石 伟，张凯林，侯晓东

（1. 中国航空工业集团公司北京长城计量测试技术研究所，北京100095；2. 北京航空航天大学仪器科学与光电工程学院，北京100191；3. 东莞材料基因高等理工研究院应力测量技术研究所，广东东莞523808）

1 引 言

随着科技的发展及新材料的不断涌现，产品的多样化发展和质量控制水平对硬度测量及校准提出了越来越高的要求，其中对新材料微小力及微压痕超显微硬度领域的测试问题尤为突出。微观硬度由于特别适用于微小、薄型试件及脆硬试件的测试，对金属组织、金属表面加工层、电镀层、硬化层、热处理试件、碳化试件、光纤维、碳纤维和陶瓷等材料的校准测试有着特殊的需求和研究意义。

超显微硬度压痕是介于显微压痕和纳米压痕之间的硬度压痕，超显微硬度压痕的特点为：其对角线长度在5～20 μm 之间；载荷、加载速度及保持时间可控，载荷在10 gf～300 gf。

随着超显微硬度测量需求的增多，要求也越来越高。目前，常用的显微硬度计采用传统的光学成像来测量压痕大小，由于成像分辨率的限制，往往不能满足显微硬度压痕尤其是超显微硬度压痕的测量。另外，传统的光学显微镜仅能够得到压痕的二维投影数据，然后通过测量压痕对角线计算试样的硬度；但是在一些情况下，试样材料的不均匀或杂质的存在使得压痕边缘产生不规则的变化，呈现不规则的凸起结构，对测量结果的影响较大［1］。

在科研和工程实践中，对小试件尤其是薄膜、涂层等材料的显微硬度测量的常用方法是仪器化压入试验（通常被叫做纳米压痕仪）。……