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硬度计算软件——基于尺度效应和基底效应

已有 5735 次阅读 2016-1-24 16:34 |系统分类:科普集锦

在实际工程应用过程中,金属薄膜材料一般都是不处于自由状态的,而是粘附于其他基底材料上,从而使其得以在光学涂层、磁性纪录头、大规模集成电路、抗磨损涂层以及切割工具表面涂层等领域广泛使用。尽管这些薄膜/基底体系中金属薄膜的主要功能并不直接反映在力学特性上,但实际上,在结构的设计、优化以及可靠性的分析中了解它们的力学性能尤为重要。

对于薄膜/基底体系而言,基底材料的属性在纳米压痕实验中很可能会对测量结果产生重要影响,而对于一些厚度非常小的薄膜,这种基底的影响会更大。材料在压头正下方会产生弹塑性变形,并且材料与压头接触部分先发生塑性变形,然后在接触区域的外场通常产生比塑性变形大得多的弹性变形区。当压头下方材料的弹塑性变形区均只发生在金属薄膜中的时候,纳米压入测量反映的只是膜的信息,得到结果的也只是薄膜/基底体系中金属薄膜的力学性能;然而,当压头下方材料的弹性变形区进入基底的时候,测量所反映的是薄膜和基底的综合响应,其测试结果将是薄膜和基底的综合力学性能。 

为了剔除基底效应的影响,一个经常采用的经验方法就是限制压入深度小于薄膜厚度的10%,这就是所谓的“1/10准则”。当薄膜的厚度大于1μm的时候,“1/10准则”是行之有效的,但对于一些超薄的膜而言,这个准则并不适用。由于仪器本身的灵敏度、信噪比、针尖表面状态以及尺度效应等各种因素的影响,当压入深度小于10nm的时候,纳米压痕测量实际上很难得到有意义的结果,而很多薄膜的厚度都比此深度还要小。基于这种情况,就要增加压痕深度,这时基底效应就是必须考虑的因素。探讨纳米压入实验中在不限制压入深度的条件下如何获得薄膜/基底体系中薄膜本身的力学性能显得非常必要,并且对拓展和加强纳米压入技术的应用有着重要的意义。本软件将对镀镍钢带表层的镍薄膜的硬度进行表征,力争从压痕复合硬度(综合考虑基底效应和尺度效应的双重贡献)得到薄膜材料的本征硬度。

硬膜/软基底材料体系

 

   软膜/硬基底材料体系

 

软件信息:http://www.docin.com/p-1311354493.html

 

参考文献下载:[IJP.pdf]

 

 

ZS Ma, YC Zhou, SG Long, C Lu, On the intrinsic hardness of a metallic film/substrate system: Indentation size and substrate effects. International Journal of Plasticity 34, 1-11

 



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