Издателям
Вышедшие номера
Физико-механические свойства и микромеханизмы локального деформирования материалов с различной зависимостью твердости от глубины отпечатка
Головин Ю.И.1, Тюрин А.И.1, Асланян Э.Г.2, Пирожкова Т.С.1, Васюков В.М.1
1Научно-исследовательский институт "Нанотехнологии и наноматериалы" Тамбовского государственного университета им. Г.Р. Державина, Тамбов, Россия
2Всероссийский научно-исследовательский институт физико-технических и радиотехнических измерений, Менделеево, Россия
Email: golovin@tsu.tmb.ru
Поступила в редакцию: 13 декабря 2016 г.
Выставление онлайн: 20 августа 2017 г.

Методами микро- и наноиндентирования в широком диапазоне глубин отпечатка h (от десятков нанометров до нескольких десятков микрометров) изучены размерные эффекты в твердости нескольких классов материалов: ионных и ковалентных монокристаллов (сапфира, кремния, фторида лития); металлов (монокристаллического Al, поликристаллических Cu, Ni, Nb); керамик (высокопрочной наноструктурированной TZP-керамики на основе природного минерала диоксида циркония --- бадделеита); аморфных материалов (плавленого кварца); полимеров (поликарбоната и политетрафторэтилена). Показано, что некоторые из них демонстрируют сильные размерные эффекты в твердости, другие --- слабые, а третьи --- вовсе их отсутствие. Проведен термоактивационный анализ и определены активационные и энергетические характеристики процессов локального деформирования под индентором, которые сопоставлены с доминирующими микромеханизмами пластичности исследованных материалов на разных стадиях формирования отпечатка, а также с особенностями размерных эффектов. Выявлены материалы, имеющие низкие значения коэффициента вариации твердости, согласующиеся с требованиями стандартов измерения нанотвердости ISО 14577 и ГОСТ Р 8.748-2011. В установленных диапазонах нагрузок эти материалы являются хорошими кандидатами для использования в качестве эталонов, призванных обеспечивать единство измерений твердости для нано- и микродиапазонов, а также для проведения калибровок и испытаний наноиндентометров. Экспериментальное исследование размерных эффектов при наноиндентировании выполнено при поддержке гранта Российского научного фонда (проект N 15-19-00181). Исследование физико-механических свойств TZP-керамики, а также обоснование методов калибровки и выбора материалов для эталонных образцов выполнены при поддержке гранта Российского научного фонда (проект N 16-19-10405). DOI: 10.21883/FTT.2017.09.44851.443
  • Springer handbook of nanotechnology / Ed. В. Bhushan. Springer-Verlag, Berlin (2010). 1968 p
  • Ю.И. Головин. Основы нанотехнологий. Машиностроение, М. (2012). 656 с
  • A.C. Fischer-Cripps. Naation. Springer, N.Y. (2011). 279 p
  • Ю.И. Головин. Наноиндентирование и его возможности. Машиностроение, М. (2009). 312 с
  • А.С. Гращенко, С.А. Кукушкин, А.В. Осипов. Письма в ЖТФ 40, 24, 53 (2014)
  • W.D. Nix, H. Gao. J. Mech. Phys. Solids 46, 411 (1998)
  • L.A. Berla, S.W. Lee, Yi. Cui, W.D. Nix. J. Power Sources 273, 41 (2015)
  • X. Qiao, L. Han, W. Zhang, J. Gu. Mater. Characterization 110, 86 (2015)
  • T. Csanadi, S. Grasso, A. Kovalci kova, J. Dusza, M. Reece. J. Eur. Ceram. Soc. 36, 239 (2016)
  • D. Wu, J.S.C. Jang, T.G. Nieh. Intermetallics 68, 118 (2016)
  • Ю.И. Головин. ФТТ 50, 2113 (2008)
  • Ю.И. Головин, В.М. Васюков, В.В. Коренков, P.A. Столяров, А.В. Шуклинов, Л.Е. Поляков. ЖТФ 81, 5, 55 (2011)
  • Ю.И. Головин, В.И. Иволгин, А.И. Тюрин, С.В. Потапов, В.З. Бенгус, Е.Д. Табачникова. Кристаллография 50, 326 (2005).
