專利名稱：硬度測(cè)試方法、硬度測(cè)試機(jī)、和計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及硬度測(cè)試方法、硬度測(cè)試機(jī)和存儲(chǔ)程序的計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有技術(shù)已知的有例如維氏硬度測(cè)試機(jī)等基于在試樣的表面上壓入加載有預(yù)定 載荷的壓頭來(lái)形成凹痕以評(píng)估和測(cè)量硬度的壓入式硬度測(cè)試機(jī)(見(jiàn)例如日本專利申請(qǐng)?zhí)?開(kāi)2005-3^169號(hào)公報(bào))。此外，還已知被稱作納米壓入(nanoindentation，計(jì)量化壓入測(cè)試)的測(cè)試方法， 該方法連續(xù)測(cè)量測(cè)試力(加載于壓頭上的作用力)F和壓入深度(壓頭的位移量)h，以通過(guò) 分析在壓入過(guò)程中獲得的壓入曲線(F-h曲線)，來(lái)代替觀察壓入后形成的凹痕，獲取材料 的機(jī)械性能(見(jiàn)例如日本專利申請(qǐng)?zhí)亻_(kāi)2009-47427號(hào)公報(bào))。納米壓入作為對(duì)于因例如凹痕尺寸小等主要因素而造成凹痕觀察困難的材料的 評(píng)價(jià)方法是有效的。因此，納米壓入因適于評(píng)價(jià)作為各種機(jī)械和結(jié)構(gòu)不可缺少的構(gòu)成材料 的塑料和薄膜材料的機(jī)械性能而廣受關(guān)注。對(duì)于納米壓入，國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)IS0(國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織)14577規(guī)定了被稱作壓入硬度Hit 的硬度的參數(shù)，使用壓入硬度Hit來(lái)評(píng)價(jià)薄膜材料等的事例近來(lái)也有所增加。壓入硬度Hit 被認(rèn)為是與維氏硬度具有相關(guān)性的值。這里，示出ISO 14577規(guī)定的壓入硬度Hit的分析方法。圖7是F-h曲線的示意圖。縱軸表示測(cè)試力F，而橫軸表示壓入深度h。壓入硬度Hit作為最大測(cè)試力(設(shè)定測(cè)試力)FmaX除以最大壓入時(shí)壓頭的試樣的 接觸投影面積Ap (he)所得的值，由以下公式(1)定義出Hn = Fmax/Ap (he) (1)然后，例如，接觸投影面積Ap (he)從貝氏(Berkovich)壓頭的幾何形狀表示為以 下公式⑵Ap (he) = 23. 96hc2 (2)此外，he被稱作接觸深度，并通過(guò)使用最大壓入深度hmax、和載荷卸載曲線的初 始部分的切線與壓入深度軸的交點(diǎn)hr，表示為以下公式(3)Hc = hmax-0. 75 (hmax-hr) (3)ISO 14577規(guī)定的壓入硬度Hit的前述分析方法是由Oliver和Wiart提出的，通 過(guò)他們的研究確知壓入硬度Hit與維氏硬度HV之間存在相關(guān)性。然而，他們?cè)谘芯恐惺褂玫臉悠肥抢缃饘俚人苄孕袨榈内厔?shì)強(qiáng)的樣品、和例如 熔融硅石等表現(xiàn)出彈性變形和塑性變形混合變形的、即清楚表現(xiàn)出彈塑性行為的樣品，而 他們并未調(diào)查例如橡膠材料和非晶態(tài)材料等表現(xiàn)彈性行為的趨勢(shì)強(qiáng)的材料。