[发明专利]一种纳米压痕测试后二次定位岩石表面残余压痕的方法

说明书

本发明公开了一种二次定位岩石表面纳米压痕测试残余压痕的方法，包括以下步骤：S1.在精细抛光后的岩石表面进行标记；S2.在纳米压痕试验仪光学显微镜的下找到标记；S3.借助纳米压痕试验仪内置刻度标尺，确定标记的应力影响范围；S4.在标记附近进行纳米压痕网格测试，记录压痕网格边界相对于标记中心点的位置坐标；S5.进行后续分析，首先在视野中定位到标记，确定各压痕网格的位置；S6.在各压痕网格位置处调整高分辨率设备参数，定位纳米压痕网格的残余压痕标记。本发明针对高度非均质的岩石表面，借助预先标记对纳米压痕网格进行有效定位，实现了在岩石表面快速、精确、高效二次定位残余压痕，方便对岩石表面进行更全面的微观分析。

技术领域

本发明涉及岩石材料微观测试领域，具体而言，涉及一种纳米压痕测试后二次定位岩石表面残余压痕的方法。

背景技术

岩石是一种成分复杂的多尺度复合材料，其力学性能及其断裂损伤行为是控制岩石在各类地表工程及深部地下工程中受力变形和破坏的关键因素，如储层油气勘探开发、地下煤矿开采、核废料地质处置工程、地下隧道及涵洞开挖等。岩石通常具有跨尺度的组成结构，其相关工程涉及的尺度跨越十多个数量级。随着近代物理测量技术、显微测量技术和计算机图像处理技术的发展，纳米压痕技术作为一种微观力学性能的测试手段，逐渐应用于岩石材料的微观力学性能表征。纳米压痕测试通常可以获得岩石在微米以及亚微米尺度上的各类微观力学参数，如弹性模量、硬度、断裂韧性、蠕变特性等。将纳米压痕测试与扫描电子显微镜和能量色散X射线光谱结合起来，可以对岩石及岩石矿物的原位微观力学性质进行详细的分析。然而，纳米压痕测试在岩石表面留下的残余压痕直径仅有数百纳米至几微米，测试完毕后很难在高度非均质的岩石表面再次定位到残余压痕，给进一步进行扫描电子显微镜和能量色散X射线光谱造成极大的困难。扫描电子显微镜等高分辨率成像技术的视野范围非常局限，在数平方厘米的岩石表面排查可能存在的亚微米级残余压痕是一项艰难、工作量异常巨大的任务，不利于进行后续的高分辨率分析和化学元素分析。因此，亟需一种有效的二次定位岩石表面残余压痕精确定位方法。

发明内容

本发明的目的是针对上述现状问题，旨在提供岩石表面二次定位纳米压痕测试的残余压痕的方法，针对高度非均质的岩石表面的微小残余压痕进行精准定位，有利于进一步对岩石表面的纳米压痕区域进行表面形貌分析、化学元素表征等分析，促进深入的岩石微观力学性能表征。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案，一种纳米压痕测试后二次定位岩石表面残余压痕的方法，包括以下步骤：

S1.制备光滑平整的岩石表面，检验岩石表面粗糙度，符合纳米压痕测试的被测表面光滑度要求，在待测区域刻做一个标记，标记中心为原点；

S2.调整纳米压痕试验仪的控制面板，将纳米压痕试验仪光学显微镜的聚焦光束落在标记正上方；

S3.借助纳米压痕试验仪光学显微镜的刻度标尺，测量标记的宽度，确定标记的应力影响范围；

S4.在标记附近寻找光滑平坦的岩石表面进行纳米压痕网格测试，保证压痕网格不在应力影响范围内；借助纳米压痕试验仪光学显微镜的刻度标尺，记录压痕网格与原点最近的顶点的位置坐标；

S5.进行后续分析，首先在视野中定位到标记，再基于记录的坐标确定各压痕网格的位置；

S6.在各压痕网格位置处调整高分辨率设备参数，选择合适的放大倍数，即可定位纳米压痕网格的残余压痕标记。

进一步，所述步骤S1包括以下子步骤：使用不同等级的研磨砂纸对岩石表面进行初步抛光，随后使用不同的粒子直径的金刚石悬浮液对页岩表面进行深度抛光，然后采用离子束铣削对岩石表面精细精确研磨，直到光学轮廓仪测定的岩石表面粗糙度符合纳米压痕测试标准。

进一步，所述步骤S1中，所述标记，以刚好肉眼可见痕迹为宜。