边缘凸起式超显微硬度压痕的共聚焦测量

作     者：石伟 张凯林 侯晓东 SHI Wei;ZHANG Kai-lin;HOU Xiao-dong

作者机构：中国航空工业集团公司北京长城计量测试技术研究所北京100095 北京航空航天大学仪器科学与光电工程学院北京100191 东莞材料基因高等理工研究院应力测量技术研究所广东东莞523808 

出 版 物：《光学精密工程》 (Optics and Precision Engineering)

年 卷 期：2021年第29卷第5期

页      面：1014-1023页

核心收录：

学科分类：08[工学] 080402[工学-测试计量技术及仪器] 0804[工学-仪器科学与技术] 

基　　金：国家“十三五”技术基础项目(No.JSJL2016205A014) 广东省引进创新团队项目(No.2016ZT06G025) 

主　　题：共聚焦显微镜 凸起式 超显微硬度 接触力学 基准平面 

摘      要：为了精确测量边缘产生凸起的超显微硬度压痕,采用高分辨率且能获得压痕三维形貌的激光扫描共聚焦显微镜,获得压痕边缘复杂的三维凸起结构。对压痕的三维形貌数据进行分析,利用压痕对角线方法提取压痕的4个角点,计算超显微硬度。然而,压痕对角线法并不能反映残余压痕的复杂结构,尤其是边缘凸起结构。在测量压痕三维形貌的基础上,为寻找更符合接触力学和压痕形成规律的压头与试样的接触面积,提出了基准平面的概念。通过对压痕面积函数进行微分,寻找最优的基准平面位置,既考虑压痕的边缘凸起,也能很好地反映接触面积。实验结果表明,通过接触力学规律寻找到的最优基准平面测量硬度,其测量误差小于±1.5%、稳定性小于1%。基准平面法可以稳定且准确地得到更符合硬度定义的硬度值。