在還將表現(xiàn)彈 性行為的趨勢(shì)強(qiáng)的材料包括為對(duì)象的納米壓入中，難以將ISO 14577中規(guī)定的壓入硬度Hit 看成等價(jià)于維氏硬度HV。例如，圖8示出了銅、鈹銅(Cu-Be)、工具鋼(SK85)、熔融硅石(fusedsilica)、丙烯酸類樹(shù)脂、聚丙烯(PP)和類金剛石碳(DLC，diamond-like carbon)膜的維氏硬度HV與壓 入硬度HIT之間的關(guān)系。其縱軸表示壓入硬度Ηπ，而橫軸表示維氏硬度HV。圖8中的直線通過(guò)以下公式(4)使用系數(shù)C來(lái)表示壓入硬度Hit和維氏硬度HV。Hn = C1 · HV (4)具體地說(shuō)，圖8中的直線表示系數(shù)C1設(shè)定為1.25時(shí)的公式0)。另外，作為系數(shù) C1不等于1 (HIT Φ HV)的原因，例如可考慮以下一些因素例如對(duì)于壓入硬度Hit的計(jì)算使 用的是投影面積而不是表面面積這點(diǎn)；例如壓頭的尖端形狀和表面檢測(cè)誤差等納米壓入特 有的誤差的因素；等等。在任和情況下，可以說(shuō)，除DLC膜以外的樣品的維氏硬度HV和壓入 硬度Hit的值是具有相關(guān)性的，雖然值不相等。另一方面，DLC膜的維氏硬度HV和壓入硬度Hit的值大大偏離直線，這個(gè)事實(shí)表明 在ISO 14577規(guī)定中的將壓入硬度Hit與維氏硬度HV作等價(jià)處理的方法對(duì)于DLC膜是有問(wèn) 題的。也就是說(shuō)，在使用橡膠材料或非晶態(tài)材料等作為試樣的情況下，在納米壓入中求 取相當(dāng)于維氏硬度HV的值的手法是不成立的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種硬度測(cè)試方法、硬度測(cè)試機(jī)和存儲(chǔ)程序的計(jì)算機(jī)可 讀存儲(chǔ)介質(zhì)，其能夠在納米壓入中求得相當(dāng)于維氏硬度的值的維氏硬度的估值。為了實(shí)現(xiàn)該目的，根據(jù)本發(fā)明的第一方面，提供了一種硬度測(cè)試方法，其包括以下 步驟通過(guò)將加載有預(yù)定載荷的壓頭壓入試樣的表面來(lái)形成凹痕，并檢測(cè)形成凹痕時(shí)的 壓頭的位移量和加載于壓頭上的測(cè)試力，來(lái)測(cè)量壓入曲線；從通過(guò)凹痕形成步驟求得的壓入曲線的面積，來(lái)計(jì)算塑性變形引起的做功量 (Wp)；以及使用在做功量計(jì)算步驟計(jì)算出的做功量(Wp)和預(yù)先確定的系數(shù)K，根據(jù)公式HVe =(K/Wp)2，來(lái)計(jì)算維氏硬度的估值(HVe)。優(yōu)選地，所述試樣由從類金剛石碳、硅橡膠和天然橡膠組成的組中選出的材料制 成。根據(jù)本發(fā)明的第二方面，提供了一種硬度測(cè)試機(jī)，其用于通過(guò)將加載有預(yù)定載荷 的壓頭壓入試樣的表面來(lái)形成凹痕，并包括通過(guò)檢測(cè)形成凹痕時(shí)壓頭的位移量和加載于壓頭上的測(cè)試力來(lái)測(cè)量壓入曲線的 測(cè)量部；從測(cè)量部求得的壓入曲線的面積來(lái)計(jì)算塑性變形引起的做功量(Wp)的做功量計(jì) 算部；和使用做功量計(jì)算部計(jì)算出的做功量(Wp)和預(yù)先確定的系數(shù)K、根據(jù)公式HVe = (K/Wp)2來(lái)計(jì)算維氏硬度的估值(HVe)的估值計(jì)算部。