颗粒增强金属基复合材料磨损性能测试方法技术

本发明专利技术涉及一种颗粒增强金属基复合材料的磨损性能测试方法，包括：在颗粒增强金属基复合材料制成的待测样品的表面确定出测试区域，其中，测试区域中具有露出的硬质相颗粒；利用原子力显微镜中的悬臂探针对测试区域进行扫描，并利用原子力显微镜获取测试区域的摩擦力图像和表面高度图像；根据测试区域的摩擦力图像和表面高度图像获取待测样品的磨损性能。本发明专利技术中的测试方法能够较好地反映颗粒增强金属基复合材料的磨损性能。金属基复合材料的磨损性能。金属基复合材料的磨损性能。

【技术实现步骤摘要】
颗粒增强金属基复合材料磨损性能测试方法


[0001]本专利技术涉及材料性能检测
，特别是涉及颗粒增强金属基复合材料磨损性能测试方法。

技术介绍

[0002]颗粒增强金属基复合材料(Particle Reinforced Metal Matrix Composites，PRMMCs)结合了陶瓷颗粒高硬度、高化学惰性和金属粘接相高韧性的优点，广泛应用于汽车工业、航空航天工业、电子工业和表面工程等领域。
[0003]在PRMMCs材料的耐磨性评价方面，现有技术多采用摩擦磨损实验分析，对比不同实验条件下不同样品的摩擦磨损实验结果。具体实验时，可以先对样品进行初磨，再利用摩擦件按照相同的磨损参数对初磨后的样品进行快速磨损试验。磨损完毕后，通过光学形貌仪获取磨损表面的形貌信息，并通过专用软件计算磨损体积，从而评估PRMMCs材料的耐磨性能。
[0004]然而，由于PRMMCs材料本身结构复杂，像上述这样的磨损试验并不能很好地表征PRMMCs材料的耐磨性。

