划痕测试影响因素分析与试验研究

发布时间：2021-09-25 08:00

　　随着材料科学技术的迅猛发展,工业领域对材料性能的要求越来越高。作为服役性能的重要因素之一,材料摩擦磨损特性的研究近年来成为国内外的研究热点。划痕作为一种高分辨率的测试方法,不仅有助于分析材料微观力学性能,且对微沟槽加工机理及材料可加工性研究具有重要意义。划痕测试方法能测量材料表面的摩擦系数、刻划抗力与动态划痕硬度等力学参数,还能研究切削加工中材料的可加工性和工艺参数优化等问题,因此在众多领域得到广泛应用,常用于薄膜/涂层等各类材料力学性能的测试分析中。近年来,划痕方法在理论、仪器研发和应用等方面迅速发展,对仪器精度及测试因素要求也越来越高,然而划痕测试过程较为复杂,在试验过程中不可避免的受到诸多因素影响,如机械装配导致的不垂直、材料凸起或凹陷引起的接触深度误差等。因此,开展对划痕过程的影响因素分析是很有必要的。为了更加深入了解各因素对材料变形损伤机制的影响,利用仿真手段对划痕过程进行分析,能够有助于解释试验现象和发现新的物理现象,揭示材料内部的应力及应变状态。本文针对划痕过程开展了基于光滑粒子流体动力学（SPH）方法的仿真研究,讨论了不同使役条件对材料摩擦磨损性能及沟槽形貌的影响;为验... 

【文章来源】：吉林大学吉林省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：178 页

【学位级别】：博士

【部分图文】：

原位摩擦计[31]

吉林大学博士学位论文Mohs 应用该方法首次在材料表面进行了刻划[29]。而后在 1950 年，研究学者 Heaven首次针对薄膜材料开展了刻划试验，成功地测得了薄膜材料与基体间的结合力[30]。随后越来越多的研究学者对此进行了研究，并提出了利用载荷-深度曲线测量接触面积的处理方法，推进了纳米压痕/划痕测试的发展。测试技术的高速发展是以精准的测试仪器作为基础的，在发展初期，许多研究机构自行研制高精度装置进行划痕测试研究。1999 年，M.Yoshino 等人设计了一种摩擦计，实现了在扫描电子显微镜（SEM）下对单晶硅的原位划痕测试[31]，仪器结构如图 1.1 所示。2004 年，R.Babe，J.Mickler 等人设计了一种小尺寸的纳米压痕/划痕测试装置，并置于扫描电子显微镜（SEM）下对材料的微观力学行为进行原位观测，如材料的变形、裂纹的产生与扩展[32,33]，该装置如图 1.2 所示。

(c) 英国 MML 公司的Nano Hardness Tester[37](d)瑞士 CSM 公司的Nano Indentation Tester[38]图 1.3 部分划痕测试典型仪器我国在压痕/划痕测试仪器研发方面起步略晚且由于技术封锁等原因，商业技术水平相对落后，部分学者和研究机构对自制仪器开展试验研究。西安蒋庄德、中科院力学研究所张泰华、装甲兵工程学院马德军以及吉林大学题组[39-45]等基于自制仪器开展了一些工作，研制的部分测试仪器如图 1.4


本文编号：3409389