根據(jù)本發(fā)明的第三方面，提供了一種計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)，其存儲(chǔ)使計(jì)算機(jī)作為 以下各部分而發(fā)揮功能的程序通過(guò)將加載有預(yù)定載荷的壓頭壓入試樣的表面來(lái)形成凹痕、并檢測(cè)形成凹痕時(shí)的壓頭的位移量和加載于壓頭上的測(cè)試力、來(lái)測(cè)量壓入曲線的測(cè)量部；從測(cè)量部求得的壓入曲線的面積來(lái)計(jì)算塑性變形引起的做功量(Wp)的做功量計(jì) 算部；和使用做功量計(jì)算部計(jì)算出的做功量(Wp)和預(yù)先確定的系數(shù)K、根據(jù)公式HVe = (K/Wp)2來(lái)計(jì)算維氏硬度的估值(HVe)的估值計(jì)算部。根據(jù)本發(fā)明，在測(cè)量壓入曲線后，從壓入曲線的面積計(jì)算塑性變形引起的做功量 (Wp)，并使用計(jì)算出的做功量(Wp)和預(yù)先確定的系數(shù)K根據(jù)以下關(guān)系式計(jì)算維氏硬度的估 值(HVe) HVe = (K/Wp)2。由于塑性變形引起的做功量(Wp)是獨(dú)立于試樣的類型與維氏硬度具有相關(guān)性的 值，所以能夠在包括例如橡膠材料和非晶態(tài)材料等表現(xiàn)出顯著彈性行為的材料作為對(duì)象的 納米壓入中求得相當(dāng)于維氏硬度(HV)的值的維氏硬度的估值(HVe)。


圖1是本發(fā)明一實(shí)施例的硬度測(cè)試機(jī)的示意圖；圖2是圖1的硬度測(cè)試機(jī)的控制構(gòu)造的框圖；圖3是用于說(shuō)明計(jì)算塑性變形引起的做功量Wp的方法的圖；圖4A是通過(guò)測(cè)量銅求得的壓入曲線的示例；圖4B是通過(guò)測(cè)量鈹銅求得的壓入曲線的示例；圖4C是通過(guò)測(cè)量工具鋼求得的壓入曲線的示例；圖4D是通過(guò)測(cè)量熔融硅石求得的壓入曲線的示例；圖4E是通過(guò)測(cè)量丙烯酸類樹(shù)脂求得的壓入曲線的示例；圖4F是通過(guò)測(cè)量聚丙烯求得的壓入曲線的示例；圖4G是通過(guò)測(cè)量DLC膜求得的壓入曲線的示例；圖5是示出塑性變形引起的做功量Wp與維氏硬度HV之間的關(guān)系的圖；圖6是用于說(shuō)明圖1所示硬度測(cè)試機(jī)的硬度測(cè)試方法的流程圖；圖7是壓入曲線的示意圖； 圖8是示出壓入硬度Hit與維氏硬度HV之間的關(guān)系的圖。
具體實(shí)施例方式下面將參考附圖詳細(xì)描述本發(fā)明一實(shí)施例的硬度測(cè)試機(jī)和硬度測(cè)試方法。本實(shí)施例的硬度測(cè)試機(jī)100是能夠連續(xù)監(jiān)測(cè)給予壓頭3的測(cè)試力和壓頭3的壓入 深度的計(jì)量化的壓痕測(cè)試機(jī)。此外，本實(shí)施例的硬度測(cè)試機(jī)100可使用例如DLC、硅橡膠、天然橡膠等作為試樣 S。也就是說(shuō)，硬度測(cè)試機(jī)100能夠測(cè)量蒸鍍膜；半導(dǎo)體材料等的薄膜；表面處理層；各種 塑料；各種橡膠；微纖絲；例如玻璃和陶瓷等脆性材料；微電子元件等。硬度測(cè)試機(jī)100配備有硬度測(cè)試機(jī)本體1，其中布置有例如控制部10和各構(gòu)成部 件，如圖1和2所示。測(cè)試機(jī)本體1由以下部件構(gòu)成沿X、Y、Z方向移動(dòng)試樣S的XYZ載 物臺(tái)2 ；在一端包括有在試樣S上形成凹痕的壓頭3的載荷桿4 ；向載荷桿4加載(賦予) 預(yù)定載荷(測(cè)試力)的載荷加載部5 ；檢測(cè)壓頭3的位移量的位移計(jì)6 ；拍攝形成在試樣S表面上的凹痕等的攝影部7 ；顯示部8 ；操作部9 ；等等。