納米壓痕又稱微壓入法，主要用于測量硬質(zhì)膜和耐磨薄鍍層的硬度。納米壓痕技術(shù)是近些年發(fā)展起來的一種最新硬度測試方法。納米壓痕技術(shù)除開硬度值外，還可以得到如彈性模量、屈服強度、塑性形變阻力等力學(xué)性能數(shù)據(jù)。

納米壓痕技術(shù)主要用于測量硬質(zhì)膜層和極薄的表面強化層等復(fù)合材料在不用分離薄膜與基體材料的情況下直接測得薄膜材料的硬度、彈性模量等數(shù)據(jù)。納米壓痕技術(shù)的應(yīng)用在微電子科學(xué)、表面噴涂、磁記錄以及薄膜材料加工等相關(guān)的材料科學(xué)領(lǐng)域中得到越來越廣泛的應(yīng)用。

微壓入過程的加載——卸載曲線見圖所示：

         納米壓痕過程的加載—卸載曲線

由卸載曲線BC在B點處的曲線斜率為：

式中：S——彈性接觸韌度；
            Er——約化彈性模量；
            E——楊氏模量；
            γ——泊松比；
            A——彈性接觸面的投影面積；
以上公式適用于各種形狀壓頭，包括四棱角錐(維氏)、圓錐、三角棱錐。對于維氏壓頭，公式可簡化為：

式中：hr'——實際壓入深度；
            ht——理淪壓痕深度；

 

硬度H主要由塑性形變決定，可以代表塑性形變抗力，這與傳統(tǒng)硬度測量相同。最大壓入量hmax應(yīng)小于膜層厚度的1/10，以便盡量減小基體影響。應(yīng)注意區(qū)分微壓入法與傳統(tǒng)硬度的區(qū)別．對于以塑性變形起主要作用的過程，兩種定義給出類似的結(jié)果。但是以彈性變形為主的接觸過程，兩種定義將給出完全不同的硬度。因為以純彈性接觸為主的過程，其卸載后，剩余接觸面積非常小，按傳統(tǒng)定義將導(dǎo)致硬度無窮大。

為了從載荷一位移數(shù)據(jù)計算出硬度和彈性模量，必須準(zhǔn)確地知道彈性接觸韌度和接觸面積，納米壓痕與傳統(tǒng)硬度測試的根本區(qū)別就是納米壓痕非常小，壓入深度非常淺，只能通過經(jīng)驗公式推算出接觸面積，而傳統(tǒng)方法是在卸除載荷后測量壓痕參數(shù)獲得。

目前，被廣泛用來確定接觸面積的方法被稱為Oliver-Pharr方法，該方法是通過將卸載曲線頂部的載荷與位移關(guān)系，擬合為一指數(shù)關(guān)系公式，并通過高精密專用儀器來完成所有的測試并通過計算機得知測試結(jié)果。

納米壓痕系統(tǒng)見圖所示：

                 納米壓痕系統(tǒng)簡圖

上圖系統(tǒng)加載及位移的分辨力分別為0.3uN及0.16nm。閱讀本文的用戶還對以下文章感興趣：
高溫硬度檢測用壓頭
金屬硬度無損檢測方法
磁導(dǎo)率方法