技术实现思路

[0005]基于此，有必要针对现有颗粒增强金属基复合材料的耐磨性评价方法不能准确地表征材料本身的耐磨性的技术问题，提供一种能够较好地反映颗粒增强金属基复合材料的磨损性能的磨损性能测试方法。
[0006]本申请实施例提供一种颗粒增强金属基复合材料的磨损性能测试方法，在其中一个实施例中，包括：
[0007]在颗粒增强金属基复合材料制成的待测样品的表面确定出测试区域，其中，测试区域中具有露出的硬质相颗粒；
[0008]利用原子力显微镜中的悬臂探针对测试区域进行扫描，并利用原子力显微镜获取测试区域的摩擦力图像和表面高度图像；
[0009]根据测试区域的摩擦力图像和表面高度图像获取待测样品的磨损性能。
[0010]在其中一个实施例中，在待测样品的表面形成测试区域的步骤具体包括：
[0011]对待测样品的表面中至少一个露出的硬质相颗粒进行切割，并在待测样品的表面上切割位置的侧方形成凹槽，以使被切割的硬质相颗粒的切割面经由凹槽的第一侧槽壁暴露至待测样品外，并在待测样品的表面中形成包括了被切割的硬质相颗粒的测试区域。
[0012]在其中一个实施例中，对待测样品的表面中至少一个露出的硬质相颗粒进行切割的步骤具体包括：
[0013]沿着至少一个露出的硬质相颗粒的中心进行切割。
[0014]在其中一个实施例中，对待测样品的表面中至少一个露出的硬质相颗粒进行切割的步骤中：
[0015]切割沿待测样品的表面的法线方向进行；和/或
[0016]切割的深度延伸至被切割的硬质相颗粒的底部以下。
[0017]在其中一个实施例中，第一侧槽壁与测试区域的边缘接续。
[0018]在其中一个实施例中，利用原子力显微镜中的悬臂探针对测试区域进行扫描，并利用原子力显微镜获取测试区域的摩擦力图像和表面高度图像的步骤之后还包括：
[0019]获取第一侧槽壁的光学图像；
[0020]根据测试区域的摩擦力图像和表面高度图像获取待测样品的磨损性能的步骤具体包括：
[0021]根据第一侧槽壁的光学图像、以及测试区域的摩擦力图像和表面高度图像获取待测样品的磨损性能。
[0022]在其中一个实施例中，获取第一侧槽壁的光学图像的步骤具体包括：
[0023]将待测样品倾斜放置在电子显微镜的工作台上，以使电子显微镜的扫描电子束与第一侧槽壁具有夹角；
[0024]利用电子显微镜获取第一侧槽壁的光学图像。
[0025]在其中一个实施例中，对待测样品的表面中至少一个露出的硬质相颗粒进行切割的步骤具体包括：
[0026]在露出至待测样品的表面的硬质相颗粒中选择球状的硬质相颗粒，对至少一个球状的硬质相颗粒进行切割。
[0027]在其中一个实施例中，在待测样品的表面形成测试区域的步骤之前还包括：
[0028]对颗粒增强金属基复合材料的待测样品的表面进行预处理，使待测样品中的部分硬质相颗粒露出至待测样品的表面。
[0029]在其中一个实施例中，对颗粒增强金属基复合材料的待测样品的表面进行预处理，以使待测样品中的部分硬质相颗粒露出至待测样品的表面的步骤具体包括：
[0030]重复对待测样品的表面进行研磨处理和抛光处理，并利用原子力显微镜获取待测样品的表面高度图像，直至待测样品中的部分硬质相颗粒自待测样品的基体相中露出。
[0031]在其中一个实施例中，对颗粒增强金属基复合材料的待测样品的表面进行预处理的步骤之后还包括：
[0032]在预处理后的待测样品的表面上制作特征标记。
[0033]在其中一个实施例中，利用原子力显微镜中的悬臂探针扫描测试区域，并利用原子力显微镜获取测试区域的摩擦力图像和表面高度图像；
[0034]获取第一侧槽壁的光学图像的步骤具体包括：
[0035]A、利用特征标记将待测样品放置在原子力显微镜中的第一预设位置，利用原子力显微镜中的悬臂探针扫描测试区域，并利用原子力显微镜获取测试面的摩擦力图像和表面高度图像；
[0036]B、利用特征标记将待测样品放置于电子显微镜中的第二预设位置，并利用电子显微镜获取第一侧槽壁的光学图像。
[0037]在其中一个实施例中，重复步骤A和步骤B，直至原子力显微镜中的悬臂探针破裂。
[0038]在其中一个实施例中，获取第一侧槽壁的光学图像的步骤之前包括：
[0039]对凹槽进行清洗。
[0040]在其中一个实施例中，利用原子力显微镜中的悬臂探针扫描测试区域的步骤具体包括：
[0041]将测试区域划分为若干个相互平行的扫描区域，利用原子力显微镜中的悬臂探针逐行扫描扫描区域。
[0042]在其中一个实施例中，利用原子力显微镜中的悬臂探针对测试区域进行扫描的步骤之前还包括：将待测样品加热至600℃～800℃。
[0043]上述的颗粒增强金属基复合材料的磨损性能测试方法的有益效果：
[0044]利用原子力显微镜中的悬臂探针对待测样品中的测试区域进行磨损试验，并利用原子力显微镜获取测试区域的摩擦力图像和表面高度图像，这是从微观上测试待测样品表面的耐磨性能。与现有技术中的宏观的摩擦磨损实验相比，本方案用原子力显微镜中悬臂探针的针尖模拟实际对偶副中的单粗糙峰，与PRMMCs的微观测试区域进行微观摩擦磨损测试，能够更好地分析PRMMCs的微观失效机理，更好地反映颗粒增强金属基复合材料的磨损性能，从而更好地指导材料设计。
附图说明
[0045]图1为本申请实施例提供的颗粒增强金属基复合材料磨损性能测试方法的流程示意图；
[0046]图2为本申请实施例提供的颗粒增强金属基复合材料磨损性能测试方法中原子力显微镜对待测样品进行扫描的结构示意图；
[0047]图3为本申请实施例提供的颗粒增强金属基复合材料磨损性能测试方法中利用电子显微镜获取第一槽壁的光学图像的结构示意图；
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种颗粒增强金属基复合材料的磨损性能测试方法，其特征在于，包括：在颗粒增强金属基复合材料制成的待测样品的表面确定出测试区域，其中，所述测试区域中具有露出的硬质相颗粒；利用原子力显微镜中的悬臂探针对所述测试区域进行扫描，并利用所述原子力显微镜获取所述测试区域的摩擦力图像和表面高度图像；根据所述测试区域的所述摩擦力图像和所述表面高度图像获取所述待测样品的磨损性能。2.根据权利要求1所述的颗粒增强金属基复合材料的磨损性能测试方法，其特征在于，所述在颗粒增强金属基复合材料的待测样品的表面形成测试区域的步骤具体包括：对所述待测样品的表面中至少一个露出的所述硬质相颗粒进行切割，并在所述待测样品的表面上切割位置的侧方形成凹槽，以使被切割的所述硬质相颗粒的切割面经由所述凹槽的第一侧槽壁暴露至所述待测样品外，并在所述待测样品的表面中形成包括了所述被切割的硬质相颗粒的所述测试区域。3.根据权利要求2所述的颗粒增强金属基复合材料的磨损性能测试方法，其特征在于，所述对所述待测样品的表面中至少一个露出的所述硬质相颗粒进行切割的步骤具体包括：沿着至少一个露出的所述硬质相颗粒的中心进行切割。4.根据权利要求2所述的颗粒增强金属基复合材料的磨损性能测试方法，其特征在于，所述对所述待测样品的表面中至少一个露出的所述硬质相颗粒进行切割的步骤中：所述切割沿所述待测样品的表面的法线方向进行；和/或所述切割的深度延伸至被切割的所述硬质相颗粒的底部以下。5.根据权利要求2所述的颗粒增强金属基复合材料的磨损性能测试方法，其特征在于，所述第一侧槽壁与所述测试区域的边缘接续。6.根据权利要求2所述的颗粒增强金属基复合材料的磨损性能测试方法，其特征在于，所述利用原子力显微镜中的悬臂探针对所述测试区域进行扫描，并利用所述原子力显微镜获取所述测试区域的摩擦力图像和表面高度图像的步骤之后还包括：获取所述第一侧槽壁的光学图像；所述根据所述测试区域的所述摩擦力图像和所述表面高度图像获取所述待测样品的磨损性能的步骤具体包括：根据所述第一侧槽壁的光学图像、以及所述测试区域的摩擦力图像和表面高度图像获取所述待测样品的磨损性能。7.根据权利要求6所述的颗粒增强金属基复合材料的磨损性能测试方法，其特征在于，所述获取所述第一侧槽壁的光学图像的步骤具体包括：将所述待测样品倾斜放置在电子显微镜的工作台上，以使所述电子显微镜的扫描电子束与所述第一侧槽壁具有夹角；利用所述电子显微镜获取所述第一侧槽壁的光学图像。8.根据权利要求2～7中任一项所述的颗粒增强金属基复合材料的磨损性能测试方法，其特征在于，所述对所述待测样品的表面中至少一个露出...

【专利技术属性】
技术研发人员：汤鑫，王康，马天宝，邵天敏，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：