ナノインデンテーションによる材料物性評価

摘要

ナノインデンテーション（Nanoindentatiorl）法は，押込荷重を〃Nのオーダーで制御し，そのときの試料への圧子の侵入深さをnmの分解能で測定する方法で，極めて微小なサブミクロン領域の機械的性質を直接的に評価できる材料試験法の一つである。 従来の硬さ試験法では，光学顕微鏡で試料表面を観察して圧痕の大きさを測定するが，光学顕微鏡では1 mu m以下の圧痕の大きさを精度良く測定できない。 このため，ナノインデンテーション法ではnm以下の測定分解能を持つ垂直変位計を用いて圧子が試料へ侵入する深さ（押込深さ）を測定して圧痕サイズを求めるのが一般的で，その原理を強調してdepth sensing indentationとも呼ばれている．この測定原理のもう一つの利点は，負荷開始から除荷終了までの全過程にわたって荷重と変位の関係が得られることである。 従来の硬さ試験では，1回の試験で得られる情報は最大荷重に対応した除荷後の圧痕の大きさに限定されるが，このdepth sensingの原理では押込荷重に対応する押込深さを連続的に測定し，図1に模式的に示すような荷重（P)-変位（h）曲線として記録することによって，試験の全過程にわたって材料の変形挙動を知ることができる。特に除荷曲線は，主に試料の弾性的な挙動を反映しており，ここから弾性定数（ヤング率）の算出も可能である。 したがって，塑性硬さの測定を意味する硬さ試験という呼び方は必ずしも適当でなく，正確には押込試験と呼ぶべきである。 本稿では以上のような特徴を持つナノインデンテーション法について、代表的な装置とデータの解析方法を解説し，さらにこの技術を応用した実例を示す。