ICS 19.060 A 42
GB
中华人民共和国国家标准
GB/T 31228—2014
仪器化纳米压入试验 术语 Instrumented nanoindentation test-Terminology
2015-04-15实施
2014-09-30发布
中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局
中国国家标准化管理委员会 发布 GB/T31228—2014
目 次
前言引言 1
范围 2 基础通用 3 仪器特性
力学测量 5 参数识别 6 试验样品 n
N
6
8
测试设定参考文献索引
8
10 1 1 GB/T 312282014
前言
本标准按照GB/T1.1一2009给出的规则起草。 本标准由中国科学院提出。 本标准由全国纳米技术标准化技术委员会（SAC/TC279)归口。 本标准起草单位：浙江工业大学、宝山钢铁股份有限公司、中国科学院力学研究所。 本标准主要起草人：张泰华、王秀芳、文东辉、冯义辉、杨荣、彭光健。
I GB/T 31228—2014
引言
仪器化纳米压入测试是近二十年来发展起来的一种微/纳米力学试验技术。该技术自诞生至今，已广泛应用于材料学、物理学、生物学、力学等学科领域和工业生产中，正逐渐成为微/纳米力学测试技术中重要的手段之 一
规范仪器化纳米压人测试技术中所涉及的术语及其定义，有助于增强该技术的理解和交流，促进该技术的推广和应用，使之更好地为科研、生产和贸易服务。
- GB/T31228—2014
仪器化纳米压入试验 术语
1范围
本标准界定了仪器化纳米压人试验在基础通用、仪器特性、力学测量、参数识别、试验样品、测试设定方面所涉及的常用术语及其定义。
本标准主要适用于仪器化纳米压入试验，也可拓宽至仪器化压入试验。
2基础通用
2.1
仪器化压入测试instrumentedindentationtest 驱动选定的压头压人试样，自动测量所施加的载荷和在试样中的压入深度，基于力学模型计算出材
料的硬度和力学参量的测试。
注1：仪器化压人测试主要关注动作过程，类似拉伸、压缩、弯曲、扭转等测试；而硬度计测量主要关注压人卸载后残
留压痕的尺寸，通常称之为压痕测量。 注2：国际标准ISO14577按压人载荷F和深度h，将该测试分为：宏观范围（macrorange），2N≤F≤30k.V；显微
范围（microrange），F<2N，h>0.2μm；纳米范围（nanorange），h≤0.2μm
注3：仪器的载荷量程通常不超过500mN，相应的压人深度在纳米量级至几微米，习惯称之为纳米压入测试
（nanoindentationtest）。目前，趋于采用国际标准ISO14577的命名，多称之为仪器化压人测试。
2.2
压入仪instrumentedindentationtester 经过直接校准和间接检验合格的、能够实现仪器化压人测试的仪器。 注1：压人仪不属于传统的硬度计范畴。传统硬度计只能测量硬度，而压人仪不但可以测定硬度，还能测定弹性模
量等力学参数。
注2：压入仪属于材料试验机范畴。传统材料试验机用于试样的整体、破坏型测试，而压入仪用于试样的微区、微损
型测试。
2.3
纳米压入仪nanoindentationtester 压人深度通常在纳米量级至几微米、载荷和位移测量的分辨力通常分别优于10'nN和10-1nm量
级的压入仪。
注1：目前，该类仪器以电磁或静电驱动为主，典型量程为500mN或10mN。
2.4
压头indenter 压人仪中用于压人试样的并具有特定几何形状和尺寸的部件。 注1：压头通常由两部分组成。前部常选用金刚石、蓝宝石、硬质合金等材料，其尖端需要精磨成规定的几何
形状和尺寸，用于压入试样；后部常选用钢质材料，加工成规定形状的基托，用于固定压头前部和连接仪器压杆。
注2：纳米压人测试结果，受压头尖端几何形状偏离其设计形状的程度、以及确定该形状时的误差等因素的
影响。
注3：实际使用时，通常根据压头尖端的设计几何形状分类，主要包括维氏压头、玻氏压头、立方角压头、圆锥压头和
球形压头等。
1 GB/T31228——2014
2.4.1
维氏压头 Vickersindenter 尖端形状为正四棱锥，其相对棱面之间夹角为136°的压头。 注：其相对校面夹角的允许范围为136°土0.3°。
2.4.2
玻氏压头 Berkovich indenter 尖端形状为正三棱锥，其中心线与棱面之间夹角为65.03°的压头。 注1：在压人深度相同时，该类压头具有和维氏压头相同的表面积，注2：其中心线与棱面之间夹角的允许范围为65.03°土0.3。
2.4.3
改进型玻氏压头 modifiedBerkovichindenter 尖端形状为正三棱锥，其中心线与棱面之间夹角为65.27°的压头。 注1：在压入深度相同时，该类压头具有和维氏压头相同的投影面积。 注2：纳米压人仪通常采用此类压头。 注3：其中心线与棱面之间夹角的允许范围为65.27°士0.3°。
2.4.4
立方角压头 cube-cornerindenter 尖端形状为正三棱锥，其中心线与棱面之间夹角为35.26°的压头。 注1：三条侧棱相互垂直，形状似立方体的角。 注2：其中心线与棱面之间夹角的允许范围为35.26°±0.3°。
2.4.5
圆锥压头 conicalindenter 尖端形状为圆锥的压头。
2.4.6
球形压头 sphericalindenter 尖端形状为球冠的压头。
2.5
