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
  1. Springer handbook of nanotechnology / Ed. В. Bhushan. Springer-Verlag, Berlin (2010). 1968 p
  2. Ю.И. Головин. Основы нанотехнологий. Машиностроение, М. (2012). 656 с
  3. A.C. Fischer-Cripps. Naation. Springer, N.Y. (2011). 279 p
  4. Ю.И. Головин. Наноиндентирование и его возможности. Машиностроение, М. (2009). 312 с
  5. А.С. Гращенко, С.А. Кукушкин, А.В. Осипов. Письма в ЖТФ 40, 24, 53 (2014)
  6. W.D. Nix, H. Gao. J. Mech. Phys. Solids 46, 411 (1998)
  7. L.A. Berla, S.W. Lee, Yi. Cui, W.D. Nix. J. Power Sources 273, 41 (2015)
  8. X. Qiao, L. Han, W. Zhang, J. Gu. Mater. Characterization 110, 86 (2015)
  9. T. Csanadi, S. Grasso, A. Kovalci kova, J. Dusza, M. Reece. J. Eur. Ceram. Soc. 36, 239 (2016)
  10. D. Wu, J.S.C. Jang, T.G. Nieh. Intermetallics 68, 118 (2016)
  11. Ю.И. Головин. ФТТ 50, 2113 (2008)
  12. Ю.И. Головин, В.М. Васюков, В.В. Коренков, P.A. Столяров, А.В. Шуклинов, Л.Е. Поляков. ЖТФ 81, 5, 55 (2011)
  13. Ю.И. Головин, В.И. Иволгин, А.И. Тюрин, С.В. Потапов, В.З. Бенгус, Е.Д. Табачникова. Кристаллография 50, 326 (2005).
  14. 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)
  15. W.C. Oliver, G.M. Pharr. J. Mater. Res. 7, 1564 (1992)
  16. W.C. Oliver, G.M. Pharr. J. Mater. Res. 19, 3 (2004)
  17. D.M. Dimiduk, M.D. Uchic, T.A. Parthasarathy. Acta Mater. 53, 4065 (2005)
  18. 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)
  19. F. Xu, Y.H. Ding, X.H. Deng, P. Zhang, Z.L. Long. Physica B 450, 84 (2014)
  20. D. Maharaj, B. Bhushan. Mater. Sci. Eng. R 95, 1 (2015)
  21. K. Herrmann, N.M. Jennett, S. Kuypers, I. McEntegaart, C. Ingelbrecht, U. Hangen, T. Chudoba, F. Pohlenz, F. Menelaoa. Z. Metallk. 94, 802 (2003)
  22. Hardness testing: principles and applications / Ed. K. Herrmann. ASM International, Materials Park, Ohio (2011). 258 p
  23. Ю.И. Головин, А.И. Тюрин, В.В. Хлебников. ЖТФ 75, 4, 91 (2005)
  24. Yu.I. Golovin, A.I. Tyurin, B.Ya. Farber. Phil. Mag. A 82, 1857 (2002)
  25. Yu.I. Golovin, A.I. Tyurin, B.Ya. Farber. J. Mater. Sci. 37, 895 (2002)
  26. Ю.И. Головин, В.И. Иволгин, А.И. Тюрин, В.А. Хоник. ФТТ 45, 1209 (2003)
  27. Ю.И. Головин, А.А. Шибков, Ю.С. Боярская, М.С. Кац, А.И. Тюрин. ФТТ 30, 3491 (1988)
  28. 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)
  29. Ю.И. Головин, Р.Б. Моргунов, Д.В. Лопатин, А.А. Баскаков, Я.Е. Евгеньев. ФТТ 40, 2065 (1998)
  30. Ю.И. Головин, Р.Б. Моргунов. ФТТ 43, 827 (2001)
  31. Ю.А. Осипьян, Ю.И. Головин, Р.Б. Моргунов, Р.К. Николаев, И.А. Пушнин, С.З. Шмурак. ФТТ 43, 1333 (2001)
  32. Yu. Golovin, R. Morgunov, A. Baskakov. Mol. Phys. 100, 1291 (2002)
  33. Ю.И. Головин, Р.Б. Моргунов. Письма в ЖЭТФ 61, 583 (1995)
  34. 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
