Исследование микроразмерных поверхностных деформаций на основании анализа данных атомно-силовой микроскопии методом цифровой корреляции изображений

Обложка
  • Авторы: Федоткин А.П.1, Лактионов И.В.1, Султанова Г.Х.1,2, Кравчук К.С.2, Решетов В.Н.3, Усеинов А.С.4
  • Учреждения:
    1. Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Московский физико-технический институт (национальный исследовательский университет)"
    2. Национальный исследовательский центр "Курчатовский институт"
    3. Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский ядерный университет "МИФИ"
    4. Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт физики высоких давлений им. Л.Ф. Верещагина Российской академии наук
  • Выпуск: Том 18, № 6 (2025)
  • Страницы: 326-334
  • Раздел: Нанотехнологии
  • URL: https://journals.eco-vector.com/1993-8578/article/view/692434
  • DOI: https://doi.org/10.22184/1993-8578.2025.18.6.326.334
  • ID: 692434

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Доступ платный или только для подписчиков

Аннотация

Показана применимость метода цифровой корреляции изображений (ЦКИ) к топографиям атомно-силовой микроскопии (АСМ) при локальной нагрузке. Исследован технически чистый титан Grade 4 после равноканального углового прессования по схеме Конформ. Локальная деформация формировалась микросферическим алмазным индентором (R = 2,5 мкм). АСМ-сканирование области до/после вдавливания выполнялось с регистрацией по квадратному шаблону царапин (~1 мкм). Предобработка включала подавление артефактов и выравнивание поля. Субпиксельная ЦКИ по локальным окнам обеспечила восстановление радиальной и тангенциальной компонент поля смещений. Получены непрерывные карты, фиксирующие распространение возмущений за пределы контактной зоны и особенности локальной пластической деформации. Результаты подтверждают техническую реализуемость и информативность ЦКИ для количественного картирования смещений при наноиндентировании ультрамелкозернистого титана.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

А. П. Федоткин

Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Московский физико-технический институт (национальный исследовательский университет)"

Email: useinov@mail.ru
ORCID iD: 0000-0003-3822-4811

инж.

Россия, г. Долгопрудный

И. В. Лактионов

Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Московский физико-технический институт (национальный исследовательский университет)"

Email: useinov@mail.ru
ORCID iD: 0000-0002-8576-3669

инж.

Россия, г. Долгопрудный

Г. Х. Султанова

Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Московский физико-технический институт (национальный исследовательский университет)"; Национальный исследовательский центр "Курчатовский институт"

Email: useinov@mail.ru
ORCID iD: 0000-0002-4770-5724

инж.

Россия, г. Долгопрудный; Москва

К. С. Кравчук

Национальный исследовательский центр "Курчатовский институт"

Email: useinov@mail.ru
ORCID iD: 0000-0002-9956-9939

к.ф.-м.н., науч. сотр.

Россия, Москва

В. Н. Решетов

Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский ядерный университет "МИФИ"

Email: useinov@mail.ru
ORCID iD: 0000-0002-8426-5991

д.ф.-м.н., проф.

Россия, Москва

А. С. Усеинов

Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт физики высоких давлений им. Л.Ф. Верещагина Российской академии наук

Автор, ответственный за переписку.
Email: useinov@mail.ru
ORCID iD: 0000-0002-9937-0954

к.ф.-м.н., зам. дир.

Россия, Москва, г. Троицк

Список литературы

  1. Shojai S., Brömer T., Ghafoori E. et al. Assessment of corrosion fatigue in welded joints using 3D surface scans, digital image correlation, hardness measurements, and residual stress analysis. International journal of fatigue. 2023. Vol. 176. P. 107866.
  2. Pan B., Li K. A fast digital image correlation method for deformation measurement. Optics and Lasers in Engineering. 2011. Vol. 49. No. 7. PP. 841–847.
  3. Bhushan B., Koinkar V.N. Nanoindentation hardness measurements using atomic force microscopy // Applied physics letters. 1994. Vol. 64. No. 13. PP. 1653–1655.
  4. Romanowicz P.J., Szybiński B., Wygoda M. Assessment of digital image correlation effectiveness and quality in determination of surface strains of hybrid steel/composite structures. Materials. 2024. Vol. 17. No. 14. P. 3561.
  5. Pan B., Asundi A., Xie H., Gao J. Digital image correlation using iterative least squares and pointwise least squares for displacement field and strain field measurements. Optics and Lasers in Engineering. 2009. Vol. 47. No. 7–8. PP. 865–874.
  6. Reddy B.S., Chatterji B.N. An FFT-based technique for translation, rotation, and scale-invariant image registration. IEEE transactions on image processing. 1996. Vol. 5. No. 8. PP. 1266–1271.
  7. Hebert J., Khonsari M. The application of digital image correlation (DIC) in fatigue experimentation: A review. Fatigue & Fracture of Engineering Materials & Structures. 2023. Vol. 46. No. 4. PP. 1256-1299.
  8. Федоткин А.П., Лактионов И.В., Гладких Е.В., Кравчук К.С. Применение алгоритмов машинного зрения для автоматического измерения микротвердости по Виккерсу. НАНОИНДУСТРИЯ. 2020. Т. 13. № 6. С. 392–400. https://doi.org/10.22184/1993-8578.2020.13.6.392.398
  9. Fedotkin A.P., Gladkikh E.V., Rusakov A.A., Useinov A.S. Analysis of the deformation behavior of materials during indentation using digital image processing methods. Theoretical Foundations of Chemical Engineering. 2024. Vol. 58. No. 3. PP. 661–665.
  10. Maslenikov I.I., Reshetov V.N., Useinov A.S. Mapping the elastic modulus of a surface with a NanoScan 3D scanning microscope. Instruments and experimental techniques. 2015. Vol. 58. No. 5. PP. 711–717.
  11. Кушнерева А.С., Лактионов И.В., Усеинов А.С. и др. Микросферические алмазные наконечники для исследования локальных механических свойств материалов методом инструментального индентирования // НАНОИНДУСТРИЯ. 2024. Т. 17. № 1. С. 44–49. https://doi.org/ 10.22184/1993-8578.2024.17.1.44.49
  12. Sun Y.F., Pang J.H.L. Nanoscale Deformation and Strain Analysis by AFM–DIC Technique. Nano-Bio-Electronic, Photonic and MEMS Packaging. 2021. PP. 519–533.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис.1. АСМ-изображение поверхности до (а) и после (b) нанесения отпечатка

Скачать (208KB)
Метаданные
3. Рис.2. Карта радиальных (a) и тангенциальных (b) смещений

Скачать (310KB)
Метаданные

© Федоткин А.П., Лактионов И.В., Султанова Г.Х., Кравчук К.С., Решетов В.Н., Усеинов А.С., 2025