[发明专利]金属表面大厚度、高韧性硬质薄膜断裂韧性的测量方法

摘要

本发明公开了一种金属表面大厚度、高韧性硬质薄膜断裂韧性的测量方法，该方法包括：将气相沉积在金属表面的硬质薄膜置于显微硬度计的载物台调节并固定，然后依次采用小载荷加载测试进行多次的加载‑保载‑完全卸载预制短小裂纹，采用大载荷加载测试进行单次的加载‑保载‑卸载扩展形成细长裂纹，测得裂纹长度数值并计算断裂韧性KIC数值，重复该测试与测量、计算过程，得到多个断裂韧性KIC数值后取算数平均值表征断裂韧性。本发明采用小载荷加载多次压入和大载荷加载单次压入的方法促进了裂纹的萌生和扩展，得到有效裂纹，实现对大厚度硬质薄膜断裂韧性的定量评价，解决了难以诱发有效裂纹的问题，提高了断裂韧性结果的准确性。

主权项

1.金属表面大厚度、高韧性硬质薄膜断裂韧性的测量方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：步骤一、将显微硬度计的压头安装在显微硬度计上，然后将气相沉积在金属表面的硬质薄膜置于显微硬度计的载物台上；所述气相沉积在金属表面的硬质薄膜的厚度为10μm～30μm；步骤二、调节载物台的位置直至从显微硬度计的目镜中可清晰观察到气相沉积在金属表面的硬质薄膜的表面形貌，然后固定载物台的位置；步骤三、对步骤二中置于载物台上的气相沉积在金属表面的硬质薄膜进行小载荷加载测试，具体过程为：首先按照预设载荷对气相沉积在金属表面的硬质薄膜依次进行加载和保载，然后完全卸载，重复所述加载、保载和卸载过程，直至从显微硬度计的目镜中观察到压头的压痕尖端出现细小裂纹；步骤四、对步骤三中经小载荷加载测试后的气相沉积在金属表面的硬质薄膜进行大载荷加载测试，具体过程为：按照预设载荷对经小载荷加载测试后的气相沉积在金属表面的硬质薄膜依次进行加载和保载，当从显微硬度计的目镜中观察到压头的压痕尖端裂纹长度大于压痕对角线长度时进行卸载；步骤五、通过显微硬度计控制终端的测量工具对步骤四中经大载荷加载测试后的气相沉积在金属表面的硬质薄膜中的压痕尖端裂纹长度进行测量，得到裂纹长度数值，然后将大载荷加载测试的预设载荷作为载荷数值，与裂纹长度数值、气相沉积在金属表面的硬质薄膜的弹性模量和硬度数值带入公式(1)中进行计算，得到断裂韧性K_IC数值：公式(1)中，K_IC—断裂韧性/MPa·m^1/2，δ—压头几何形状相关常数，E—薄膜弹性模量/GPa，H—薄膜硬度/GPa，P—载荷/N；c—裂纹长度/m；所述弹性模量和硬度采用纳米压痕仪测得；步骤六、通过载物台的X轴和Y轴方向位置调节杆调节载物台的位置，以获得新的气相沉积在金属表面的硬质薄膜表面测试区域，固定载物台，然后依次重复步骤三～步骤五的小载荷加载测试、大载荷加载测试、裂纹长度测量和断裂韧性K_IC数值计算过程，得到多个断裂韧性K_IC数值，将得到的所有断裂韧性K_IC数值的取算数平均值表征气相沉积在金属表面的硬质薄膜的断裂韧性。