镀层纳米硬度测试服务 显微维氏硬度测试

镀层纳米硬度测试服务 显微维氏硬度测试是以纳米压痕技术为基础，开发出多种纳米压痕仪，并实现了商品化，为材料的纳米力学性能检测提供了高效、便捷的手段。

纳米压痕仪主要用于微纳米尺度薄膜材料的硬度与杨氏模量测试，测试结果通过力与压入深度的曲线计算得出，无需通过显微镜观察压痕面积。

纳米压痕仪的基本组成可以分为控制系统、 移动线圈系统、加载系统及压头等几个部分。压头一般使用金刚石压头，分为三角锥或四棱锥等类型。试验时，输入初始参数，之后的检测过程则完全由微机自动控制，通过改变移动线圈系统中的电流，可以操纵加载系统和压头的动作，压头压入载荷的测量和控制通过应变仪来完成，应变仪还将信号反馈到移动线圈系统以实现闭环控制，从而按照输入参数的设置完成试验。

图2 Nano Indenter XP 纳米硬度仪外观

• 纳米压痕仪的技术参数
  

• Zui大加载载荷：400mN

• 载荷分辨率：30nN

• 可实现的Zui小载荷：1.5μN

• 位移分辨率：0.003nm

• 可实现的自小位移：0.04nm

• 可实现的Zui大位移：250μm

纳米压痕试验举例

试验材料取单晶铝，试验在美国 MTS 公司生产的 Nano Indenter XP 型纳米硬度仪以及美国 DigitalInstruments 公司生产的原子力显微镜 (AFM) 上进行。

将试样放到纳米硬度仪上进行压痕试验，根据设置的Zui大载荷或者压痕深度的不同，试验时间从数十分钟到若干小时不等，中间过程不需人工干预。试验结束后，纳米压痕仪自动计算出试样的纳米硬度值和相关重要性能指标。

本试验中对单晶铝(110) 面进行检测，设置压痕深度为1.5 μm，共测量三点，Zui终结果取三点的平均值。表1为Zui大压痕深度1.5 μm时的试验结果，其中纳米硬度平均值为0.46GPa，而用传统硬度计算方法得到的硬度平均值为0.580GPa，这说明传统硬度计算方法在微纳米硬度测量时误差较大，其原因就是在微纳米硬度测量时，材料变形的弹性恢复造成残余压痕面积较小，传统方法使得计算结果产生了偏差，不能正确反映材料的硬度值。

表1 压痕深度为 1 1 5 μ m 时的硬度试验结果 ( GPa)

通过对不同载荷下的纳米硬度测量值进行比较发现，单晶铝的纳米硬度值并不是恒定的， 而是在一定范围内随着载荷（压头位移）的降低而逐渐增大，也就是存在压痕尺寸效应现象。

图3 纳米硬度随压痕深度的变化

图4是Zui大压痕深度1μm时单晶铝弹性模量与压痕深度的关系。纳米硬度仪还可以输出接触刚、实时载荷等随压头位移的变化曲线，试验者可以从中获得丰富的信息。 

图4 压深1μm时弹性模量与压痕深度的关系

纳米压痕仪的应用

纳米压痕仪可适用于有机或无机、软质或硬质材料的检测分析，包括PVD、CVD、PECVD薄膜，感光薄膜，彩绘釉漆，光学薄膜，微电子镀膜，保护性薄膜，装饰性薄膜等等。基体可以为软质或硬质材料，包括金属、合金、半导体、玻璃、矿物和有机材料等。

半导体技术(钝化层、镀金属、BondPads)；存储材料(磁盘的保护层、磁盘基底上的磁性涂层、CD的保护层)；光学组件(接触镜头、光纤、光学刮擦保护层)；金属蒸镀层；防磨损涂层(TiN，TiC，DLC， 切割工具)；药理学(药片、植入材料、生物组织)；工程学(油漆涂料、橡胶、触摸屏、MEMS)等行业。