纳米压入法微机械材料力学性能测量不确定度的影响因素分类及评价

在介绍纳米压入法微机械力学性能测量原理的基础上,提出了纳米压入法微机械材料力学性能测量不确定度的I,II类影响因素的观点,并将I类影响因素分为直接和间接影响因素,将II类影响因素分为主要影响因素和次要影响因素。在阐述由这些因素产生的测量不确定度的评价方法基础上,对单晶硅(111)体材的硬度和弹性模量进行了测量与评定,其硬度和弹性模量的评定结果分别为13.57GPa±0.85GPa和156.33GPa±7.85GPa。     

基于原子力显微镜的薄膜原位压痕力学性能研究

基于原子力显微镜(AFM)和扫描电子显微镜(SEM)建立了一套原位纳米压痕测试系统。该系统可以实现控制带有金刚石(Cube corner)压头的AFM微悬臂梁对样品进行压入实验,并得到载荷-位移曲线,同时可以对压痕过程进行原位SEM实时观察。发展了一种基于AFM微悬臂梁加载和原位SEM压痕图像分析的力学性能测试方法,通过测量压入最大载荷和原位SEM测量压痕残余面积得到塑性薄膜的硬度和弹性模量。利用此方法对磁控溅射硅衬底上纳米晶银薄膜进行了压痕实验,并与Nanoindenter G200型纳米压痕仪实验进行对比研究。结果表明,原位AFM压痕方法具有高的载荷和位移分辨率,可以实现纳牛至微牛级的压痕实验,通过测量压痕面积得到塑性薄膜的硬度值,减小了使用Oliver-pharr方法中软膜硬基底上凸起(Pile-up)效应的影响,计算结果也具有好的测试精度和可靠性。     

金属纤维弹性模量的振动法测量

针对测量金属纤维弹性模量传统方法存在的局限,提出了一种用振动法测量金属纤维弹性模量的新方法。详细介绍了该方法的测量原理、测量装置、测量过程及误差分析。分别选择了钼丝和铂铱25合金纤维为测量对象,将被测材料制备成微悬臂梁试样,通过瞬态激励使悬臂梁产生短暂振荡,然后获得悬臂梁固有频率,再通过计算公式求出金属纤维材料的弹性模量。与静态拉伸法测量结果进行了比对,试验证明两者测试结果较为吻合。分析了悬臂梁长对测试结果的影响,结果表明:只有当梁长大于或等于8倍梁高(直径)时,这种影响才可忽略不计。     

单晶金刚石微观性能的纳米压入测量研究

研究单晶金刚石的微观机械性能,可为金刚石工具的研磨和使用性能评价提供技术依据。提出以纳米压入技术研究单晶金刚石微观尺度机械性能,分析了纳米压入技术的主要原理及其技术特点,进行了纳米压入测量实验并分析了各种因素的影响。研究表明:采用10mN的ADO载荷和小于10mN的最大压入载荷对单晶金刚石{100}晶面进行纳米压入测量,可显著减小甚至避免金刚石压头的变形和损伤,获得有效的压入曲线及数据;但在多次测量后会出现金刚石压头的累积钝化。基于测量过程和结果的分析,提出了提高测量有效性的方法。     

基于准连续介质法预测薄膜材料纳米硬度和弹性模量

采用准连续介质法模拟了单晶Al和单晶Cu纳米压痕实验中的初始塑性变形过程,获得了压头在不同压深下的加载和卸载曲线.在计算得到的载荷-压深曲线基础上,根据Oliver-Pharr法计算了薄膜材料的接触刚度、纳米硬度和弹性模量,并与相关文献的实验结果进行了比较.研究表明,接触刚度-位移曲线呈线性关系;纳米硬度测量中存在尺寸效应,而在弹性模量测量中却不存在尺寸效应.单晶Al和单晶Cu纳米硬度和弹性模量计算值分别为(0.584±0.013)和(84.088±0.332)GPa,(0.755±0.027)和(131.833±4.449)GPa.预测值与实验结果吻合,表明使用该方法预测薄膜材料的纳米硬度和弹性模量是可行的.     

