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第十三章 表面力学性能测定..

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表面能测试方法

表面能测试方法

表面能的测试方法一、接触角法（碳纤维）这种方法主要参考Fowkes 的模型，该模型认为表面能是由可对材料表面引起作用的各种作用力引起的，并将固体和液体的表面自由能分解为色散作用成分、偶极作用成分、诱导作用成分、氢键作用成分、π键作用成分、静电作用成分和给体－受体作用成分之和。

OWRK 法建立在Fowkes 固体表面能加和理论基础之上，将固体表面自由能分为色散和极性分量，分别反映接触相之间不同分子类型间的作用力。

通过测试碳纤维与各种已知性质的小分子的接触角来计算碳纤维的表面能、色散分量和极性分量。

DCAT21 表面/界面张力仪，Dataphysics 仪器股份有限公司。

用吊片法测试四种小分子探测液体与碳纤维的前进接触角，每种小分子液体的接触角均为至少 5 次实验的平均值，将前进接触角代替杨氏接触角进行纤维表面自由能的计算。

由于纤维单丝的分散性较大，为了减少单丝分散性带来的测试误差，本文将4根碳纤维单丝均匀的黏在圆形夹具上，保证每根之间相互平行，并垂直于夹具底边，以保证4 根纤维同时与液面接触。

OWRK 法建立在Fowkes 固体表面能加和理论基础之上，将固体表面自由能分为色散和极性分量，分别反映接触相之间不同分子类型间的作用力。

Owens 和Wendt 认为固液两接触相间的界面张力可表述如下:式中分别为固体总表面能、色散分量和极性分量;表示测试液体表面张力、色散分量及极性分量，且满足将上述方程与杨氏方程结合得到:理论上，若能确定两种液体( 已知) 在固体表面的接触角，即可应用上述方程计算固体表面能和色散、极性分量。

以上是用OWRK 法计算表面能。

二、反相气相色谱法（IGC法）IGC 法: 英国SMS公司。

用甲烷测量死体积，载气为氦气，流速为10sccm。

测试时探针箱温度35℃，柱温箱温度30℃，相对湿度为0% 。

注射浓度是0. 04 p / po。

纤维装在经过惰性处理的玻璃柱内，质量为0. 800g 左右。

材料力学性能测试

材料力学性能测试
4.冲击剥离 为了研究粘合剂与层压材料之间的粘接强度，将试样用粘合 剂粘接，试验时夹紧下试样，使冲击刀刃贴近粘接层冲击上 试块，以测定粘接层的抗冲击能力。
第17页/共94页
冲击实验的方法很多，但国际上常规冲击实验只有两种： 简支梁式冲击弯曲实验：实验时试样处于三点弯曲受力 状态。也称“夏比”(Charpy)冲击实验 悬臂式冲击弯曲实验： 实验时试样处于悬臂弯曲状态， 也称“艾佐”(lzod)冲击实验 （如图）
4.检查及试车 完成以上步骤后,开动试验机,预加少量载荷(其对应的应力不 能超过材料的比例极限)后,卸载回零点,以检查试验机工作是 否正常。
5.进行试验 开动试验机使之缓慢匀递加载。注意观察测力指针的转动、自 动绘图的情况和相应的试验现象。当测力指针不动或倒退时,
说明材料开始屈服,记录屈服载荷Fs ，加载至试件断裂后停机， 由随动指针读出最大载荷Fb 。取下试件，将断裂试件的两段 对齐并尽量靠紧，用游标卡尺测量断裂后标距段的长度l1；测 量断口(颈缩)处的直径d1 ，计算断口处的横截面面积A1 。
图b为灰铸铁压缩曲线。一般其抗压强度极限为抗拉强度 极限的3至4倍。此外，还可测得灰铸铁压缩时的某些塑 性指标，如相对压缩率和截面扩展率等。灰铸铁压缩破 坏断口为斜面,如图。
第26页/共94页
低碳钢和铸铁等金属材料的压缩试样一股制成圆柱体， 其高h0与直径d0之比在1至3的范围内。
其理由是：目前常用的压缩实验方法是两端平压法， 这种压缩实验方法，试样的上、下两端与实验机承垫 之间会产生根大的摩擦力,它们阻碍试样上部及下部的 横向变形,导致测得的抗压强度较实际偏高。当试样的 高度相对增加时，摩擦力对试样中部的影响就可变小， 因此抗压强度与比值h0/d0有关。
第12页/共94页

