[发明专利]硬度测试方法、硬度测试机、和计算机可读存储介质

说明书

技术领域

本发明涉及硬度测试方法、硬度测试机和存储程序的计算机可读存储介质。

背景技术

现有技术已知的有例如维氏硬度测试机等基于在试样的表面上压入加载有预定载荷的压头来形成凹痕以评估和测量硬度的压入式硬度测试机(见例如日本专利申请特开2005-326169号公报)。

此外，还已知被称作纳米压入(nanoindentation，计量化压入测试)的测试方法，该方法连续测量测试力(加载于压头上的作用力)F和压入深度(压头的位移量)h，以通过分析在压入过程中获得的压入曲线(F-h曲线)，来代替观察压入后形成的凹痕，获取材料的机械性能(见例如日本专利申请特开2009-47427号公报)。

纳米压入作为对于因例如凹痕尺寸小等主要因素而造成凹痕观察困难的材料的评价方法是有效的。因此，纳米压入因适于评价作为各种机械和结构不可缺少的构成材料的塑料和薄膜材料的机械性能而广受关注。

对于纳米压入，国际标准ISO(国际标准化组织)14577规定了被称作压入硬度H_IT的硬度的参数，使用压入硬度H_IT来评价薄膜材料等的事例近来也有所增加。压入硬度H_IT被认为是与维氏硬度具有相关性的值。

这里，示出ISO 14577规定的压入硬度H_IT的分析方法。

图7是F-h曲线的示意图。纵轴表示测试力F，而横轴表示压入深度h。

压入硬度H_IT作为最大测试力(设定测试力)Fmax除以最大压入时压头的试样的接触投影面积Ap(hc)所得的值，由以下公式(1)定义出：

H_IT＝Fmax/Ap(hc)    (1)

然后，例如，接触投影面积Ap(hc)从贝氏(Berkovich)压头的几何形状表示为以下公式(2)：

Ap(hc)＝23.96hc²    (2)

此外，hc被称作接触深度，并通过使用最大压入深度hmax、和载荷卸载曲线的初始部分的切线与压入深度轴的交点hr，表示为以下公式(3)：

Hc＝hmax-0.75(hmax-hr)    (3)

ISO 14577规定的压入硬度H_IT的前述分析方法是由Oliver和Phart提出的，通过他们的研究确知压入硬度H_IT与维氏硬度HV之间存在相关性。

然而，他们在研究中使用的样品是例如金属等塑性行为的趋势强的样品、和例如熔融硅石等表现出弹性变形和塑性变形混合变形的、即清楚表现出弹塑性行为的样品，而他们并未调查例如橡胶材料和非晶态材料等表现弹性行为的趋势强的材料。在还将表现弹性行为的趋势强的材料包括为对象的纳米压入中，难以将ISO 14577中规定的压入硬度H_IT看成等价于维氏硬度HV。

例如，图8示出了铜、铍铜(Cu-Be)、工具钢(SK85)、熔融硅石(fusedsilica)、丙烯酸类树脂、聚丙烯(PP)和类金刚石碳(DLC，diamond-like carbon)膜的维氏硬度HV与压入硬度H_IT之间的关系。其纵轴表示压入硬度H_IT，而横轴表示维氏硬度HV。

图8中的直线通过以下公式(4)使用系数C来表示压入硬度H_IT和维氏硬度HV。

H_IT＝C₁·HV    (4)

具体地说，图8中的直线表示系数C₁设定为1.25时的公式(4)。另外，作为系数C₁不等于1(HIT≠HV)的原因，例如可考虑以下一些因素：例如对于压入硬度H_IT的计算使用的是投影面积而不是表面面积这点；例如压头的尖端形状和表面检测误差等纳米压入特有的误差的因素；等等。在任和情况下，可以说，除DLC膜以外的样品的维氏硬度HV和压入硬度H_IT的值是具有相关性的，虽然值不相等。

另一方面，DLC膜的维氏硬度HV和压入硬度H_IT的值大大偏离直线，这个事实表明在ISO 14577规定中的将压入硬度H_IT与维氏硬度HV作等价处理的方法对于DLC膜是有问题的。

也就是说，在使用橡胶材料或非晶态材料等作为试样的情况下，在纳米压入中求取相当于维氏硬度HV的值的手法是不成立的。

发明内容