НАУКОВІ ЗАСАДИ ВИЗНАЧЕННЯ МЕХАНІЧНИХ ВЛАСТИВОСТЕЙ ТВЕРДИХ ТА НАДТВЕРДИХ МАТЕРІАЛІВ НА НАНОРІВНІ МЕТОДОМ НАНОІНДЕНТУВАННЯ

summary

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У вступі обґрунтовано актуальність теми дисертаційної роботи, сфор­мульовано мету й завдання дослідження, викладено наукову новизну й дано загальну характеристику дисертації.

У першому розділі наведено результати аналітичного огляду інфор­ма­ційних джерел за обраними матеріалами, методами дослідження фізико-меха­нічних властивостей матеріалів на наномасштабному рівні та отриманими ре­зуль­татами із застосуванням цих методів. Сучасний стан проблеми дослідження механічних властивостей матеріалів на нанорівні характеризується широким застосуванням методу НІ (випробування на твердість із реєстрацією залежності переміщення вершини індентора h від прикладеного навантаження P, як при зростанні, так і при зниженні навантаження на індентор при глибинах зану­рен­ня індентора < 1 мкм (рис. 1). Метод НІ почав розвиватися у 60-х роках мину­лого століття під керівництвом М. М. Хрущева в Інституті машинознавства ім. О. О. Благонравова у Москві. Значний внесок у розвиток методу внесли Г. М. Калей, М. Х. Шоршоров, В. П. Алехін, С. І. Буличев, Ю. В. Мільман, Б. О. Галанов, О. М. Григор'єв, С. О. Фірстов, В. В. Запорожець, Ю. І. Головін (ТДУ, Тамбов), W. Nix (Стендфордський університет), G. Pharr та W. Oliver (Ок-Ріджська національна лабораторія), W. Gerberich (Університет Міннесоти у Міннеаполісі), M. Chaudhri (Кембриджський університет), J. Alcala (Політех­нічний університет Каталонії, Барселона), T. Chudoba (ASMEC, Radeberg, Germany) та ін.

   Експериментальними да­ними, які одержують при НІ, є навантаження P, пере­мі­щен­ня індентора h та час t. Сучасні нанотвердоміри дозволяють із високою точністю реєструвати залежність P(h). Складнішою є ситуація з аналізом одержа-них експериментальних даних. При зануренні гострої піра­міди неминуче виникає мікро­пла­стична деформація у зоні контакту, тому точна інтерпре­тація отриманих експери­мен­таль­них даних на нанорівні ус­кладнена. Це призвело до того, що найпоширеніші методи ана­­­лізу пружно-пластичного кон­­­такту пірамідального ін­ден­­­тора із попередньо плос­кою поверхнею зразка базу­ються на аналітичних розв'язках пружних контактних задач для осеси­мет­ричних твердих штампів і ізотропного  півпростору. Вважається, що роз­ван­таження індентора є пружним процесом і саме ці розв'язки застосовуються для аналізу кривої розвантаження (рис. 1). Найпоширенішим методом аналізу в цьому випадку є метод Олівера та Фара, на який в науковій літературі зроблено більше 8 000 посилань. Його суттєвим недоліком є те, що при аналізі за­леж­ності P(h) одержуємо твердість Н і модуль пружності Е тільки при мак­си­маль­ному навантаженні на індентор. Для ідеально гострого індентора Бер­ковича площа проекції відбитка А пов’язана з його глибиною h_c співвід­но­шен­ням . При аналізі даних НІ, отриманих при глибинах зану­рення < 1 мкм, необхідно враховувати наявність у вершині індентора Берковича за­туплення сферичної фор­ми, радіус якого не вдається зробити < 100 нм