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インデンテーションサイズ効果（ISE）は、小さなスケールでインデントのサイズが小さくなるにつれて硬度が増加する傾向があるという観察である。 [1] [2]材料試験中にインデント（小さなマークですが、通常は特別なツールで付けられます）が作成されると、材料の硬度は一定ではありません。小さなスケールでは、材料はマクロスケールよりも実際に硬くなります。従来のインデンテーションサイズ効果では、インデントが小さいほど、硬度の差が大きくなります。この効果は、さまざまな深さでのナノインデンテーションおよびマイクロインデンテーション測定で確認されています。転位は、転位ブロッキングメカニズムを通じて流動応力を増加させることで、材料の硬度を高めます。[3] [説明が必要] 材料には、均一な歪みによって生成され、材料と処理条件に依存する統計的に蓄積された転位（SSD）が含まれます。[4] 一方、統計的に存在する転位に加えて、材料内の連続性を維持するために、 幾何学的に必要な転位（GND）が形成されます。
これらの追加の幾何学的に必要な転位（GND）は、材料の流動応力をさらに増加させ、したがって測定された硬度を増加させます。理論によれば、塑性流動は、材料に生じるひずみとひずみ勾配の大きさの両方の影響を受けるとされています。[5] [6]より小さなくぼみは、塑性領域の大きさに比べてひずみ勾配が高く、したがって、一部の材料では測定された硬度が高くなります。
実用上、この効果は、異なる荷重で測定した場合、低マイクロおよびナノ領域の硬度を直接比較できないことを意味します。しかし、この効果の利点は、ひずみ勾配が塑性に及ぼす影響を測定できることです。インデンテーションサイズ効果研究のデータを使用して、いくつかの新しい塑性モデルが開発されており、[4]薄膜などの高ひずみ勾配の状況に適用できます。[7]
参考文献
- ^ Pharr, George M.; Herbert, Erik G.; Gao, Yanfei (2010 年 6 月). 「インデンテーションサイズ効果: 実験的観察とメカニズムの解釈の批判的検討」. Annual Review of Materials Research . 40 (1): 271–292. Bibcode :2010AnRMS..40..271P. doi :10.1146/annurev-matsci-070909-104456. ISSN 1531-7331.
- ^ サージェント、PM (1985)、「材料特性評価における微小硬度に対するインデンテーションサイズ効果の利用」、材料科学および工学における微小インデンテーション技術、ASTM International、pp. 160–160–15、doi :10.1520/stp32956s、ISBN 978-0-8031-0441-9
- ^ アスケランド、ドナルド R. (2016)。材料の科学と工学。ライト、ウェンデリン J. (第 7 版)。ボストン、マサチューセッツ州: Cengage Learning。pp. 111–118。ISBN 9781305076761. OCLC 903959750.
- ^ ab Nix, William D.; Gao, Huajian (1997年10月). 「結晶性材料におけるインデンテーションサイズの影響：ひずみ勾配塑性の法則」. Journal of the Mechanics and Physics of Solids . 46 (3): 411–425. doi : 10.1016/s0022-5096(97)00086-0 . ISSN 0022-5096.
- ^ Fischer-Cripps, Anthony C. (2000).接触力学入門. ニューヨーク: Springer. ISBN 0387989145. OCLC 41991465.
- ^ Wu, Theodore; Hutchinson, John; Fleck, N (1997). 「ひずみ勾配可塑性」。応用力学の進歩。第 33 巻。Elsevier Science。p. 296。ISBN 9780080564111。
- ^ Voyiadjis, George; Yaghoobi, Mohammadreza (2017-10-23). 「ナノインデンテーションサイズ効果のレビュー：実験と原子論的シミュレーション」. Crystals . 7 (10): 321. doi : 10.3390/cryst7100321 . ISSN 2073-4352.