XYZ載物臺(tái)2構(gòu)造成根據(jù)從控制部10輸入的控制信號(hào)沿X、Y和Z方向(即水平 方向和垂直方向)移動(dòng)，而試樣S被適配成使其相對(duì)于壓頭3的位置通過(guò)XYZ載物臺(tái)2沿 前、后、左、右、上、下方向移動(dòng)試樣S而得以調(diào)節(jié)。此外，XYZ載物臺(tái)2通過(guò)試樣保持臺(tái)加保持試樣S,以免載置于其頂面上的試樣S 在測(cè)試測(cè)量期間發(fā)生偏移。壓頭3是用于例如貝氏(Berkovich)、維氏(Vickers)、努普(Knoop)和布氏 (Brinell)硬度測(cè)試等通過(guò)形成凹痕來(lái)進(jìn)行硬度測(cè)試的壓頭。當(dāng)壓頭3加載一預(yù)定加載而 壓入試樣S的表面時(shí)，壓頭3在試樣S的表面上形成凹痕(壓痕)。載荷桿4大致形成為例如棒狀，并在大致中心部通過(guò)十字彈簧(crossspringHa 固定在一臺(tái)座上。在載荷桿4的一端，設(shè)置有壓頭3，壓頭3設(shè)置成從載置于保持臺(tái)加上的試樣S的 上方相對(duì)于試樣S可自由接觸和脫離，并按壓試樣S的表面以在試樣S的表面上形成凹痕。此外，在載荷桿4的另一端，設(shè)置有構(gòu)成載荷加載部5的作用力線圈(force coil)5a。載荷加載部5是例如作用力馬達(dá)，由附接至載荷桿4的作用力線圈fe和固定成與 作用力線圈5a相對(duì)的固定磁體恥等組成。載荷加載部5例如通過(guò)將一個(gè)由電磁感應(yīng)生成的作用力用作驅(qū)動(dòng)力來(lái)旋轉(zhuǎn)載荷 桿4，所述電磁感應(yīng)是根據(jù)從控制部10輸入的控制信號(hào)由固定磁體恥在載荷加載部5的間 隙中生成的磁場(chǎng)和流經(jīng)設(shè)置在該間隙中的作用力線圈fe的電流所生成的。由此，載荷桿4 的位于壓頭3側(cè)的端部向下傾斜，使壓頭3壓入試樣S。位移計(jì)6是例如電容型位移傳感器，由設(shè)置于載荷桿4的壓頭3側(cè)的端部的可動(dòng) 極板6a和固定成與可動(dòng)極板6a相對(duì)的固定極板6b等組成。位移計(jì)6例如檢測(cè)可動(dòng)極板6a與固定極板6b之間靜電容量的變化，然后檢測(cè)壓 頭3在試樣S上形成凹痕時(shí)移動(dòng)的位移量(壓頭3壓入試樣S中時(shí)的壓入深度)。位移計(jì) 6從而將基于檢測(cè)到的位移量的位移信號(hào)輸出至控制部10。另外，雖然作為位移計(jì)6示出的是電容型位移傳感器，但是位移計(jì)6并不局限于這 種類型，例如也可使用光學(xué)位移傳感器或渦電流位移傳感器。攝影部7例如配備有相機(jī)等，并例如根據(jù)從控制部10輸入的控制信號(hào)，在試樣保 持臺(tái)加上拍攝壓頭3在試樣S的表面上形成的凹痕等。顯示部8是例如液晶顯示板，根據(jù)從控制部10輸入的控制信號(hào)，對(duì)攝影部7拍攝 的試樣S的表面圖像、各種測(cè)試結(jié)果等進(jìn)行顯示處理。操作部9是例如鍵盤等操作鍵組。當(dāng)用戶對(duì)操作部進(jìn)行操作時(shí)，操作部將伴隨該 操作的操作信號(hào)輸出至控制部10。另外，操作部9也可配備其它操作裝置，例如鼠標(biāo)和觸摸 面板等指向裝置、和遙控器等。操作部9是在用戶進(jìn)行指令輸入以對(duì)試樣S進(jìn)行硬度測(cè)試、和在用戶設(shè)定加載于 壓頭3上的測(cè)試力即載荷等情況下被操作的?？刂撇?0由中央處理器(CPU) 11、隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(RAM) 12、存儲(chǔ)部13等組成，并 通過(guò)系統(tǒng)總線等連接至XYZ載物臺(tái)2、載荷加載部5、位移計(jì)6、攝影部7、顯示部8、操作部9
