[发明专利]一种测试金属材料在不同压入深度的硬度的方法

权利要求书

1.一种测试金属材料在不同压入深度的硬度的方法，其特征在于：先将试样进行抛光处理，使其表面光亮，随后进行纳米压痕实验，得到载荷-位移曲线、弹性模量、接触刚度等数据，最后通过一系列公式计算出金属材料在不同深度的硬度，具体包括以下步骤：

A、试样的处理：将金属表面经砂纸打磨后用抛光机抛光至镜面效果，随后放入装有无水乙醇的烧杯中，在超声波清洗机内清洗5-10分钟，再用去离子水冲洗10-30s，以清除其表面的残留物；

B、纳米压痕测试：对步骤A中处理后的金属进行10-20次纳米压痕测试，得到载荷-位移曲线，金属的弹性模量E和该深度下的接触刚度S_h；

C、硬度的计算：从步骤B中得到载荷-位移曲线中选取一条典型的曲线，进行数据处理，对于折合弹性模量Er，有如下关系式

其中v为试样的泊松比，v_i＝0.07为Berkovich压头的泊松比，E_i＝1141GPa为Berkovich压头的弹性模量，根据公式计算出压头与试样的接触面积Ac，由此最终得到硬度值H如下

其中P为载荷；

步骤C，所述的压头与试样的接触面积Ac计算公式为

其中，S是试样的接触刚度，Er为折合弹性模量，β是一个与压头几何形状有关的常数，对于Berkovich压头，β＝1.034，S与压痕深度h有如下关系式

S＝(S_h/h_L)h (4)

其中，S_h和h_L分别为最大深度处的接触刚度和位移；

步骤C，所述的硬度值H根据公式(2)，(3)，(4)最终得到如下关系

其中，P为载荷。

2.根据权利要求1所述的一种测试金属材料在不同压入深度的硬度的方法，其特征在于：步骤A，所述的砂纸打磨过程是将金属表面依次经过360号、600号、1000号、1500号的金相砂纸打磨至平整。

3.根据权利要求1所述的一种测试金属材料在不同压入深度的硬度的方法，其特征在于：步骤B，所述的纳米压痕测试的加载方式为恒应变速率加载或恒载荷速率加载。

4.根据权利要求1所述的一种测试金属材料在不同压入深度的硬度的方法，其特征在于：步骤B，所述的纳米压痕测试在最大载荷处保载0-1000s。

5.根据权利要求1所述的一种测试金属材料在不同压入深度的硬度的方法，其特征在于：步骤B，所述的弹性模量和最大深度下的接触刚度为10-20次纳米压痕测试得到结果的平均值。

6.根据权利要求1所述的一种测试金属材料在不同压入深度的硬度的方法，其特征在于：步骤C，所述的折合弹性模量指整个力学系统的弹性模量，包括金刚石压头和试样。