计算弹性模量方法——纳米压痕再加载曲线

测量小尺寸样品的弹性模量和微观结构特征具有许多优点。弹性模量都可以通过使用一种称为仪器压痕仪（IIT）的设备来测量，为了测量压痕弹性模量，仪器必须数字记录压痕过程中的位移和力。卸载曲线的斜率通常用于计算弹性模量。

纳米压痕技术在测量薄膜的机械性能方面取得了广泛的成功。然而，当使用这些分析技术中的任何一种来测量金属的弹性模量时，结果与实际的拉伸测试值相去甚远。Doerner和Nix^[1]使用纳米压痕，而已知模量为420GPa。Rodríguez和Gutierrez^[2]发现铝的压痕弹性模量超过80GPa，而已知的弹性模量为70GPa。Garrido Maneiro和Rodríguez^[3]对球形-锥形尖端的纳米压痕进行了研究，并观察到两种铝合金的弹性模量随着载荷的增加而增加。金属的这种膨胀弹性模量值通常归因于压痕堆积、压痕尺寸效应和弹性恢复。

压痕试验类似于压缩试验，压头下的应力与拉伸下的圆棒或扁棒中的应力不同。此外，压头边缘周围自由表面材料的横向位移意味着在卸载过程中不会保持单轴应力场。压痕试验类似于压缩试验，压头下的应力与拉伸下的圆棒或扁棒中的应力不同。此外，压头边缘周围自由表面材料的横向位移意味着在卸载过程中不会保持单轴应力场。

另一方面，非金属材料，如熔融二氧化硅、钠钙玻璃和硅，在压痕过程中不会形成堆积，因此卸载曲线提供了良好的弹性模量结果。

[1] Doerner M F, Nix W D. A method for interpreting the data from depth-sensing indentation instruments[J]. Journal of Materials research, 1986, 1(4): 601-609.

[2] Rodrıguez R, Gutierrez I. Correlation between nanoindentation and tensile properties: influence of the indentation size effect[J]. Materials Science and Engineering: A, 2003, 361(1-2): 377-384.

[3] Maneiro M A G, Rodríguez J. Pile-up effect on nanoindentation tests with spherical–conical tips[J]. Scripta materialia, 2005, 52(7): 593-598.

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