当冲击能量或准静态压痕力达到一定值后,三组对应关系曲线上出现拐点,两类试验的拐点相差很小,且两类试验的变化趋势相同,初步说明了用准静态压痕试验替代低速冲击试验是可行的,同时在较低冲击能量(拐点值之前)下准静态压痕力近似等于相对应的冲击能量下冲击过程的最大接触力.对两类试验过程进行分析,准静态压痕试验的初始分层载荷较冲击试验稍低,但两类试验过程中载荷的变化趋势相同,进一步说明了低速冲击试验和准静态压痕试验损伤的等效性.     

纳米压痕技术表征T800碳纤维的弹性模量和硬度

利用纳米压痕技术对T800SC碳纤维不同取向(纤维轴向与纳米压痕测试面成θ夹角)的弹性模量和硬度进行了测试,结合Weibull分布函数对T800SC碳纤维不同取向的弹性模量和硬度进行统计分析。结果表明:随着测试面与纤维轴向夹角的增大,T800SC碳纤维的弹性模量和硬度逐渐增大。T800SC碳纤维的弹性模量从平行纤维轴向时的(15.84±2.00)GPa增加到垂直纤维轴向时的(50.96±5.73)GPa;T800SC碳纤维的硬度从平行纤维轴向时的(2.71±0.51)GPa增加到垂直纤维轴向时的(5.24±0.91)GPa。对于纤维不同取向的弹性模量,其Weibull模数在9.0~10.5;对于纤维不同取向的硬度,其Weibull模数在6.0~8.0。     

基于CCD和光栅尺的布氏硬度测量装置

将CCD和光栅尺同时应用于布氏硬度压痕测量,试验证明：系统测量结果基本不受CCD对焦及照明光强变化的影响;测量准确度容易保证,重复性好,自动化程度及效率较高,同时大大缓解了布氏硬度测量中的视觉疲劳。     

VC/Ni纳米叠层薄膜的制备及力学性能

采用中频脉冲磁控溅射双靶交替沉积,制备了调制周期为4nm,12nm和88nm的VC/Ni纳米叠层薄膜以及纯VC薄膜。利用XRD和SEM对薄膜结构进行分析,并通过纳米压痕和维氏压痕对薄膜的硬度、模量以及韧性进行了表征。结果表明:双靶交替沉积制备的VC/Ni纳米叠层薄膜界面清晰、薄膜生长比较致密;三种周期的叠层薄膜硬度均为20GPa,与纯VC薄膜相比韧性得到了明显的改善;随着调制周期的增加,发现VC/Ni纳米叠层薄膜的硬度先增大后减小,韧性先降低,后提高,存在一个性能转折的临界周期。     

层合板准静态压痕损伤分析

对复合材料层合板进行了横向静态压痕试验,得到了载荷-位移曲线.依据曲线上的位移值,采用九节点壳单元、三维Tsai-Wu失效判和损伤层刚度折减方法,对准静态压痕损伤进行了计算,并与超声C扫描压痕损伤检测图像做了比较.结果表明,损伤仿真与实际损伤检测图一致性好.     

HC—J型超声洛氏硬度计的应用

简介: 超声洛氏硬度计在世界上也是最近几年才应用的一种仪器。先后由英国、日本生产。我国营口仪器厂于一九七二年开始生产,多次改进后性能较好。目前已在全国推广试用。超声波测硬度对试件表面的破坏性较小,测HRC25时,压痕深度仅14微米,测HRC65时,压痕深度只有7微米,测量方便,操作简单,速度很快,平均2秒钟就可以完成