6寸。CPU 11例如根據(jù)存儲(chǔ)在存儲(chǔ)部13中的用于硬度測(cè)試機(jī)的各種處理程序，進(jìn)行各 種控制處理。RAM 12設(shè)置有例如用于擴(kuò)展由CPU 11等執(zhí)行的處理程序的程序存儲(chǔ)區(qū)域；用于 存儲(chǔ)輸入數(shù)據(jù)和執(zhí)行處理程序時(shí)生成的處理結(jié)果等的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)域。存儲(chǔ)部13存儲(chǔ)例如可在硬度測(cè)試機(jī)100中執(zhí)行的系統(tǒng)程序、可在系統(tǒng)程序上執(zhí)行 的各種處理程序、執(zhí)行各種處理程序時(shí)使用的數(shù)據(jù)、由CPU 11操作處理的各種處理結(jié)果的 數(shù)據(jù)等。另外，程序是以計(jì)算機(jī)可讀程序代碼的形式存儲(chǔ)在存儲(chǔ)部13中。具體地說(shuō)，存儲(chǔ)部13存儲(chǔ)例如系數(shù)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)部131、測(cè)量程序132、做功量(work load)計(jì)算程序133、估值計(jì)算程序134等。系數(shù)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)部131存儲(chǔ)例如由用戶提前設(shè)定并記錄的系數(shù)K。系數(shù)K是滿足后 述公式(6)的預(yù)定常數(shù)，由用戶預(yù)先求得并預(yù)先記錄。具體地說(shuō)，例如，關(guān)于例如熔融硅石、工具鋼、鈹銅和銅等多種樣品，求得它們的維 氏硬度HV和在一定測(cè)試力中根據(jù)后述公式(5)的塑性變形引起的做功量(Wplastic (work load by plastic deformation)以下稱為Wp)，并將求得的兩個(gè)值應(yīng)用于后述公式(8)。 可將如此求得的值用作系數(shù)K。此外，根據(jù)加載于壓頭3上的測(cè)試力使用具有不同值的系數(shù)K。一旦系數(shù)K的值已 被記錄，則不必再次進(jìn)行設(shè)定和記錄值的操作。測(cè)量程序132是例如能使CPU 11實(shí)現(xiàn)在形成凹痕時(shí)檢測(cè)壓頭3的位移量和加載 于壓頭3上的測(cè)試力來(lái)測(cè)量壓入曲線的功能的程序。具體地說(shuō)，當(dāng)CPU 11接收到例如來(lái)自操作部9的指示進(jìn)行測(cè)量的操作信號(hào)的輸入 時(shí)，CPU 11控制載荷加載部5，以給予載置于試樣保持臺(tái)加上的試樣S—個(gè)預(yù)定的測(cè)試力。 然后，CPU 11例如連續(xù)測(cè)量形成凹痕時(shí)壓頭3在試樣S上的壓入深度、和形成凹痕時(shí)的測(cè) 試力，并測(cè)得如圖3所示的測(cè)試力-壓入深度曲線(壓入曲線)。 更具體地說(shuō)，首先，當(dāng)在試樣保持臺(tái)加上載置試樣S并輸入操作信號(hào)后，CPU 11輸 出控制信號(hào)至載荷加載部5，并通過(guò)將載荷加載部5的固定磁體恥在間隙中生成的磁場(chǎng)和 流經(jīng)設(shè)定在間隙中的作用力線圈fe的電流之間的電磁感應(yīng)生成的作用力用作驅(qū)動(dòng)力，來(lái) 旋轉(zhuǎn)載荷桿4。