第十三章混凝土的力学性能

第十三章混凝土的力学性能
状态，如受拉和多轴应力状态下的破坏过程也与 此相似。
第七页，编辑于星期三：一点 八分。
混凝土的强度远低于粗骨料本身的强度，当
混凝土破坏后，其中的粗骨料一般无破坏的迹象， 裂缝和破碎都发生在水泥砂浆内部。
所以、混凝土的强度和变形性能在很大程度 上取决于水泥砂浆的质量和密实性。任何改进和
提高水泥砂浆质量的措施都能提高混凝土强度和
棱柱体试件达到极限强度 f 时的相应峰值应变
c
εp称为极限应变。 εp虽然有稍大的离散度，但是随
混凝土强度
(f
c或
f cu
)而单调增长的规律十分明显
(图
13－4)，各国研究人员建议了多种经验计算式。当
混凝土强度 fc=20 ～100N/mm 2时，给出的关系式为 :
式中，混? p凝?土(棱70柱0体?抗17压1强.9度 fcfc)的?单1位0?为6 N/m(m132-。2)
当然，它更不能代表实际结构中应力状态和环 境条件变化很大的混凝土真实抗压强度。
第十四页，编辑于星期三：一点 八分。
2. 棱柱体试件的受力破坏过程
为了消除立方体试件两端局部应力和约束变形的影 响，最简单的办法是改用棱柱体（或圆柱体）试件进行抗 压试验。
根据 San Vinent 原理，加载面上的不均匀垂直应力
究。 试验证实了混凝土在受力之前就存在初始微裂
缝，且都出现在较大的粗骨料的界面。开始受力后
直到极限荷载（ σmax ），混凝土的微裂缝逐渐增多
和扩展的过程，可以分作 ３个阶段 。
第三页，编辑于星期三：一点 八分。
（1）微裂缝相对稳定期 （σ/σmax <0.3~0.5 ）
这时混凝土的压应力较小，虽然有些微裂缝的 尖端因应力集中而沿界面略有发展，也有些微裂缝和 间隙因受压而有些闭合，对混凝土的宏观变形性能无

东华纺材第十三章--纱线加工性能与品质评定

东华纺材第十三章--纱线加工性能与品质评定
2. 工艺条件 喂入长丝的组数，各组丝喂入张力的一致 加捻量及加捻后的稳定性处理
3. 提高变形效率的方法 改善长丝自身的性状及其均匀性 选择较优的工艺条件或方案
（1） 长丝自身的性状及其均匀性 稳定的聚集态结构，以保证变形长丝纱的力学性能
和可变形量； 合适的单丝粗细，提高变形加工速度和变形效果； 均匀的细度和表面形态，保证变形效果的均匀性； 可变形和定形的分子结构和聚集态结构，以实现变
线密度
(Ne) (80~44) (80~44) (43~24) (43~24) (23~8) (23~8) (23~8)
股数
2 3 2 3 2 3 4
单线强力变异系数CV/(%) 不大于
15 13 13 11 11 9 9
表13-9 耐洗色牢度和耐摩擦色牢度要求
一等品
耐洗色牢度
试样变色
贴衬织物沾色
耐摩擦牢度
干摩擦
湿摩察
3~4
3~4
3~4
3~4
二等品 低于一等品
产品长度/m 200及以内 201~1000 1001~5000 5001以上
表13-10长度允许公差
一等品 ±3% ±2.5% ±2% ±1.5%
二等品 –6% –4% –3% –2%
产品长度/m 200及以内 201~1000 1001~5000
表13-5 涤纶低弹网络丝外观指标
序号
项目
单位
1
色泽
<77.8dtex（70D）
2
毛 77.8~144.4（dtex） 丝 (70~130D)
个/筒
>144.4dtex(130D)
3
油污水
cm2
4