  • М.Ш. Акчурин, Р.В. Гайнутдинов, Е.А. Гарибин, Ю.И. Головин, А.А. Демиденко, К.В. Дукельский, С.В. Кузнецов, И.А. Миронов, В.В. Осико, А.Н. Смирнов, Н.Ю. Табачкова, А.И. Тюрин, П.П. Федоров, В.В. Шиндяпин. Перспективные материалы 5, 5 (2010)
  • W.C. Oliver, G.M. Pharr. J. Mater. Res. 7, 1564 (1992)
  • W.C. Oliver, G.M. Pharr. J. Mater. Res. 19, 3 (2004)
  • D.M. Dimiduk, M.D. Uchic, T.A. Parthasarathy. Acta Mater. 53, 4065 (2005)
  • J. Biener, A.M. Hodge, J.R. Hayes, C.A. Volkert, L.A. Zepeda-Ruiz, Al.V. Hamza, F.F. Abraham. Nanoletters 6, 2379 (2006)
  • F. Xu, Y.H. Ding, X.H. Deng, P. Zhang, Z.L. Long. Physica B 450, 84 (2014)
  • D. Maharaj, B. Bhushan. Mater. Sci. Eng. R 95, 1 (2015)
  • K. Herrmann, N.M. Jennett, S. Kuypers, I. McEntegaart, C. Ingelbrecht, U. Hangen, T. Chudoba, F. Pohlenz, F. Menelaoa. Z. Metallk. 94, 802 (2003)
  • Hardness testing: principles and applications / Ed. K. Herrmann. ASM International, Materials Park, Ohio (2011). 258 p
  • Ю.И. Головин, А.И. Тюрин, В.В. Хлебников. ЖТФ 75, 4, 91 (2005)
  • Yu.I. Golovin, A.I. Tyurin, B.Ya. Farber. Phil. Mag. A 82, 1857 (2002)
  • Yu.I. Golovin, A.I. Tyurin, B.Ya. Farber. J. Mater. Sci. 37, 895 (2002)
  • Ю.И. Головин, В.И. Иволгин, А.И. Тюрин, В.А. Хоник. ФТТ 45, 1209 (2003)
  • Ю.И. Головин, А.А. Шибков, Ю.С. Боярская, М.С. Кац, А.И. Тюрин. ФТТ 30, 3491 (1988)
  • С.Д. Викторов, Ю.И. Головин, А.Н. Кочанов, А.И. Тюрин, А.В. Шуклинов, И.А. Шуварин, Т.С. Пирожкова. Физ.-техн. пробл. разработки полезных ископаемых 50, 46 (2014)
  • Ю.И. Головин, Р.Б. Моргунов, Д.В. Лопатин, А.А. Баскаков, Я.Е. Евгеньев. ФТТ 40, 2065 (1998)
  • Ю.И. Головин, Р.Б. Моргунов. ФТТ 43, 827 (2001)
  • Ю.А. Осипьян, Ю.И. Головин, Р.Б. Моргунов, Р.К. Николаев, И.А. Пушнин, С.З. Шмурак. ФТТ 43, 1333 (2001)
  • Yu. Golovin, R. Morgunov, A. Baskakov. Mol. Phys. 100, 1291 (2002)
  • Ю.И. Головин, Р.Б. Моргунов. Письма в ЖЭТФ 61, 583 (1995)
  • ГОСТ Р 8.748-2011. Металлы и сплавы. Измерение твердости и других характеристик материалов при инструментальном индентировании. Ч. 1. Метод испытаний. Стандартинформ, М. (2013). 24 с
  • ISO 14577-1 to 3 (2002), ISO 14577-4 (2007): Metallic materials --- instrumented indentation test for hardness and materials parameters. Parts 1-4
  • X. Feng, Y. Hyang, K. Hwang. In: Micro- and nano mechnical testing of materials and devices / Eds F. Yang, J.C.M. Li. Springer, N.Y. (2008). P. 49
  • Ю.Р. Колобов Диффузионно-контролируемые процессы на границах зерен и пластичность металлических поликристаллов. Наука, Новосибирск (1998). 184 с
  • Р.А. Андриевский, А.М. Глезер. УФН 179, 337 (2009)
  • Y.Y. Lim, M.M. Chaudhri. Phil. Mag. A 82, 2071 (2002)
  • I. Manika, J. Maniks. Acta Mater. 54, 2049 (2006)