從而，載荷桿4的位于壓頭3側(cè)的端部向下傾斜，使壓頭3在試樣S上形成 凹痕。在形成凹痕時(shí)，逐漸增加加載于壓頭3的載荷，直到測(cè)試力到達(dá)設(shè)定的最大測(cè)試 力(載荷加載步驟)。加載于壓頭3的測(cè)試力在載荷加載步驟如圖3的載荷加載曲線所示 地增加，從而也使壓頭3對(duì)試樣S的壓入深度增加。其次，當(dāng)CPU 11判斷加載于壓頭3的載荷到達(dá)最大測(cè)試力時(shí)，CPU 11控制對(duì)驅(qū)動(dòng) 線圈的電流供給量，來(lái)操作載荷加載部5，從而逐漸減小加載于壓頭3的載荷(載荷卸載步 驟)。在載荷卸載步驟中，加載于壓頭3的測(cè)試力如圖3的載荷卸載曲線所示地減小，壓頭 3對(duì)試樣S的壓入深度也減小。圖4A-4G分別示出了對(duì)銅、鈹銅(Cu-Be)、工具鋼(SK85)、熔融硅石、丙烯酸類樹(shù) 脂、聚丙烯(PP)和DLC膜的測(cè)量結(jié)果的壓入曲線的示例。CPU 11通過(guò)執(zhí)行測(cè)量程序132，而起到測(cè)量部的作用。
做功量計(jì)算程序133是例如能使CPU 11實(shí)現(xiàn)從執(zhí)行測(cè)量程序132求得的壓入曲 線的面積計(jì)算塑性變形引起的做功量Wp的功能的程序。這里，如圖3所示，壓頭3壓入試樣S期間生成的機(jī)械做功量(Wtotal 以下稱為 wt)、占據(jù)機(jī)械做功量(Wt)的彈性變形引起的做功量(Welastic 以下稱為We)、和塑性變形 引起的做功量Wp可從如下壓入曲線求得。Wt =由經(jīng)過(guò)點(diǎn)B禾Π G的曲線與點(diǎn)H圍成的部分的面積Wp =由經(jīng)過(guò)點(diǎn)B、G和J的曲線圍成的部分的面積We =由經(jīng)過(guò)點(diǎn)J和G的曲線與點(diǎn)H圍成的部分的面積此外，各工作(Wt、Wp、We)即各部分的面積如以下公式(5)所示表示為在壓入深度 的細(xì)微區(qū)間中測(cè)試力和壓入深度的乘積之和W = / Fdh (5)CPU 11通過(guò)執(zhí)行做功量計(jì)算程序133來(lái)執(zhí)行公式(5)的運(yùn)算，以計(jì)算出壓入曲線 中經(jīng)過(guò)點(diǎn)B、G和J的曲線圍成的面積，即塑性變形引起的做功量Wp。CPU 11通過(guò)執(zhí)行做功量計(jì)算程序133而起到做功量計(jì)算部的功能。估值計(jì)算程序134是例如能使CPU 11實(shí)現(xiàn)通過(guò)使用由執(zhí)行做功量計(jì)算程序133 算出的做功量(Wp)和預(yù)先確定的系數(shù)K根據(jù)以下公式(6)來(lái)計(jì)算維氏硬度的估算值 (HVestimation 以下稱為HVe)的功能的程序HVe = (K/ffp)2 (6)具體地說(shuō)，CPU 11通過(guò)使用由對(duì)公式(5)的運(yùn)算算出的塑性變形引起的做功量Wp 和預(yù)先設(shè)定并記錄在系數(shù)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)部131中的系數(shù)K來(lái)執(zhí)行對(duì)公式(6)的運(yùn)算，從而計(jì)算 維氏硬度的估值(HVe)。CPU 11通過(guò)執(zhí)行估值計(jì)算程序134而起到估值計(jì)算部的功能。這里，描述公式(6)是如何被導(dǎo)出的。