纳米压痕可获得材料硬度和弹性模量的连续的载荷－位移关系曲线，可以在不分离涂层的情况下直接测试薄膜材料性能，并可从微观尺寸范围了解薄膜的纳米力学性能，避免了压痕边缘模糊、基体影响等传统硬度检测技术的种种缺点。纳米压痕仪在样品的质量检测、纳米薄膜的性能测试以及摩擦化学反应膜的监测评估等方面都得到了广泛的应用［1］。纳米压痕技术最早用于硬度的测量方面，一般采用一定形状的压头对材料施加一定载荷，保持载荷一段时间后进行卸载，通过计算材料表面的压痕面积，再根据所施加载荷与压痕面积或深度之间的关系得到材料的硬度。基于该原理的传统硬度测试方法主要有维氏硬度法（Vickers）、洛氏硬度法（Rockwell）和努氏硬度法（Knoop）等。

纳米压痕技术最早由Oliver等人提出，其相对于传统的压痕硬度测试法，不仅在测量尺度上有很大的突破，还大大拓宽了测试范围。纳米压痕技术不仅可以得到硬度和弹性模量，而且可以得到蠕变参数、残余应力、相变、位错运动等参量。目前基于纳米压痕试验来检测表面残余应力有两种方法：一种是基于残余应力对纳米压痕载荷－位移曲线的影响；另一种是基于断裂力学理论，对存在残余应力的试样进行压痕试验，通过测量其压痕夹角处的裂纹长度与无应力试样裂纹长度得到残余应力的大小和状态。第二种方法仅适用于脆性材料。

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图2－1 典型的载荷－位移曲线图［4］