Методы практики. Методы и средства контроля механических свойств микро и нанометровых покрытий и модифицированных приповерхностных слоев
 Скачать 0.52 Mb.
|
Сравнение с другими шкалами твердости и вопросы метрологииСравнениесметодомВиккерса.Методически и физически наиболее близким измерительному индентированию является метод Виккерса. Для измерения твердости по методам Виккерса и измерительного ин- дентирования используются, соответственно, четырех- и трехгранные алмазные пирамидальные инденторы Виккерса и Берковича. Т. к. эти инденторы эквивалентны (имеют одинаковую площадь проекции при одинаковых глубинах внедрения) и самоподобны (геометрия отпечатка не зависит от глубины внедрения), то соответствующие значения твер- дости связаны через постоянный коэффициент пересчета по формуле HIT = 0,01057HVГПа. (6) Отличие методов заключается в том, что в методе Виккерса твер- дость определяется как отношение приложенной нагрузки к площади поверхности восстановленного отпечатка, в то время как в методе из- мерительного индентирования значение твердости равно отношению максимальной приложенной нагрузки к площади проекцииневосстанов- ленного отпечатка. Как было сказано, метод измерительного индентирования позволя- ет исключить ошибки измерений, связанные со значительным упругим восстановлением отпечатка на микронных и нанометровых масштабах измерений, а также с принципиальным ограничением разрешающей способности оптических микроскопов при измерении размеров восста- новленного отпечатка. Метод измерительного индентирования лишен этих недостатков и позволяет контролировать свойства разных матери- алов (от пластиков до твердых кристаллов) в большом диапазоне нагру- зок и размеров отпечатка. В настоящее время структура метрологического обеспечения изме- рений твердости основана на прослеживаемости ее значений от госу- дарственных первичных эталонов твердости к рабочим средствам через рабочие эталоны. Государственные эталоны представляют единичные экземпляры приборов, реализующие методики измерения, регламенти- руемые соответствующими стандартами [3–5]. Передача размера шкал твердости рабочим средствам измерений осуществляется через рабо- чие эталоны — меры твердости, калибруемые на соответствующем госу- дарственном эталоне твердости. В настоящее время утвержденная поверочная схема для метода изме- рительного индентирования отсутствует. Особенности метода требуют нового подхода к процедуре калибровки реализующих его приборов. В первую очередь требуется независимая прецизионная калибровка прикладываемой силы и перемещения, а также методики определения фактической функции формы индентора A(h). Точность ее определения особенно критична при измерениях на субмикронных и нанометровых глубинах внедрения, т. к. форма индентора в этой области может значи- тельно отличаться от идеальной. Эквивалентность с методом Виккерса позволяет использовать соответствующие меры микротвердости с уче- том формулы пересчета (6). Проведенные исследования показали, что существующие меры ми- кротвердости (как правило, металлические) не удовлетворяют требова- ниям однородности свойств при измерениях с субмикронной и наноме- тровой локальностью. Для решения задачи корректной калибровки твердомера, реализую- щего метод измерительного индентирования (нанотвердомера), необ- ходим материал, удовлетворяющий следующим требованиям: физиче- ски однородный, изотропный, химически инертный, поддающийся тон- кой обработке и обладающий известными свойствами. В качестве такого материала был выбран аморфный оксид кремния — плавленый кварц. Все известные производители нанотвердомеров включают плавленый кварц в комплект поставки в качестве калибро- вочной меры. При этом если принять, что твердость такой меры оди- накова на всех глубинах индентирования, то эталоном твердости «де факто» становится не прибор, а материал. Известно, что механизмы пластической деформации различны для материалов с разными химическими связями: ионных кристал- лов (металлы), ковалентных кристаллов, полимеров и др. Для адек- ватного измерения твердости необходимо в качестве эталонов ис- пользовать вещества, наиболее близкие к измеряемым по структуре и абсолютным значениям твердости, в частности, такие материалы как сапфир (грань [0001]), монокристаллический вольфрам, поли- карбонат. |