饲料设备维修工-第十三章

饲料设备维修工-第十三章
第九页，编辑于星期一：点 四十九分。
2．坡口形式 坡口是在工件的待焊部位加工一定
几何形状，经装配后构成的沟槽。常用的坡口形式
有I形、V彤、X形、K形等。 对于一般对接接头，工件厚度小于6mm时，可 不开坡口；工件厚度大于6mm时，为了保证焊 缝有效厚度或焊透，并改善焊缝成型，可根 据需要采用不同形式的坡口。
3)后移收弧法：如图13-1所示，焊条到焊缝尽头端，由运棒位置1移动到位置2， 待填满弧坑后，再移到位置3，并慢慢拉断电弧。碱性焊条宜采用此法收弧 。
第十七页，编辑于星期一：点 四十九分。
4)焊道接头：前一根焊条焊完后，马上换第二根焊条时 ，可趁前一根焊条的熔渣还处于高温发黏状态引弧，或 在稍前处引弧。引弧后将电弧移向原熔池，稍稍拉长一 点电弧，预热并填满弧坑后，再向前运条。如果换焊条 后相隔时间稍长，坑内熔渣已冷，则应用敲渣锤除渣后 再引弧焊接，以免夹渣。
第二页，编辑于星期一：点 四十九分。
(二)焊接设备和工具
手工电弧焊设备主要是电焊机，其他还有焊钳、焊接电缆、面罩、 敲渣锤等辅助设备和工具。目前，我国的手弧焊机有三大类：弧焊 变压器、直流弧焊发电机和弧焊整流器。
1.弧焊变压器 也称为交流孤焊机，它输出的电压随输出的电流( 负载)的变化而变比，可适应空载、引弧及正常工作的需要。 输出电流可根据需要进行调节。 2.直流弧焊发电机 是由交流电动机和直流发电机组成的。虽然具 有稳弧性好、经久耐用的优点，但由于结构复杂且成本高，已逐 渐被弧焊整流器所取代。 3.弧焊整流器 是通过整流元件，将弧焊变压器输出的交流电转 变为直流电的直流电焊机。它具有重量轻、体积小、工作无噪 声、电弧稳定、飞溅少等优点。
将焊条像擦火柴一样在焊件上划一下，引着电弧后，立即使焊条末端与

精选混凝土结构现场检测技术标准教材

精选混凝土结构现场检测技术标准教材
2、结构功能性检测：是为结构功能性评估机构提供尽量充分的数据与信息，便于评估机构确定采取适当处理措施的决策。当为6种情况评定提供必要的信息和数据时，可进行结构功能性的检测结构功能性场检测宜为评定机构提供真实的检测数据、充分、可靠的检测结果和明确的检测结论。
3.2 检测工作的基本程序与要求
现场检测工作可接受单方委托，存在质量争议的工程质量检测宜由当事各方共同委托或由相关建设行政主管部门委托。初步调查应以明确委托方的检测要求和制定有针对性的检测方案检测方案宜包括9项内容现场检测的测区和测点应有明晰标注和编号，标注和编号宜保留一定时间。
4.2 混凝土抗压强度
现场检测应提供结构混凝土在检测龄期相当于150mm立方体抗压强度特征值的推定值 （根据样本参数对母体具有95%保证率特征值的推定值）工程质量检测时：推定值与设计强度比较结构功能性评定：依据推定值确定构件性能评定时混凝土材料强度参数的取值。
检测可采用间接法中的回弹法、超声-回弹综合法或后装拔出法，也可采用直接测定抗压强度的钻芯法。间接法需要修正：采用钻芯法或同条件养护试件进行修正，且采用修正量修正量=钻芯（或试件）强度-间接法推定值单个构件
9.6钢筋力学性能检测
取样法进行（检验和测定）试样截取的操作取样数：至少两根，分成两组（拉伸和冷弯）判定：工程质量检测：与产品标准限定的合格指标比较，不符合的情况：2种结构功能性检测：达不到标准合格指标时，再截取两根，4个拉伸和4个冷弯中最差的指标为测定值。火损构件钢筋性能：测定值低于标准性能指标时，取测定的最低值为测定值锈蚀钢筋力学性能：将最差值与标准指标合格指标的上限比较，以比值作为衡量性能劣化的指标。
表层力学性能：抗压强度、抗拉强度酥松区域力学性能：取样法。比对法确定酥松区域力学性能的下降量。

