金属学报  2007, Vol. 43 Issue (8): 851-856

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基于准连续介质法预测薄膜材料纳米硬度和弹性模量

黎军顽;江五贵

南昌航空工业学院材料学院

NANOHARDNESS AND ELASTIC MODULUS MEASUREMENT OF THIN FILM MATERIAL SURFACE WITH THE QUASICONTINUUM METHOD

;JIANG Wu-Gui

南昌航空工业学院材料学院；清华大学工程力学系

黎军顽; 江五贵 . 基于准连续介质法预测薄膜材料纳米硬度和弹性模量[J]. 金属学报, 2007, 43(8): 851-856 .
, . NANOHARDNESS AND ELASTIC MODULUS MEASUREMENT OF THIN FILM MATERIAL SURFACE WITH THE QUASICONTINUUM METHOD[J]. Acta Metall Sin, 2007, 43(8): 851-856 .

摘要 参考文献 相关文章 Metrics 全文: PDF(580 KB)   摘要: 采用准连续介质法模拟了单晶Al和单晶Cu纳米压痕实验中的初始塑性变形过程获得了压头在不同压深下的加载和卸载曲线. 在计算得到的载荷-压深曲线基础上, 根据Oliver-Pharr法计算了薄膜材料的接触刚度、纳米硬度和弹性模量,并与相关文献的实验结果进行了比较. 研究表明, 接触刚度--位移曲线呈线性关系;纳米硬度测量中存在尺寸效应, 而在弹性模量测量中却不存在尺寸效应. 单晶Al和单晶Cu纳米硬度和弹性模量计算值分别为(0.584±0.013)和(84.088±0.332) GPa, (0.755±0.027)和(131.833±4.449) GPa.预测值与实验结果吻合, 表明使用该方法预测薄膜材料的纳米硬度和弹性模量是可行的. 关键词 ： 准连续介质法,  纳米压痕,  尺寸效应     Abstract：Quasicontinuum simulations were performed to study the feature of plastic deformation in the initial stage of nanoindentation test of single crystal aluminium and single crystal copper using rigid cylindrical indenter. The corresponding load-depth loading and unloading curves at different depths were obtained. The contact stiffness, nanohardness and elastic modulus both single crystal aluminium and single crystal copper at different depths were calculated by Oliver-Pharr method. The calculated results using quasicontinuum method were compared with nanoindentation experiments published. The results show that the contact stiffness-displacement relations both single crystal aluminium and single crystal copper are linear. The simulated results indicate that the size effect phenomenon exist in nanohardness measurement both single crystal aluminium and single crystal copper. The nanohardnesses of them are 0.584±0.013GPa and 0.755±0.027GPa, respectively. Size effect phenomenon don’t exist in elastic modulus measurement both single crystal aluminium and single crystal copper. The elastic moduluses of them are 84.088±0.332GPa and 131.833±4.449GPa, respectively. The results calculated using the quasicontinuum method agree with the nanoindentation experiments, indicating that it is reliable and valid to measure the nanohardness and elastic modulus by using this approach. Key words： quasicontinuum method    nanoindentation    size effect    nanohardness    elastic modulus 收稿日期: 2006-11-09      ZTFLH:  TB383   服务 把本文推荐给朋友 加入引用管理器 E-mail Alert RSS 作者相关文章 黎军顽 江五贵 44.8K 链接本文: https://www.ams.org.cn/CN/      或      https://www.ams.org.cn/CN/Y2007/V43/I8/851 [1]Zhang T H,Yang Y M.Adv Mech,2002;32:349 (张泰华，杨业敏．