在公式(5)中，當(dāng)加載一定測(cè)試力時(shí)，由塑性變形引起的做功量Wp與塑性變形的 深度即凹痕的深度h成比例。因?yàn)榫S氏測(cè)試中凹痕面積A與變形深度的平方成比例，所以以下公式(7)在一定 系數(shù)C2、塑性變形引起的做功量Wp和凹痕面積A中成立。Wp= C2 々(7)此外，因?yàn)榫S氏硬度是通過(guò)測(cè)試力F除以凹痕面積A求得的，當(dāng)使用維氏硬度HV 表示公式(7)時(shí)，以下公式⑶成立。Wp=K-J=(8)于是，如果用維氏硬度HV的估值HVe替換公式⑶的維氏硬度HV，則公式(6)成立。HVe = (K/ffp)2 (6)圖5示出了通過(guò)分析圖4A-4G的壓入曲線得到的塑性變形引起的做功量Wp與維 氏硬度HV之間的關(guān)系。圖5中，縱軸表示塑性變形引起的做功量Wp，而橫軸表示維氏硬度 HV。此外，圖5的直線通過(guò)使用系數(shù)K以公式⑶表示塑性變形引起的做功量Wp和維氏硬度HV。從圖5可知，對(duì)于包括DLC膜的所有樣品S，在塑性變形引起的做功量Wp與維氏硬 度HV之間均存在相關(guān)性。也就是說(shuō)，可知在評(píng)估與維氏硬度HV的相關(guān)性時(shí)，使用塑性變形引起的做功量Wp 是有效的。圖6是通過(guò)硬度測(cè)試機(jī)100進(jìn)行的硬度測(cè)試方法的流程圖。首先，在步驟Si，CPU 11判斷用戶是否通過(guò)操作操作部9來(lái)指示了對(duì)試樣S進(jìn)行 硬度測(cè)試。當(dāng)CPU 11判斷用戶沒(méi)有指示(步驟Sl 否)時(shí)，CPUll重復(fù)步驟Sl的處理。另一方面，如果CPU 11判斷用戶發(fā)出了指示(步驟Sl 是)，則CPU 11在下一步 驟S2通過(guò)執(zhí)行測(cè)量程序132來(lái)測(cè)量壓入曲線。其次，在步驟S3，CPU 11通過(guò)執(zhí)行做功量計(jì)算程序133從壓入曲線計(jì)算塑性變形 引起的做功量Wp。其次，在步驟S4，CPU 11通過(guò)執(zhí)行估值計(jì)算程序134，并使用塑性變形引起的做功 量Wp和預(yù)先確定的系數(shù)K，來(lái)計(jì)算維氏硬度HV的估值HVe，然后結(jié)束本處理。如上所述，根據(jù)本實(shí)施例的硬度測(cè)試機(jī)100和硬度測(cè)試方法，在測(cè)量壓入曲線后， 從壓入曲線的面積計(jì)算塑性變形引起的做功量Wp，并使用計(jì)算出的做功量Wp和預(yù)先確定 的系數(shù)K根據(jù)以下關(guān)系式計(jì)算維氏硬度HV的估值HVe HVe = (K/Wp)2。因?yàn)榧词乖谑褂肈LC膜等作為樣品的情況下，塑性變形引起的做功量Wp也是與維 氏硬度HV具有相關(guān)性的值，所以在包括以例如橡膠材料和非晶態(tài)材料等彈性行為顯著的 材料作為對(duì)象的納米壓入中，能夠求得作為對(duì)應(yīng)于維氏硬度HV的值的維氏硬度HV的估值 HVe。此外，根據(jù)本實(shí)施例的硬度測(cè)試機(jī)100和硬度測(cè)試方法，試樣S由類金剛石碳、硅 橡膠或天然橡膠制成。因此，硬度測(cè)試機(jī)100能夠測(cè)量蒸鍍膜；由半導(dǎo)體材料等制成的薄膜；表面處理 層；各種塑料；各種橡膠；例如微纖絲、玻璃和陶瓷等脆性材料；微電子元件等。另外，本發(fā)明并不局限于上述實(shí)施例，也可在不背離本發(fā)明的精神和范圍的情況 下，做出適當(dāng)?shù)淖兓?。例如，硬度測(cè)試機(jī)可構(gòu)造成通過(guò)向驅(qū)動(dòng)線圈供給驅(qū)動(dòng)電流生成的驅(qū)動(dòng)力來(lái)使壓頭 軸沿其軸向方向移動(dòng)。