  • S. Qu, Y. Huang, W.D. Nix, H. Jiang, F. Zhang, K.C. Hwang. J. Mater. Res. 19, 3423 (2004)
  • M.A. Meyers, A. Mishra, D.J. Benson. Prog. Mater. Sci. 51, 427 (2006)
  • T.P. Remington, C.J. Ruestes, E.M. Bringa, B.A. Remington, C.H. Lu, B. Kad, M.A. Meyers. Acta Mater. 78, 378 (2014)
  • C.J. Ruestes, A. Stukowski, Y. Tang, D.R. Tramontina, P. Erhart, B.A. Remington, H.M. Urbassek, M.A. Meyers, E.M. Bringa. Mater. Sci. Eng. A 613, 390 (2014)
  • A.E. Romanov, A.L. Kolesnikova, I.A. Ovid'ko, E.C. Aifantis. Mater. Sci. Eng. A 503, 62 (2009)
  • В.Л. Инденбом. Письма в ЖЭТФ 12, 526 (1970)
  • I.C. Choi, Y.J. Kim, B. Ahn, M. Kawasaki, T.G. Langdon, J.I. Jang. Scripta Mater. 75, 102 (2014)
  • Ю.И. Головин, С.Н. Дуб, В.И. Иволгин, В.В. Коренков, А.И. Тюрин. ФТТ 47, 961 (2005)
  • Ю.И. Головин, В.И. Иволгин, В.В. Коренков, А.И. Тюрин. Письма в ЖТФ 23, 15 (1997)
  • Ю.И. Головин, А.И. Тюрин. Изв. РАН. Сер. физ. 59, 49 (1995)
  • Ю.И. Головин, А.И. Тюрин. ФТТ 38, 1812 (1996)
  • Ю.И. Головин, А.И. Тюрин. Кристаллография 40, 884 (1995)
  • С.Н. Журков, Б.Н. Нарзуллаев. ЖТФ 23, 1677 (1953)
  • S.N. Zhurkov. International J. Fracture Mech. 1, 311 (1965)
  • В.Р. Регель, А.И. Слуцкер, Э.Е. Томашевский. Кинетическая природа прочности твердых тел. Физматлит, М. (1974). 560 с
  • В.Л. Инденбом, А.Н. Орлов. В кн.: Термически активируемые процессы. Мир, М. (1973). С. 5
  • В.Л. Инденбом, А.Н. Орлов, Ю.З. Эстрин. В кн.: Элементарные процессы пластической деформации кристаллов. Наук. думка, Киев (1978). С. 93
  • В.Л. Гиляров. ФТТ 47, 808 (2005)
  • H. Conrad. Nanotechnology 18, 325701 (2007)
  • L. Lu, X. Chen, X. Huang, K. Lu. Science 323, 607 (2009)
  • H. Somekawa, A. Singh, C.A. Schuh. J. Alloys Compd. 685, 1016 (2016)
  • H. Somekawa, C.A. Schuh. Acta Mater. 59, 7554 (2011)
  • J.K. Mason, A.C. Lund, C.A. Schuh. Phys. Rev. B 73, 054102 (2006)
  • C.A. Schuh, J.K. Mason, A.C. Lund. Nature Mater. 4, 617 (2005)
  • M. Sakai. Acta Met. Mater. 41, 1751 (1993)
  • M.T. Attaf. Mater. Lett. 57, 4684 (2003)
  • O. Uzun, N. Guclu, U. Kolemen, O. Sahin. Mater. Chem. Phys. 112, 5 (2008)
  • H. Conrad. Mater. Sci. Eng. A 341, 216 (2003)
  • H.J. Frost, M.F. Ashby. Deformation mechanism maps: the plasticity and creep of metals and ceramics. Pergamon Press, Oxford (1982). 165 p
  • С.В. Еремеев, Л.Ю. Немирович-Данченко, С.Е. Кулькова. ФТТ 50, 523 (2008)
  • J. Carrasco, N. Lopez, F. Illas. Phys. Rev. Lett. 93, 225502 (2004).
  • Подсчитывается количество просмотров абстрактов ("html" на диаграммах) и полных версий статей ("pdf"). Просмотры с одинаковых IP-адресов засчитываются, если происходят с интервалом не менее 2-х часов.

    Дата начала обработки статистических данных - 27 января 2016 г.