Nanoindentation and microbending analyses of glassy and crystalline Zr(–Hf)–Cu thin-film alloys

Abstract

Na tenkých vrstvách materiálu Zr(–Hf)–Cu připravených magnetronovým naprašováním byly měřeny nanoindentace a ohyb mikroskopických nosníků. Detailní analýza naměřených dat a mikroskopických snímků umožnila velmi přesné měření Youngova modulu zkoumaných materiálů zvláště díky uvažování pile-up efektu. Ohybové testy byly provedeny in-situ ve skenovacím elektronovém mikroskopu na nosnících připravených pomocí FIB (fokusovaného iontového svazku). Data byla vyhodnocena pomocí FEM (metoda konečných prvků) simulace. Výstupem elasto-plastického modelu byly Youngův modul, mez kluzu, elastická deformace, smluvní mez kluzu a přibližná hodnota pevnosti materiálu. Porovnáním různých materiálů bylo možné zjistit vliv obsahu mědi a/nebo záměny části zirconia za hafnium a také vliv krystaličnosti na mechanické vlastnosti materiálů. Navýšení podílu mědi se ukázalo jako významné z pohledu zvýšení tvrdosti a Youngova modulu, elastické deformace, meze kluzu a smluvní meze kluzu a vedlo ke snížení plastického parametru „k“ a pevnosti. Rozdílné atomové uspořádání (krystalické vs. amorfní-skleněné) složením identických vrstev se projevilo rozdílným mechanickým chováním. Krystalická vrstva byla tvrdší a tužší s podobnou hodnotou elastické deformace ale vyšší mezí kluzu a deformace nebyla doprovázena formováním střižných skluzových pásů jako u skleněného materiálu.