GB/T 22458-2008儀器化納米壓入試驗(yàn)方法通則

犐犆犛１９．０６０

犃４２

中華人民共和國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)

犌犅／犜２２４５８—２００８

儀器化納米壓入試驗(yàn)方法通則

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２００８１０２９發(fā)布２００９０５０１實(shí)施

中華人民共和國(guó)國(guó)家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局

發(fā)布

中國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì)

書(shū)

犌犅／犜２２４５８—２００８

目次

前言!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!Ⅲ

引言!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!Ⅳ

１范圍!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!１

２規(guī)范性引用文件!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!１

３術(shù)語(yǔ)和定義、符號(hào)!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!１

４測(cè)試原理!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!４

５儀器要求!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!５

６試樣要求!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!６

７環(huán)境要求!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!６

８測(cè)試程序!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!６

９試驗(yàn)結(jié)果的不確定度!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!７

１０試驗(yàn)報(bào)告!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!８

附錄Ａ（規(guī)范性附錄）壓頭面積函數(shù)的確定方法!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!９

附錄Ｂ（規(guī)范性附錄）壓頭的要求!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!１１

附錄Ｃ（資料性附錄）基于載荷—深度數(shù)據(jù)確定硬度和材料參數(shù)的方法!!!!!!!!!!!１５

附錄Ｄ（資料性附錄）金剛石壓頭的注意事項(xiàng)!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!１９

附錄Ｅ（規(guī)范性附錄）標(biāo)準(zhǔn)樣品的要求!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!２０

附錄Ｆ（規(guī)范性附錄）儀器柔度的確定方法!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!２２

附錄Ｇ（資料性附錄）基于壓入能量關(guān)系確定硬度和模量的方法!!!!!!!!!!!!!!２４

附錄Ｈ（資料性附錄）基于壓入連續(xù)接觸剛度確定硬度和模量的方法!!!!!!!!!!!!２６

附錄Ｉ（規(guī)范性附錄）儀器的校準(zhǔn)和檢驗(yàn)方法!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!２９

參考文獻(xiàn)!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!３３

Ⅰ

書(shū)

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前言

本標(biāo)準(zhǔn)的附錄Ａ、附錄Ｂ、附錄Ｅ、附錄Ｆ、附錄Ｉ為規(guī)范性附錄，附錄Ｃ、附錄Ｄ、附錄Ｇ、附錄Ｈ為

資料性附錄。

請(qǐng)注意本標(biāo)準(zhǔn)的某些內(nèi)容有可能涉及專利。本標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)布機(jī)構(gòu)不應(yīng)承擔(dān)識(shí)別這些專利的責(zé)任。

本標(biāo)準(zhǔn)由全國(guó)納米技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)（ＳＡＣ／ＴＣ２７９）提出并歸口。

本標(biāo)準(zhǔn)起草單位：寶山鋼鐵股份有限公司、中國(guó)科學(xué)院力學(xué)研究所。

本標(biāo)準(zhǔn)主要起草人：王秀芳、張?zhí)┤A、宋洪偉、楊曉萍、楊榮、郇勇。

Ⅲ

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引言

受光學(xué)顯微鏡分辨能力的限制，常規(guī)顯微硬度試驗(yàn)方法難以向納米尺度延伸，基于深度測(cè)量的儀器

化納米壓入技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。該技術(shù)從測(cè)量的尺度、原理、參數(shù)等方面均發(fā)生了顯著變化，主要體現(xiàn)在：

———用壓入載荷和深度的實(shí)時(shí)測(cè)量取代殘余壓痕對(duì)角線的測(cè)量，實(shí)現(xiàn)了測(cè)量尺度的納米化和操作

過(guò)程的自動(dòng)化；

———通過(guò)建立合適的力學(xué)模型，可以獲得硬度和多種材料參數(shù)，如壓入模量；

———可以研究材料在整個(gè)加卸載過(guò)程中的力學(xué)響應(yīng)。

近年來(lái)，國(guó)內(nèi)納米壓入試驗(yàn)技術(shù)發(fā)展迅速，正逐漸成為納米力學(xué)表征領(lǐng)域最重要的試驗(yàn)手段。然

而，利用該技術(shù)進(jìn)行試驗(yàn)，易受儀器、環(huán)境、方法、樣品以及試驗(yàn)人員等諸多因素的影響，這往往導(dǎo)致結(jié)果

的可比性差。因此，迫切需要通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)化來(lái)規(guī)范儀器化納米壓入試驗(yàn)方法。

２００２年，ＩＳＯ１４５７７１：２００２《金屬材料硬度和材料參數(shù)的儀器化壓入試驗(yàn)第１部分：試驗(yàn)方

法》、ＩＳＯ１４５７７２：２００２《金屬材料硬度和材料參數(shù)的儀器化壓入試驗(yàn)第２部分：試驗(yàn)機(jī)的檢驗(yàn)和校

準(zhǔn)》、ＩＳＯ１４５７７３：２００２《金屬材料硬度和材料參數(shù)的儀器化壓入試驗(yàn)第３部分：標(biāo)準(zhǔn)塊的校準(zhǔn)》（英

文版）發(fā)布。２００７年，ＡＳＴＭＥ２５４６０７《儀器化壓入試驗(yàn)規(guī)程》發(fā)布。本標(biāo)準(zhǔn)的編寫(xiě)，參考了上述標(biāo)準(zhǔn)

的適用部分，同時(shí)考慮了未來(lái)的技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)，新增了兩個(gè)附錄。由于目前國(guó)內(nèi)主要使用納米壓入儀進(jìn)

行儀器化壓入試驗(yàn)，因此，本標(biāo)準(zhǔn)的適用范圍限制在該類儀器的使用范圍內(nèi)。

Ⅳ

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儀器化納米壓入試驗(yàn)方法通則

１范圍

本標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了對(duì)儀器化納米壓入試驗(yàn)用儀器的能力要求和試驗(yàn)的基本方法，還規(guī)定了對(duì)儀器校準(zhǔn)

和檢驗(yàn)、壓頭、標(biāo)準(zhǔn)樣品的要求，以及儀器柔度和壓頭面積函數(shù)的確定方法，并給出了確定硬度和材料參

數(shù)所需的數(shù)據(jù)分析方法和壓頭使用的注意事項(xiàng)。

本標(biāo)準(zhǔn)適用于測(cè)試各種體材料和薄膜的硬度、模量等，其壓入深度范圍通常在納米量級(jí)，也可以擴(kuò)

展至幾微米。

２規(guī)范性引用文件

下列文件中的條款通過(guò)本標(biāo)準(zhǔn)的引用而成為本標(biāo)準(zhǔn)的條款。凡是注日期的引用文件，其隨后所有

的修改單（不包括勘誤的內(nèi)容）或修訂版均不適用于本標(biāo)準(zhǔn)，然而，鼓勵(lì)根據(jù)本標(biāo)準(zhǔn)達(dá)成協(xié)議的各方研究

是否可使用這些文件的最新版本。凡是不注日期的引用文件，其最新版本適用于本標(biāo)準(zhǔn)。

ＧＢ／Ｔ１５０００．３標(biāo)準(zhǔn)樣品工作導(dǎo)則（３）標(biāo)準(zhǔn)樣品定值的一般原則和統(tǒng)計(jì)方法

ＧＢ／Ｔ１３６３４—２０００試驗(yàn)機(jī)檢驗(yàn)用測(cè)力儀的校準(zhǔn)（ＩＳＯ３７６：１９９９，ＩＤＴ）

ＪＢ／Ｔ