几何自相似压头 geometrically self-similar indenter 尖端顶点与任意横截面所构成的几何体之间具有几何相似性的压头。 注：模型分析中，通常根据压头尖端的几何相似属性分类，包括几何自相似压头和非几何自相似压头。正棱锥形压
头和圆锥形压头属于几何自相似压头。
2.6
等效半锥角 equivalent semiconical angle 正棱锥形压头按高度-横截面面积等效成的圆锥形压头所对应的半锥角。 注1：在模型分析时，通常用等效半锥角所对应的圆锥形压头代替正棱锥形压头以降低分析难度。 注2：维氏压头和改进型玻氏压头的等效半锥角为70.3°，立方角压头的等效半锥角为42.3°。
2.7
压头面积函数 indenterareafunction 垂直于压头中心线的截面积（投影面积)A与压头顶点至相应截面距离h之间的函数关系。 注：圆锥压头的面积函数可表示为A（h）=Ch"，式中C为由其半锥角决定的常数。
2.7.1
标称面积函数 nominal areafunction 按照压头尖端设计形状计算得到的面积函数。
2 GB/T31228—2014
2.7.2
间接校准的面积函数indirectlycalibratedareafunction 利用在已知弹性模量的参考样品或标准样品上进行压人测试所确定的面积函数。
2.7.3
直接校准的面积函数directlycalibratedareafunction 利用三维成像技术对压头尖端进行扫描所确定的面积函数。 注：可以利用溯源的原子力显微镜进行三维成像。
2.8
间接检验indirectverification 使用参考样品或标准样品，间接确认压人仪工作状态是否正常的操作过程。
3仪器特性
3.1
压入载荷范围rangeofindentationload 仪器所能施加压入载荷的示值范围。
3.2
载荷分辨力loadresolution 仪器能有效辨别的载荷最小示值差，为载荷最大值除以2的模拟-数字转换器位数次方。 注：该指标主要用于仪器设计，并不直接反映仪器实际的测量性能。 示例：载荷最大值为50mN，模拟-数字转换器的位数为16位，计算出的分辨力为50m.N/215~750nN。
3.3
载荷噪声水平loadnoiselevel 仪器在载荷测量过程中自行产生的非目的信号。 注；通常由仪器的驱动载荷电噪声等因素所决定，反映载荷测量的波动范围。
3.4
接触载荷contactforce 仪器能稳定测量到的压头接触试样的最小载荷示值。 注1：由仪器的载荷分辨力和噪声水平所决定。 注2：该值越小，确定压头与试样接触零点的误差越小。
3.5
压头位移范围 range of indenter displacement 压头沿压人方向可移动距离的示值范围。
3.6
位移分辨力displacementresolution 仪器能有效辨别的位移最小示值差，为位移最大值除以2的模拟-数字转换器位数次方。
3.7
位移噪声水平displacementnoiselevel 仪器在位移测量过程中自行产生的干扰信号。 注：通常由仪器的位移传感器噪声、测试环境噪声（温度波动和地表振动）等因索所决定，反映位移测量的波动
范围。
3.8
接触零点 contact zero point 压头垂直接触到试样表面的位置，为压头位移测量值转化成压人深度的参考点。
3 GB/T31228—2014
注1：位移传感器测量的是压头位移。 注2：由于试样表面对压头粘附作用、试样表面粗糙度、仪器噪声水平等的影响，接触零点在某位移范围内无法精确
确定，例如对于典型的纳米压入仪，此位移范围约为10nm。因此，接触零点为用于确定压人深度数值的估计值。
3.9
仪器柔度 instrumentcompliance 在单位驱动载荷作用下压杆和压头等仪器构件的变形量。 注：在驱动载荷作用下，由于位移传感器安装位置的限制，其测量结果主要为压头位移，同时还包括压杆和压头等
的微量变形。在将位移传感器测量结果转换成压人深度时，应扣除这部分变形量。
3.10
压入深度范围 rangeof indentationdepth 仪器所能检测到压人深度的示值范围，
3.11
测试区域 testing area 仪器控制压头或试样台水平移动所能确定的可进行压人测试的范围。
3.12
定位精度 positioningaccuracy 仪器控制压头或试样台水平移动的精度。
3.13
数据采集长度 maximumnumberofdatapoints 仪器在测量时采集数据的数目。
3.14
数据采集速率 data acquisition rate 仪器采集载荷和位移等测量数据的速率。 注：在采集时间固定的情况下，较高的数据采集速率可以较好地分辨测量的细节。
3.15
原位扫描成像 in-situ scanning 高分辨平移压头或试样台，微力驱动压头扫描压痕及其周围或试样表面局部成像的一种技术。
4力学测量
4.1
压入载裁荷 indentation load F 仪器驱动压头作用在试样上的载荷。 注：等于驱动压头运动的电磁力或静电力减去支撑弹簧所承受的载荷。
4.2
压入深度 indentationdepth h 仪器驱动压头在试样表面以下的位移。 注：等于仪器位移测量值减去压头起始点到接触零点的距离、压杆和压头等仪器构件的变形量。
4.3
载荷-深度曲线load-depthcurve 根据压人载荷和压人深度所绘制出的曲线。
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