第十三章 表面力学性能测定


0
P－抛光，G－磨削，B－喷砂
Ù ç Ø É Á ½ Ô º Lc/N
300
基体硬度对DtC 、LC的影响
240 ÷Ó ¡ ¦ c(MPa) 220 Lc(N) 40 200 30 20 180 10 160 20 52 HRC 62 0 60 50
÷Ó ¡ ¦ c(MPa)
Lc(N)
滚动接触疲 劳对基体硬 度不敏感
4mm Al膜纳米压入法测定结果 与拉伸分离法测定结果比较
二.膜基结合强度的评定
有效的结合强度测试方法应满足的基本条 件： 1，膜层从基体分离，失效发生在界面。 2，力学模型简单，得到的力学参量对界面因 素敏感，对非界面因素不敏感。 3，符合工况，即界面分离是在一个较长时间 过程中完成的，并非一次性破坏。
H0 f H0 s ( Kc - Ks )/(2Ct )
其中，Kc和Ks分别为Hc及Hs与d倒数曲线的斜率；H0f、H0s分 别为薄膜和基体的本征硬度，t为膜厚；0.5≤C≤1.0，常数C 的值在膜基硬度差较小时为1，而薄膜硬度值远大于基体时 取0.5。该方法可用一般的显微硬度计计算出膜的本征硬度， 简便实用。
3 2 1 0
滚珠半径与最大正应力和界面切应力幅的关系
0(GPa)
4
Dt(MPa)
结 语
1，表征结合强度大小的切应力幅Dtc是一个 对界面因素敏感（如膜的成分和基体表面 状态），而对非界面因素（基体硬度和膜 厚）不敏感的力学参量。 2，膜基剥落经历较长周次的疲劳过程与工 况比较接近。 3，应力计算的模型均采用弹性力学方法， 所有它只适用于硬膜和硬基体之间的结合 强度。
C.薄膜硬度的间接测试法
• 对很薄的膜，多数情况下得到的硬度仍是 膜和基体的复合硬度。 • 间接测试法是试图在已知基体硬度的基础 上从膜－基复合硬度中分离出膜的本征硬 度，为此建立相应的模型。 • Jonsson和 Hogmark提出的面积等效模型 是较为成功的一种。 • 用努氏压头和能量分配模型可较准确地获 得薄膜本征硬度。

砌体结构基本知识

第十三章砌体结构基本知识砌体结构的定义：以块材和砂浆砌筑而成的墙、柱作为建筑物主要受力构件的结构均可称为砌体结构。

砌体结构是以受压为主的结构形式。

砌体结构的优缺点优点：⑴便于就地取材；⑵成本低廉；⑶耐久性较好：砖石材料具有良好的耐火性、化学稳定性和大气稳定性；砖石材料具有较好的隔热、隔音性能；此外，砌体结构施工中不需要特殊的设备。

缺点：⑴砌筑劳动强度大；⑵结构自重大；⑶构件强度较低，承载力有限。

砌体结构的应用砌体结构广泛用于多层建筑结构中。

我国目前砖砌体材料约占85%以上。

§13-1 砌体材料及其力学性能一、砖石材料砖石材料一般分为天然石材和人工砖石两类；天然石材：当自重大于18N/m3的称为重石，如花岗石、石灰石、砂石等；当自重小于18N/m3的称为轻石，如凝灰石、贝壳灰岩等；重石材由于强度大，抗冻性、抗水性、抗汽性均较好，通常用于建筑物的基础和挡土墙等。

人工砖石：经过烧结的普通砖、粘土空心砖、陶土空心砖；以及不经过烧结的硅酸盐砖、矿渣砖、混凝土砌块、土坯等。

普通粘土砖全国统一规格：240x115x53，具有这种尺寸的砖称为标准砖；空心砖分为三种型号：KP1(240x115x90)、KP2 (240x180x115)、KM1 (190x190x90)。