  35. ISO 14577-1 to 3 (2002), ISO 14577-4 (2007): Metallic materials --- instrumented indentation test for hardness and materials parameters. Parts 1-4
  36. 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
  37. Ю.Р. Колобов Диффузионно-контролируемые процессы на границах зерен и пластичность металлических поликристаллов. Наука, Новосибирск (1998). 184 с
  38. Р.А. Андриевский, А.М. Глезер. УФН 179, 337 (2009)
  39. Y.Y. Lim, M.M. Chaudhri. Phil. Mag. A 82, 2071 (2002)
  40. I. Manika, J. Maniks. Acta Mater. 54, 2049 (2006)
  41. S. Qu, Y. Huang, W.D. Nix, H. Jiang, F. Zhang, K.C. Hwang. J. Mater. Res. 19, 3423 (2004)
  42. M.A. Meyers, A. Mishra, D.J. Benson. Prog. Mater. Sci. 51, 427 (2006)
  43. 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)
  44. 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)
  45. A.E. Romanov, A.L. Kolesnikova, I.A. Ovid'ko, E.C. Aifantis. Mater. Sci. Eng. A 503, 62 (2009)
  46. В.Л. Инденбом. Письма в ЖЭТФ 12, 526 (1970)
  47. I.C. Choi, Y.J. Kim, B. Ahn, M. Kawasaki, T.G. Langdon, J.I. Jang. Scripta Mater. 75, 102 (2014)
  48. Ю.И. Головин, С.Н. Дуб, В.И. Иволгин, В.В. Коренков, А.И. Тюрин. ФТТ 47, 961 (2005)
  49. Ю.И. Головин, В.И. Иволгин, В.В. Коренков, А.И. Тюрин. Письма в ЖТФ 23, 15 (1997)
  50. Ю.И. Головин, А.И. Тюрин. Изв. РАН. Сер. физ. 59, 49 (1995)
  51. Ю.И. Головин, А.И. Тюрин. ФТТ 38, 1812 (1996)
  52. Ю.И. Головин, А.И. Тюрин. Кристаллография 40, 884 (1995)
  53. С.Н. Журков, Б.Н. Нарзуллаев. ЖТФ 23, 1677 (1953)
  54. S.N. Zhurkov. International J. Fracture Mech. 1, 311 (1965)
  55. В.Р. Регель, А.И. Слуцкер, Э.Е. Томашевский. Кинетическая природа прочности твердых тел. Физматлит, М. (1974). 560 с
  56. В.Л. Инденбом, А.Н. Орлов. В кн.: Термически активируемые процессы. Мир, М. (1973). С. 5
  57. В.Л. Инденбом, А.Н. Орлов, Ю.З. Эстрин. В кн.: Элементарные процессы пластической деформации кристаллов. Наук. думка, Киев (1978). С. 93
  58. В.Л. Гиляров. ФТТ 47, 808 (2005)
  59. H. Conrad. Nanotechnology 18, 325701 (2007)
  60. L. Lu, X. Chen, X. Huang, K. Lu. Science 323, 607 (2009)
  61. H. Somekawa, A. Singh, C.A. Schuh. J. Alloys Compd. 685, 1016 (2016)
  62. H. Somekawa, C.A. Schuh. Acta Mater. 59, 7554 (2011)
  63. J.K. Mason, A.C. Lund, C.A. Schuh. Phys. Rev. B 73, 054102 (2006)
  64. C.A. Schuh, J.K. Mason, A.C. Lund. Nature Mater. 4, 617 (2005)
  65. M. Sakai. Acta Met. Mater. 41, 1751 (1993)
  66. M.T. Attaf. Mater. Lett. 57, 4684 (2003)
  67. O. Uzun, N. Guclu, U. Kolemen, O. Sahin. Mater. Chem. Phys. 112, 5 (2008)
  68. H. Conrad. Mater. Sci. Eng. A 341, 216 (2003)
  69. H.J. Frost, M.F. Ashby. Deformation mechanism maps: the plasticity and creep of metals and ceramics. Pergamon Press, Oxford (1982). 165 p
  70. С.В. Еремеев, Л.Ю. Немирович-Данченко, С.Е. Кулькова. ФТТ 50, 523 (2008)
  71. 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.