利用纳米压入加载曲线确定金属薄膜的屈服强度和硬化指数：Ⅰ.数 …

针对纳米压入仪上普遍使用Ｂｅｒｋｏｖｉｃｈ三棱锥压头。本文分别考虑理想与钝化两种压头尖端几何情况,并使用三维弹塑性大应变 有限元分析软件ＡＢＡＱＵＳ,对沉积在陶瓷基体上金属薄膜的纳米压入加载过程进行了模拟计算,建立了膜、基材料基本力学性能参量及压头相对钝化量同纳米压入加载曲线间的函数关系,进而提出了利用纳米压入仪测得的连续压入加载曲线确定陶瓷基体上金属薄膜屈服强度和硬化指数的一般方法。     

金属丝弹性模量的测量方法研究

通过用纳米压入法和静态拉伸法对β-Ti丝、不锈钢丝以及3种NiTi丝进行弹性模量的测量。实验表明，纳米压入法弹性模量比静态拉伸法弹性模量大，并且材料的弹性模量越低，二者相差越大，其原因同试样的表面硬化层和尺寸效应有关。通过分析比较，建立了金属丝弹性模量的纳米压入法和静态拉伸法所得值之间的相关关系。     

利用纳米压入加载曲线确定金属薄膜的屈服强度和硬化指数 Ⅰ.数值模拟

针对纳米压入仪上普遍使用Berkovich三棱锥压头,本文分别考虑理想与纯化两种压头尖端几何情况,并使用三维弹塑性大应变有限元分析软件ABAQUS,对沉积在陶瓷基体上金属薄膜的纳米压入加载过程进行模拟计算,建立了膜、基材料基本力学性能参量及压头相对钝化量同纳米区入加载曲线间的函数关系,进而提出了利用纳米压入仪测得的连续压入加载曲线确定陶瓷基体上金属薄膜屈服强度和硬化指数的一般方法     

纳米压痕技术及其在薄膜/涂层体系中的应用

综述了纳米压痕技术的发展历程及其在薄膜领域的应用。介绍了当前实验室条件下主要采用的电磁驱动式纳米压痕仪的构造和工作过程。为了保证测试结果的准确性,要在合适的温度、湿度下进行压入实验,借助保载来消除一些可以避免的误差。阐述了压头的分类和选择原则,玻氏压头相比于维氏压头具有更小的中心线与棱面夹角,避免了尖端横刃对于压入结果准确性的影响,因此最常用的压头为玻氏压头;表征断裂韧性最合适的压头为立方角压头;表征微机电系统的弯曲采用楔形压头。总结了通过最大载荷和压入面积得到涂层力学参量的分析流程。归纳了将纳米压痕法应用于表征薄膜涂层的硬度和弹性模量、室温下蠕变性能、断裂韧性、残余应力、塑性性能等力学量的研究,如表征硬度和弹性模量的Oliver-Pharr法的应用,识别蠕变柔量的Lee-Radok模型的应用,分析断裂韧性的Lawn-Evans-Marshall模型的应用。在涂层制备过程中,制备参数的改变可以使得涂层具有不同的力学性能,涂层厚度远小于表面尺寸,硬度和弹性模量仍然存在各向异性,非晶态结构涂层具有更高的硬度和弹性模量。采用碳纳米管强化可以提高涂层的断裂韧性,涂层内存在适量的残余应力数值和合...     

微纳米覆盖层材料的力学性能表征探讨

使用Agilent公司G200微/纳米压痕仪对多种微纳米覆盖层材料的力学性能进行了测量。结果表明,通过连续刚度法测量微纳米涂层材料,可以获得涂层硬度和弹性模量,并能得到涂层硬度或弹性模量随厚度的变化规律;通过试验也可以看到,纳米压痕法测量膜材的力学性能存在明显的表面效应;基材对膜材的力学性能没有影响;膜材厚度越大,同一深度测得的膜材的弹性模量越高。     

Investigation on the influence of the dielectrics on the material removal characteristics of EDM

A systematical and comprehensive investigation of the material removal characteristics of the electrical discharge machining (EDM) process using various dielectrics as the working fluids was conducted in this work. Five dielectrics, including gaseous dielectrics, air and oxygen, and liquid dielectrics, de-ionized water, kerosene and water-in-oil (W/O) emulsion were used as the working fluids. The whole geometry parameters of the craters, including the recast material in the craters, were precisely determined by metallographic method. The volume of melted and removed material and removal efficiency in different dielectrics were comparatively investigated. By relating the material removal characteristics to the evolution of the discharge generated bubbles in different dielectrics which was done by computer simulation, it seems that the pressure above the discharge point is an important factor that can affect material removal characteristics. The results of this work were supposed to be helpful for further clarifying the complicated material removal mechanism of EDM.     