前两种可以与标准砖混砌；块体的强度等级：烧结普通砖、烧结多孔砖：MU30、MU25、MU20、MU15、MU10；蒸压灰砂砖、蒸压粉煤灰砖：MU25、MU20、MU15、MU10； 块体的强度等级：MU20、MU15、MU10、MU7.5、MU5；石材的强度等级：MU100、MU80、MU60、MU50、MU40、MU30、MU20，块体（Masonry Unit ）的缩写。

二、砂浆砂浆是由砂、矿物胶结材料与水按合理配比经搅拌而制成的； 砌体结构对砂浆的基本要求：强度、可塑性（流动性）、保水性； 砂浆的强度等级：边长为70毫米的立方体试块在150C- 250C 的室内自然条件下养护24小时，拆模后再在同样的条件下养护28天，加压所测得的抗压强度极限值；砂浆的强度等级：M15、M10、M7.5、M5、M2.5，其中M 表示Mortar 的缩写； 砂浆的分类：水泥砂浆、混合砂浆（如水泥石灰砂浆、水泥粘土砂浆）、非水泥砂浆（如环氧树脂砂浆）。

第十三章 机械零件设计基础


摩擦学设计基础
四、润滑与润滑设计
润滑的作用：降低摩擦副的摩擦、减少磨损，以及冷却、密封、 防锈和减振等。 按润滑剂形态润滑分： 无润滑：采用有自润滑性的材料制作，不再加入任何润滑剂的摩擦副 固体润滑：在摩擦副间形成固体润滑膜,抑制摩擦表面相互粘结,使剪
切发生在固体润滑膜内,以减少磨损 目前固体润滑尚无理论计算公式，通常都是根据实验限制摩擦副的载 荷、速度和它们的乘积，即 p≤[p]， v≤[v]， pv≤[pv]
摩擦学设计的目标和主要内容 摩擦学失效 摩擦学设计基础
摩擦学设计的目标和主要内容 目标：保证摩擦功耗最低，节约能源；降低材料消耗(包 括摩擦副本身、备件和润滑剂材料)；提高机械装备的可 靠性、工作效能和使用寿命。 主要内容 摩擦副设计 摩擦副设计的任务是选择摩擦副的类别、 形状、尺寸、材料、工艺与表面处理方法和润滑方式。摩 擦副零件原则上应尽可能采用标准化、系列化的商品； 润滑系统设计 润滑系统设计包括润滑剂选取，润滑剂 循环装置、冷却装置和过滤装置等的设计； 摩擦副的状态监测及故障诊断装置设计 摩擦学系统需 要监测的参数有：摩擦表面特性参数，摩擦副工作参数， 摩擦副材料与润滑剂的摩擦学性能等。
机械零件的计算准则
挤压强度 挤压应力：两零件之间为面接触时，在载荷作用 下，接触表面上产生的应力，用 p 表示。 挤压强度：在挤压应力作用下的强度。其强度条件为：
p
≤［ ］ p
挤压应力作用下，接触面的失效形式是－－“压溃” 。 相互挤压表面上的挤压应力相等。
机械零件的计算准则
二、疲劳强度
摩擦学设计基础
三、磨损及其控制 在一定的摩擦条件下，磨损过程分为三个阶段：即磨 合、稳定磨损和剧烈磨损阶段。
1、磨合
磨合阶段是磨损的初始阶段，为不稳定阶段，在零件的整个 工作时间内，它所占比率很小，也希望磨合时间尽可能短。 影响磨合效果的主要因素有载荷、摩擦速度、材料的物理力 学性能和润滑剂。载荷对磨合效果和磨合时间具有很大影响。

