納米壓痕法表征韌性基底上韌性膜的力學(xué)性能.pdf

1、隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，薄膜和涂層材料的應(yīng)用越來越廣泛。薄膜材料的力學(xué)性能影響著它的使用和壽命，因而確定它的力學(xué)性能是至關(guān)重要的。納米壓入法是測量薄膜力學(xué)性能的重要方法之一，由于它具有高的位移分辨率，超低載荷及連續(xù)測量的優(yōu)點(diǎn)而受到重視。本文運(yùn)用量綱分析結(jié)合有限元數(shù)值模擬的方法建立了壓入過程中的加卸載響應(yīng)和韌性膜/韌性基底上的力學(xué)參量之間的函數(shù)關(guān)系并用實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了驗(yàn)證。
　　 本文首先介紹了本課題的研究歷史背景和研究現(xiàn)狀，對測量薄膜材料

2、力學(xué)性能的方法進(jìn)行了簡單的介紹，并對壓入法測量材料力學(xué)性能做了較為詳細(xì)的敘述。然后本人歸納了各向同性的韌性薄膜/韌性基底、功能梯度薄膜/韌性基底和有過渡層的韌性薄膜/韌性基底體系三大類組合的韌性膜/韌性基底材料力學(xué)性能的理論框架：運(yùn)用量綱分析的方法得到了納米壓痕過程響應(yīng)與韌性膜/韌性基底材料體系的力學(xué)參量之間的無量綱方程。本文利用有限元數(shù)值分析的方法對各向同性的韌性膜/韌性基底材料體系的Berkovich壓頭的壓入過程進(jìn)行了大量的數(shù)值模

3、擬和計(jì)算，得出了各向同性的韌性膜/韌性基底的力學(xué)參量和壓入響應(yīng)之間的半定量函數(shù)關(guān)系。在此基礎(chǔ)上，根據(jù)壓痕實(shí)驗(yàn)的加卸載參數(shù)，得到了電化學(xué)沉積在低碳鋼基底上1.7、2.5、4.0μm 厚Ni膜的彈性模量、屈服強(qiáng)度和硬化指數(shù)，結(jié)果表明Ni膜的屈服強(qiáng)度比其塊體材料高出許多，并且隨著膜厚減少，屈服強(qiáng)度增大。為對Berkovich壓頭連續(xù)壓入測定結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證，用分離拉伸法同樣獲得電化學(xué)沉積在低碳鋼上1.7、2.5、4.0微米Ni膜的應(yīng)力應(yīng)變曲線，與