Динамика пластической деформации при микро- и наноиндентировании

• Автор: Бойцов, Эрнест Александрович
• Шифр специальности: 01.04.07
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2003
• Место защиты: Тамбов
• Количество страниц: 121 с.

Автор выражает искреннюю благодарность своему научному руководителю профессору, д.ф.-м.н. Головину Ю.И. за безграничное терпение и всестороннюю постоянную поддержку, сделавшего все возможное для того, чтобы состоялась эта работа. Сотрудникам кафедры теоретической и экспериментальной физики Иволгину В.И., Коренкову В.В. и Тюрину А.И., оказавшим неоценимую помощь и поддержку на протяжении всего этапа выполнения работы, доброжелательность которых была столь высока, что ее невозможно выра-зить словами. Всем сотрудникам кафедры теоретической и экспериментальной физики, за постоянную творческую и моральную поддержку, оказанную техническую помощь, а также за теплые дружеские отношения.

ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ

Глава 1. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР

1.1 Динамическое микро- и наноконтактное взаимодействие

1.1.1. Физические процессы в микроконтакте. Механизмы пластической деформации при индентировании

1.1.2. Дислокационный механизм

1.1.3. Микромеханизм массопереноса материала за счет межузельных атомов и малоатомных скоплений

1.1.4. Упругая деформация материала при индентировании

1.1.5. Фазовые переходы
1.1.6. Трехмерные дефекты
1.2. Способы изучения микро- и наноконтактного взаимодействия
1.2.1 Макро испытания (усреднение свойств по объему)
1.2.2 Локализованные микро- и нано- испытания
1.2.3. Моделирование
1.3. Методы микро- и нано испытаний
1.3.1. Метод кинетической микротвердости (наноиндентирование)
1.3.2. Динамические методы определения твердости
1.3.3. Зондовая сканирующая микроскопия
1.4 Постановка целей и задач исследования
Глава 2. МЕТОДИКА И ТЕХНИКА ЭКСПЕРИМЕНТА
101 2.1. Методики измерения время зависимых характеристик материалов
2.1.1. Индентирование однократным прямоугольным импульсом силы
2.1.2. Индентирование трапецеидальным импульсом силы
2.1.3. Индентирование ступенчато возрастающим импульсом силы
2.2. Экспериментальная установка
2.3. Калибровка экспериментальной установки

2.3.1 Источники погрешностей измерений и их оценка
2.4. Краткая характеристика исследуемых образцов
2.5 Выводы
Глава 3. ИССЛЕДОВАНИЕ ВРЕМЯ-ЗАВИСИМЫХ МЕХАНИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ПРИ МИКРО- И НАНОКОНТАКТНОМ ВЗАИМОДЕЙСТВИИ МЕТОДОМ ИНДЕНТИРОВАНИЯ ОДНОКРАТНЫМ ПРЯМОУГОЛЬНЫМ ИМПУЛЬСОМ
3.1. Динамика процесса микроиндентирования
3.2. Активационные параметры и микромеханизмы формирования отпечатка
на различных стадиях индентирования
3.3. Зависимость величин статической твердости, абсолютных и относительных значений активационного объема от процентного содержания кобальта
3.4 Выводы
Глава 4. ВЛИЯНИЕ СКОРОСТИ ПРИЛОЖЕНИЯ ИСПЫТАТЕЛЬНОЙ НАГРУЗКИ НА ДИНАМИКУ ПРОЦЕССА ПОСЛЕДУЮЩЕЙ ПОЛЗУЧЕСТИ
4.1. Влияние скорости нагружения на динамику формирования отпечатка в ЫЕ.
4.1.1 Кинетика формирования отпечатка
4.1.2. Выявление основных стадий формирования отпечатка на стадии
ползучести
4.1.3 Активационные параметры и микромеханизмы ползучести
4.2. Динамика формирования отпечатка и микромеханизмы пластичности при индентировании ПММА
4.2.1. Кинетика формирования отпечатка
4.3. Влияние скорости нагружения на величину динамической твердости и коэффициенты скоростной чувствительности
4.4 Выводы
Глава 5. ИССЛЕДОВАНИЕ МЕХАНИЧЕСКИХ СВОЙСТВ С ПРИМЕНЕНИЕМ МЕТОДИКИ, ОСНОВАННОЙ НА АНАЛИЗЕ ОТКЛИКА МАТЕРИАЛА НА
СТУПЕНЧАТО-НАРАСТАЮЩИЙ ИМПУЛЬС СИЛЫ
5.1 Кинетика формирования отпечатка
При абразивном и эрозивном износе размеры повреждения на поверхности материала могут частично восстанавливаться в промежутке между двумя последовательными контактами. Например, повреждения глубиной менее 20 нм на поверхности М§0 полностью упруго восстанавливаются [191]. При импульсном нагружении об упругом восстановлении можно судить по скорости и амплитуде отскока бойка [192], которые зависят от соотношения упругих и пластических свойств материала Н/Е, где Н— твердость, Е — модуль упругости Юнга [193]. Прямые измерения коэффициента восстановления е =
(где Щ - начальная энергия бойка, кинетическая энергия отскока) позволили установить, что способность материала к диссипации энергии уменьшается с ростом отношения Н/Е [193], что также важно в понимании механизмов абразивного и эрозивного износа.
Таким образом, из изложенного выше следует, что для лучшего понимания механизмов микроконтактных процессов необходимо систематическое исследование их на всех уровнях, от атомарного до макроскопического. При этом, из атомарных механизмов невозможно предсказать макроскопические свойства вследствие масштабного эффекта. Каждый из методов исследования заполняет свою нишу в размерной и временной шкале реальных микроконтактных процессов. Наноиндентирование в этой иерархической структуре занимает промежуточное положение между АСМ и макроскопическими методами и может быть использовано для моделирования элементарных актов контактного взаимодействия в нано- и микрометровом масштабе размеров пятна контакта.
1.3.3. Зондовая сканирующая микроскопия
С появлением техники сканирующей зондовой микроскопии (СЗМ) [194] стало возможным исследование микроконтактных процессов на атомарном и молекулярном уровне [195]. По сравнению с традиционными методами, техника СЗМ позволяет исследовать элементарный акт контактного взаимодействия в контролируемых условиях нагружения и площади контакта с высоким разрешением как в вертикальном, так и латеральном направлении, исследовать динамику микроконтактных процессов в реальном времени, получать и обрабатывать ЗБ-изображение треков износа и т.д. Методом атомной силовой микроскопии (АСМ) было надежно установлено наличие масштабного эффекта