Indentation strain, reduced modulus and the determination of the elastic modulus of thin coatings using nanoindentation

Taux de déformation en indentation, module réduit et détermination du module élastique de films minces par nanoindentation.

Cavendish Laboratory, University of Cambridge, Madingley Road, Cambridge CB3 0HE, UK

Accepted: 30 September 2005

Abstract

Results from several series of experimental investigations are described, which, it is hoped, will increase our understanding of the distribution of plastic strain around spherical and Vickers indentations in metals. It is shown that the plastic strains around spherical and Vickers indentations are much higher than the traditional values. Experiments made using elastic cones and elastic substrates have also been used to highlight the inaccuracies which arise due to the use of the “reduced modulus” for analysing load versus displacement data obtained using pointed indenters. The final part of the paper describes the successful use of a new analytical model for deconvoluting the elastic modulus of a thin film deposited on a hard substrate using nanoindentation experiments.

Résumé

Nous décrivons les résultats obtenus à travers plusieurs études expérimentales, qui nous l’espérons, permettront une meilleure compréhension de la distribution de la déformation plastique générée par indentation sphérique et Vickers dans les métaux. Nous montrons que le taux de déformation plastique autour d’indentations sphérique ou Vickers est bien supérieure à celles traditionnellement admises. Des résultats obtenus sur substrats élastiques déformés par des cônes aussi élastiques confirment les faiblesses des analyses des courbes de charge-déplacement d’un indenteur pointu utilisant le concept de module réduit. Enfin, nous décrivons l’utilisation d’un nouveau modèle permettant de déconvoluer le module élastique d’un film mince déposé sur substrat dur des expériences de nanoindentations.