權(quán)利要求
1.一種硬度測(cè)試方法，包括以下步驟通過(guò)將加載有預(yù)定載荷的壓頭壓入試樣的表面來(lái)形成凹痕，并檢測(cè)形成凹痕時(shí)的壓頭 的位移量和加載于壓頭上的測(cè)試力，來(lái)測(cè)量壓入曲線；從通過(guò)凹痕形成步驟求得的壓入曲線的面積，來(lái)計(jì)算塑性變形引起的做功量(Wp)；以及使用在做功量計(jì)算步驟計(jì)算出的做功量(Wp)和預(yù)先確定的系數(shù)K，根據(jù)公式HVe = (K/Wp)2，來(lái)計(jì)算維氏硬度的估值(HVe)。
2.如權(quán)利要求1所述的硬度測(cè)試方法，其中，所述試樣由從類金剛石碳、硅橡膠和天然 橡膠組成的組中選出的材料制成。
3.一種硬度測(cè)試機(jī)，通過(guò)將加載有預(yù)定載荷的壓頭壓入試樣的表面來(lái)形成凹痕，并包括通過(guò)檢測(cè)形成凹痕時(shí)壓頭的位移量和加載于壓頭上的測(cè)試力來(lái)測(cè)量壓入曲線的測(cè)量部；從測(cè)量部求得的壓入曲線的面積來(lái)計(jì)算塑性變形引起的做功量(Wp)的做功量計(jì)算 部；和使用做功量計(jì)算部計(jì)算出的做功量(Wp)和預(yù)先確定的系數(shù)K、根據(jù)公式HVe = (K/ffp)2 來(lái)計(jì)算維氏硬度的估值(HVe)的估值計(jì)算部。
4.一種計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)，存儲(chǔ)能將計(jì)算機(jī)用作以下部分的程序通過(guò)將加載有預(yù)定載荷的壓頭壓入試樣的表面來(lái)形成凹痕、并檢測(cè)形成凹痕時(shí)的壓頭 的位移量和加載于壓頭上的測(cè)試力、來(lái)測(cè)量壓入曲線的測(cè)量部；從測(cè)量部求得的壓入曲線的面積來(lái)計(jì)算塑性變形引起的做功量(Wp)的做功量計(jì)算 部；和使用做功量計(jì)算部計(jì)算出的做功量(Wp)和預(yù)先確定的系數(shù)K、根據(jù)公式HVe = (K/ffp)2 來(lái)計(jì)算維氏硬度的估值(HVe)的估值計(jì)算部。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種硬度測(cè)試方法，其包括通過(guò)將加載有預(yù)定載荷的壓頭壓入試樣的表面來(lái)形成凹痕、并檢測(cè)形成凹痕時(shí)的壓頭的位移量和加載于壓頭上的測(cè)試力、來(lái)測(cè)量壓入曲線的測(cè)量步驟；從測(cè)量步驟求得的壓入曲線的面積、來(lái)計(jì)算塑性變形引起的做功量(Wp)的做功量計(jì)算步驟；和使用在做功量計(jì)算步驟計(jì)算出的做功量(Wp)和預(yù)先確定的系數(shù)K、根據(jù)公式HVe＝(K/Wp)2、來(lái)計(jì)算維氏硬度的估值(HVe)的估值計(jì)算步驟。本發(fā)明還涉及硬度測(cè)試機(jī)、和存儲(chǔ)程序的計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)。
文檔編號(hào)G01N3/42GK102147345SQ201110007380
公開(kāi)日2011年8月10日 申請(qǐng)日期2011年1月14日 優(yōu)先權(quán)日2010年1月15日
發(fā)明者澤健司 申請(qǐng)人:株式會(huì)社三豐