力学进展，2002；32：349) [2]Oliver W C,Pharr G M.J Mater Res,1992;7:1564 [3]Zhang T H,Yang Y M.Chin Mech Eng,2002;13:2148 (张泰华，杨业敏．中国机械工程，2002；13：2148) [4]Gao D Y,Zhu Y.For Mach Woodwork Equip,2006;34(6): 14 (高东宇，朱瑛．林业机械与木工设备，2006；34(6)：14) [5]Zhu Y,Yao Y X,Chen S D,Zhou L,Pahlovy S A.Metrol Meas Technol,2005;25(3):13 (朱瑛，姚英学，陈朔冬．周亮．Pshlovy SA．计测技术，2005；25(3)：13) [6]Tan M X.Acta Metall Sin,2005;41:1020 (谭孟曦．金属学报，2005；41：1020) [7]Shi L Q,Sun T,Yan Y D,Dong S.Nanotechnol Precis Eng,2006;4:146 [8]Liu Y,Chen D F.J Wuhan Univ Technol(Transp Sci Eng),2003;27:690 (刘扬，陈定方．武汉理工大学学报(交通科学与工程版)，2003；27：690) [9]Huo D H,Liang Y C,Cheng K,Dong S.J Harbin Inst Technol(New Series),2003;10:408 [10]Miller R,Tadmor E B.J Comput-Aided Mater Des,2002; 9:203 [11]Li Q K,Zhang Y,Chu W Y.Acta Metall Sin,2004;40: 1238 (李启楷，张跃，褚武扬．金属学报．2004；40：1238) [12]Tadmor E B.PhD Dissertation,Brown University,Prov- idence,Rhode Island,1996 [13]Shenoy V B,Miller R M,Tadmor E B,Phillips R,Ortiz M.Phys Rev Lett,1998;80:742 [14]Shenoy V B,Miller R M,Tadmor E B,Rodney D,Phillips R,Ortiz M.J Mech Phys Solid,1999;47:611 [15]Ercolessi F,Adams J B.Europhys Lett,1994;28:583 [16]Foiles S M,Baskes M I,Daw M S.Phys Rev,1986;33B: 7983L [1] 赵亚峰, 刘苏杰, 陈云, 马会, 马广财, 郭翼. 铁素体-贝氏体双相钢韧性断裂过程中的夹杂物临界尺寸及孔洞生长[J]. 金属学报, 2023, 59(5): 611-622. [2] 侯娟, 代斌斌, 闵师领, 刘慧, 蒋梦蕾, 杨帆. 尺寸设计对选区激光熔化304L不锈钢显微组织与性能的影响[J]. 金属学报, 2023, 59(5): 623-635. [3] 于少霞, 王麒, 邓想涛, 王昭东. GH3600镍基高温合金极薄带的制备及尺寸效应[J]. 金属学报, 2023, 59(10): 1365-1375. [4] 朱彬, 杨兰, 刘勇, 张宜生. 基于纳米压痕逆算法的热冲压马氏体/贝氏体双相组织的微观力学性能[J]. 金属学报, 2022, 58(2): 155-164. [5] 兰亮云, 孔祥伟, 邱春林, 杜林秀. 基于多尺度力学实验的氢脆现象的最新研究进展[J]. 金属学报, 2021, 57(7): 845-859. [6] 孙小钧, 何杰, 陈斌, 赵九洲, 江鸿翔, 张丽丽, 郝红日. Fe含量对Zr60Cu40-xFex相分离非晶合金组织结构、电阻性能和纳米压痕行为的影响[J]. 金属学报, 2021, 57(5): 675-683. [7] 屈瑞涛, 王晓地, 吴少杰, 张哲峰. 金属玻璃的剪切带变形与断裂机制研究进展[J]. 金属学报, 2021, 57(4): 453-472. [8] 曹庆平, 吕林波, 王晓东, 蒋建中. 物理气相沉积制备金属玻璃薄膜及其力学性能的样品尺寸效应[J]. 金属学报, 2021, 57(4): 473-490. [9] 王霞, 王维, 杨光, 王超, 任宇航. 激光沉积薄壁结构热力演化的尺寸效应[J]. 金属学报, 2020, 56(5): 745-752. [10] 刘继召, 黄鹤飞, 朱振博, 刘阿文, 李燕. 氙离子辐照后Hastelloy N合金的纳米硬度及其数值模拟[J]. 金属学报, 2020, 56(5): 753-759. [11] 黄森森,马英杰,张仕林,齐敏,雷家峰,宗亚平,杨锐. α+β两相钛合金元素再分配行为及其对显微组织和力学性能的影响[J]. 金属学报, 2019, 55(6): 741-750. [12] 赵鹏越, 郭永博, 白清顺, 张飞虎. 基于微观结构的多晶Cu纳米压痕表面缺陷研究[J]. 金属学报, 2018, 54(7): 1051-1058. [13] 张广平, 陈红蕾, 罗雪梅, 张滨. 微纳米尺度金属导电材料热疲劳研究进展[J]. 金属学报, 2018, 54(3): 357-366. [14] 马也飞, 宋竹满, 张思倩, 陈立佳, 张广平. 小尺度CA6NM马氏体不锈钢样品疲劳性能评价研究[J]. 金属学报, 2018, 54(10): 1359-1367. [15] 徐宏扬,柯海波,黄火根,张培,张鹏国,刘天伟. U65Fe30Al5非晶合金的纳米压痕蠕变行为研究[J]. 金属学报, 2017, 53(7): 817-823. Viewed Full text Abstract Cited   Shared      Discussed