力学性能测试课件


04
无损检测技术
超声检测
总结词
通过高频声波显示物体内部结构或缺陷的无 损检测方法。
详细描述
超声检测利用高频声波在物体中传播，当声 波遇到不同介质或结构时，会反射或折射， 通过分析这些声波信号可以判断物体内部的 缺陷或结构。该方法具有无损、快速、准确 等优点，广泛应用于材料和产品的无损检测 。
射线检测
测试标准与规范
01
02
03
04
国际标准
如ASTM、ISO等国际组织制 定的标准与规范。
国家标准
各个国家制定的标准与规范， 如GB/T系列标准。
行业标准
特定行业制定的标准与规范， 如航空、汽车等行业标准。
企业标准
企业根据自身需求制定的标准 与规范。
02
材料力学性能测试
拉伸测试
总结词
拉伸测试是评估材料在拉伸载荷下性 能的重要手段。
详细描述
通过拉伸测试，可以获得材料的弹性 模量、屈服强度、抗拉强度等力学性 能参数，从而评估材料在承受拉伸载 荷时的行为和性能。
压缩测试
总结词
压缩测试是评估材料在压缩载荷下性能的重要手段。
详细描述
通过压缩测试，可以获得材料的抗压强度、弹性模量等力学性能参数，从而评 估材料在承受压缩载荷时的行为和性能。
疲劳测试
总结词
通过施加循环变化的力，测量结构在疲 劳载荷下的响应和行为。
VS
详细描述
疲劳测试是评估结构在循环变化的力作用 下的性能。这种测试通常用于确定结构的 疲劳寿命和疲劳强度。在疲劳测试中，结 构会经历大量的循环加载，导致材料逐渐 损伤和断裂。通过疲劳测试，可以了解结 构的疲劳极限和疲劳寿命，以预测结构在 实际使用中的可靠性。
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A.划痕法和压入法
1，划痕法：20世纪30年代发明，用0.2mm 直径的半球型压头在薄膜表面划动并逐渐 加力，当薄膜破裂时的载荷称为临界载荷， 用Lc表示。 2，压入法：80年代初提出，后将四棱锥改为 园锥压头。德国用洛氏硬度计压入的方法， 列为德国工程师手册（VDI3198）中的标准 之一。
• 较厚的膜可以仿照整体材料的方法测量。 • 膜较薄时，为避免基体的影响，应尽可能 减少压入深度。它取决于膜和基体弹性模 量和屈服强度的相对比值。 • 显微硬度计一般采用维氏压头或努氏压头。 努氏压头的压入深度仅为长对角线的 1/30.5(维氏压头的压入深度为对角线的1/7)。 它更符合薄膜测量的要求,但几何制作上很 困难。
不同薄膜在压头下的不同变形示意图
各种薄膜硬度测试方法的比较
1，显微硬度计测量，简单易行。很薄的膜压入时易 受基体变形的影响。小载荷压入时压痕对角线很 难测量。 2，纳米压入仪可避免光镜测量的误差，压入时将压 入深度与膜厚控制在一定范围内，硬度将不随载 荷变化而改变。但价格贵，测试环境有严格要求， 使用受限制。 3，用显微硬度计在大载荷下测得膜基复合硬度，通 过建立模型从中分离出膜的本征硬度，可能更适 合于常规使用。
表面力学性能测定
薄膜硬度和膜基结合强度的 测试和评定
薄膜硬度测试方法综述
薄膜硬度测试法
直接测试法
显微硬度法 纳米压入法 面积等效法
间接测试法
体积等效法 能量分配法
一. 表面硬度测定
1，测薄膜硬度要避免压入时受基体变形的影 响，必须采用小载荷压入。 2，传统的显微硬度计在小载荷时受光学系统 分辨率的限制，压痕对角线的测量误差随 压载减小而急剧增加（对角线小于4mm时， 测量精度大为降低）。 3，明确标明压入载荷是显微硬度测量的一个 特殊规定，因为不同压载时对应的硬度值 不相同。
原因？
弹性变形 压头钝化
直接硬度测试法
• 显微硬度法：维氏硬度，努氏硬度 维氏硬度定义：压入载荷与压痕表面积之比； 努氏硬度定义：压入载荷与压痕投影面积之比。 • 纳米压入法： 纳米压入硬度定义：压入载荷与压痕的投影面积之比
(a)
(b)
(c)
维氏、努氏、三棱锥压头形状示意图