铝防盗盖表面流纹成因的研究

研究了铝防盗盖成型过程中铝板的应力,应变状态和金属流动特征,从理论上和铝板的组织状态方面分析了流纹的成因;同时从铝板表面粗糙度和表面缺陷方面分析了流纹的成因,提出了铝防盗表面流纹的控制方法。     

基于渐进成形的修复体加工实验

板料数控渐进成形工艺是一种柔性成形工艺,这种工艺非常适合加工小批量、多品种和形状复杂的板料产品。以医疗修复体为实验对象,分别采用正成形、负成形工艺在渐进成形专用机床上完成渐进成形加工。针对工具头与支撑体间隙不合理导致零件表面产生挤压痕迹的问题,提出一种基于零件模型的整体偏置方法生成支撑体模型,很好的解决了加工件表面的质量问题。对成形零件变形区厚度及回弹变形进行测量,并对所得数据进行分析。试验结果表明,数控渐进成形中材料厚度变化遵循正弦定律;负成形加工件的厚度误差、回弹量均比有支撑的正成形大,并对影响零件厚度、回弹的主要因素进行了初步分析。     

横向应变对声双折射系数的影响分析

以时基延迟效应为基础的声弹法应力测量,对微小应变都非常敏感。整个加载过程中,横向微小应变引起的时间差会累积到声时检测设备中,给应力定量测量带来很大的误差。采用回振法对45号钢在拉伸和压缩状态下的声双折射现象进行了试验研究。在研究超声波垂直于应力传播过程中,建立了声时差与应力的关系模型,试验证明了该模型的正确性。利用声速与动弹模量及动泊松比之间的关系,引入了横向应变对声双折射系数的修正项。     

铸件表面合金化层性能研究

针对采用水玻璃、树脂等作为粘结剂进行铸件表面合金化时，合金层中容易产生气孔、夹渣缺陷的问题，研究了一种铸件表面合金化新工艺，即加入一种YB成型剂将合金粉末压制成块的方法进行表面合金化，在铸钢ZG65Mn本体表面得到高含Cr、W等元素的合金化层。结果表明，通过消失模铸造工艺，使用YB成型剂较好地消除了水玻璃等粘结剂造成的气孔、夹渣，合金化层和本体之间实现了冶金结合；合金化层具有较好的耐磨性和耐热性能，加入WC后耐磨性可达本体材料的4．82倍，抗氧化性能提高50％左右，且合金化粉末压块放置操作简便、可靠。     

磁场对电火花放电通道的影响研究

放电过程中的横向静磁场可使带电粒子受到洛伦兹力而改变运动轨迹,造成工件上放电点的位置变化,进而引起电蚀坑形貌的变化。利用理论方法推算出磁场作用下的电子运动轨迹,得到工件上放电点的理论偏移值,并通过实验证明洛伦兹力改变了放电点的位置。结果表明:部分电蚀坑出现明显的拉长型畸变,放电点沿洛伦兹力方向移动,放电通道在洛伦兹力与工作液阻力的作用下逐渐发生偏移。电蚀坑被拉长后其深度会变浅,大而浅的电蚀坑将有助于提高电火花加工的表面质量。     

基于微处理器的断路器智能化技术研究

低压断路器是应用于供配电系统中的一种重要的开关电器。本文介绍以80C196KC单片机为核心的智能型断路器的硬件设计和软件实现。该断路器通过连接在单片机I／O口上的三位拨码开关，实现对断路器额定电流、脱扣方式的设定。通过RS485接口与上位机相连，可由上位机设定断路器的额定电流、脱扣方式，并使上位机获得断路器的各种参数信息，控制断路器的工作状态。     

配流盘定位设计对强度的影响研究

以轴向柱塞马达配流盘为研究对象,针对不同定位方式对配流盘工作强度进行有限元分析,得到应力分布和变形情况,为高压轴向柱塞马达(泵)配流盘的定位设计提供了参考。     

氢化锆表面多元复合膜层制备和研究

采用尿素高温分解产生的氧化性气氛在氢化锆表面制备多元复合膜层。利用XRD、SEM、EDS、XPS、AES等分析测试手段对氢化锆表面膜层的相结构、截面形貌、元素成分及价态进行性能表征。物相分析结果表明膜层主要有氧化锆相和Zr N相,且氧化锆相由单斜相(m-ZrO_2)和四方相(t-ZrO_2)组成。扫描电镜形貌分析表明原位生长氧化物膜层致密,膜层与氢化锆基体结合紧密。俄歇电子能谱结果表明膜层由C、N、O、Zr元素组成,并具有明显的分层现象,膜层由外向内分为富(C/N)层及富O层,随膜层表面溅射时间增加,O、Zr元素相对含量明显增加,C、N元素相对含量明显降低。X射线光电子能谱分析表明多元复合膜层存在Zr-O、Zr-C、Zr-N-O、Zr-N、O-H等键。