基于AFM納米壓痕實驗的低熔點合金力學分析.pdf

1、隨著納米科學技術(shù)的出現(xiàn)，材料在納米尺度下的特性備受國內(nèi)外研究者的青睞，研究納米尺度下的材料的力學性能日益成為關(guān)注的焦點。低熔點合金是指熔點在232℃以下的易熔合金。本文采用Bi31.6Sn19.6In48.8作為研究對象，它的熔點約為60℃，主要用于現(xiàn)代高速計算機或微電子技術(shù)的熱傳導。目前對于Bi31.6Sn19.6In48.8的研究大多集中在其熔點、膨脹率、密度等參數(shù)，而對Bi31.6Sn19.6In48.8的硬度、楊氏模量以及粘彈性

2、參數(shù)等力學性能的研究相對較少。
　　本文通過對Bi31.6Sn19.6In48.8進行AFM納米壓痕實驗，獲取載荷-壓痕深度曲線，利用Oliver-Pharr方法，計算Bi31.6Sn19.6In48.8的納米硬度和楊氏模量。實驗結(jié)果表明，在加載速率相同的情況下，隨著壓入載荷的增加，壓入深度也呈現(xiàn)出非線性增大，而且會出現(xiàn)一定的彈性回復(fù)和永久變形。壓入深度隨最大壓入載荷的增加而增大，而殘余深度卻有所不同，說明Bi31.6Sn19.6

3、In48.8具有非均質(zhì)特性。納米硬度不隨著壓入載荷的增加而減小，說明Bi31.6Sn19.6In48.8不存在明顯的壓痕尺寸效應(yīng)。楊氏模量測量值隨著壓入載荷的增加反而降低，說明楊氏模量測量值的差異與Bi31.6Sn19.6In48.8中晶粒的堆積效應(yīng)有關(guān)。在原來實驗的基礎(chǔ)上，分別用0.848μm/s，1.01μm/s，2.01μm/s，5.37μm/s的加載速率加載到最大載荷后，然后以與加載過程相同的速率卸載到0。隨著加載速率的提高，樣

4、品測得的納米硬度和楊氏模量測量值均會增大，說明Bi31.6Sn19.6In48.8的納米硬度和楊氏模量測量值具有加載速率相關(guān)性。在原有AFM納米壓痕實驗的基礎(chǔ)上，通過對低熔點合金和摻雜0.1％石墨烯的低熔點合金分別保載20s，在恒定壓痕深度的作用下，分析應(yīng)力隨時間逐漸衰減的情況，進而得到其粘彈性參數(shù)。實驗結(jié)果表明，在恒定壓痕深度情況下保載，低熔點合金及其摻雜0.1%石墨烯的低熔點合金均表現(xiàn)出應(yīng)力迅速松弛而后在約20s內(nèi)趨于不變的特性，且