A.用显微硬度计测薄膜硬度
GCr15 基体上CrN薄膜的硬度与载荷的关系
1100 Hc
硬度(kgf/mm 2 )
Hs 900
700
500
0
200
400
600
800
1000
1200
载荷(g)
GCr15 基体上CrN薄膜的硬度
1100
硬度(kgf/mm 2 )
Hc Hs
900
700
500 0 0.05 0.1 0.15 0.2
纳米压入仪测薄膜硬度
优点：1，将压痕对角线的测量转化为压
头位移的测量，无需光学观察，可提高分 辨率。 2，连续加力可给出整个压入过程的 载荷－位移曲线，获得薄膜材料的硬度、 弹性模量、塑性系数等力学性能参数。
问题：价格贵，测试条件苛刻。对仪器的
稳定性要求很高。
出现平台时的硬度 作为纳米压入硬度
4mm Al膜纳米压入法测定结果 与拉伸分离法测定结果比较
二.膜基结合强度的评定
有效的结合强度测试方法应满足的基本条 件： 1，膜层从基体分离，失效发生在界面。 2，力学模型简单，得到的力学参量对界面因 素敏感，对非界面因素不敏感。 3，符合工况，即界面分离是在一个较长时间 过程中完成的，并非一次性破坏。
对角线倒数,(mm -1 )
面积等效法测CrN薄膜的硬度值
膜厚 mm Ks Kc Hs0 GPa Hf GPa Hf * GPa
C=0.5 C=1.0
1.7 504 1856 6.7 11.7 14.6 10.7
体积等效法特点：
• 体积等效法对薄膜塑性变形占 主导的情况中将膜的硬度从复 合硬度中分离出来十分有效。 更适用于软膜硬基体体系，或 较厚的金属硬膜； • 拟合数据的效果好于面积等效 法。但体积法不仅需要提前准 确获知薄膜的弹性模量以便对 薄膜与基体的变形体积准确的 图6 体积等效模型示意图 预测，而且需要大量数据以供 拟合。在实际操作中较为困难， 因而此方法的推广受到限制。 载荷由膜和基体中的塑性区承担 比例由各自体积决定
200
Stress (MPa)
150 100 50 0
0 0.5 1 1.5 2
4 3
纳米压入可测定 薄膜基本力学性能
1-Al foil 2-Al foil+Al film 3-Al film from tension 4-Al film from indentation
2 1
2.5
Strain (%)
H0 f H0 s ( Kc - Ks )/(2Ct )
其中，Kc和Ks分别为Hc及Hs与d倒数曲线的斜率；H0f、H0s分 别为薄膜和基体的本征硬度，t为膜厚；0.5≤C≤1.0，常数C 的值在膜基硬度差较小时为1，而薄膜硬度值远大于基体时 取0.5。该方法可用一般的显微硬度计计算出膜的本征硬度， 简便实用。
面积等效模型示意图
Af As 薄膜 基体 裂纹
压痕在薄膜中产生的裂纹
对较软的基体上脆性薄膜，当压头压入时，薄膜沿压痕周围 产生裂纹，在整个压痕面积上只有一部分薄膜对复合硬度有 贡献（图中Af），而其余部分仅仅将载荷传递给了基体，因 而有：
Hc A Hs As H f Af
Hs、Hf分别为基体和薄膜的硬度，Hc为复合硬度。 由Hv压头的几何形状可推得：
C.薄膜硬度的间接测试法
• 对很薄的膜，多数情况下得到的硬度仍是 膜和基体的复合硬度。 • 间接测试法是试图在已知基体硬度的基础 上从膜－基复合硬度中分离出膜的本征硬 度，为此建立相应的模型。 • Jonsson和 Hogmark提出的面积等效模型 是较为成功的一种。 • 用努氏压头和能量分配模型可较准确地获 得薄膜本征硬度。
能量分配法特点
• 物理意义明确，适用范围较 广。既可适用于断裂占主导 的体系，也适用于塑性变形 占主导的体系。 • 该模型的数据拟合性比其它 模型要好，操作方便，只需 测量在不同载荷下的膜基体 系的复合硬度便可算出薄膜 的硬度。 • Korsunsky模型不仅可以有效 的求出薄膜的本征硬度还可 以用来判断同一体系薄膜的 变形机理。