薄膜/涂层材料应力应变关系的压痕法表征与仪器研制

发布时间：2021-05-31 17:53

　　本文通过量纲分析、有限元数值模拟计算以及压痕实验研究,系统研究了薄膜/涂层材料应力应变关系的表征方法,成功获得了模量、硬化指数、屈服强度等参数。同时研制了大行程微米尺度压痕仪,完成了仪器结构设计、整体结构和各部件分析、仪器调试和校验等相关工作,最终基于调试成功的仪器进行了典型材料的压痕试验可靠性研究。 

【文章来源】：硬质合金. 2020,37(05)

【文章页数】：6 页

【部分图文】：

压痕额外面积的定义[20]

图3“神秘材料”的压痕载荷-位移曲线（a）和应力-应变曲线（b)[20]的精密驱动执行器如图4(b）所示。执行器下方的推杆行程为15 mm，主体由东方马达公司的PX系列马达配合NTN公司的滚珠花键结构组成，该执行器的主要优点是：（1）拥有较大的行程，15 mm的移动行程可以实现从压头接近样品到完成压痕试验的全过程，并且进一步放宽了试验时对样品尺寸的限制；（2）下方推杆是内螺纹的配合结构，且螺纹直径为4 mm，有利与载荷传感器的配合，并且有利于提升整体结构强度和稳定性。

考虑压痕仪整机在试验过程中的稳定性，对其进行模态分析。首先在有限元仿真软件ABAQUS中导入已经装配好的整机简化模型，对其各个部件的属性分别进行设置，包括密度、杨氏模量和泊松比。之后设置加载分析步，边界条件设为底端固定，设置网格类型为四面体网格，网格划分结果如图5所示。在软件中提交任务并完成计算，得到压痕测试装置整体前四阶的分析云图，如图6所示。压痕试验时的工作频率一般小于100 Hz，而测试装置整机的一阶振型的频率为347.51 Hz，远高于试验时的工作频率，所以不会出现共振的情况，因此可以确定测试装置整机的结构是很稳定的，完全符合试验需求，也从侧面证明了装置的结构设计是合理的。

【参考文献】：
期刊论文
[1]获取材料应力应变关系的锥形压入新方法[J]. 刘晓坤,蔡力勋,陈辉.  中国测试. 2016(04)
[2]宏观深度测量压入仪器的研制[J]. 刘东旭,张泰华,郇勇.  力学学报. 2007(03)

博士论文
[1]纳米压痕法表征金属薄膜材料的力学性能[D]. 马增胜.湘潭大学 2011



本文编号：3208695