3J21合金箔片纳米压痕尺寸效应分析

在微观的环境下分析和研究压痕尺寸效应,可以为探索薄膜和微机械材料特性提供有力的理论基础和技术指导。用两种试验方法对厚度为100μm的3J21合金箔片进行纳米压痕试验,从试验中获得3J21合金箔片的力学性能参数。通过分析试验数据可知,3J21合金箔片压痕在微纳米级范围内存在明显尺寸效应。利用3种常用的压痕尺寸效应模型对3J21合金箔片的压痕尺寸效应进行描述和分析,结果表明这3种常用模型能够有效地描述3J21合金箔片的压痕尺寸效应,并且后两种模型能较为准确地预测其真实硬度值。     

纳米压痕硬度尺寸效应分析及其试验研究

针对材料纳米压痕硬度的压痕尺寸效应(Indentation size effect,ISE),利用纳米压痕技术测得单晶铝和单晶硅的载荷-压深曲线,获得最大载荷和最大压深,并结合原子力显微镜,获得压痕的三维形貌,计算出压痕的真实残余面积。根据最大压深和残余面积提出了一个新的模型——残余面积最大压深模型,此模型能更好地理解和描述材料硬度的压痕尺寸效应,并与其他几种典型的理论和模型进行了比较和分析。     

基于原子力显微镜和分子动力学的纳米压痕技术研究

利用原子力显微镜对真空蒸发镀膜技术制得的单晶铜薄膜试件进行了纳米压痕试验。通过进行各种压痕深度下的试验,获得了压痕深度对试件力学性能的影响关系。试验得到的试件弹性模量为67.0 GPa±6.9 GPa。试件的硬度值随着压痕深度的减小而不断增大,表现出强烈的尺寸效应。在原子力显微镜试验的同时,使用分子动力学仿真方法对单晶铜薄膜的纳米压痕过程进行了研究。仿真结果表明单晶铜薄膜的纳米压痕的力学机理不是位错在晶体中运动产生的塑性变形,而是非晶态产生的变形,从而解释了尺寸效应产生的原因。     

直接面积法测量纳米硬度技术的研究

利用纳米压痕技术对单晶硅做纳米压痕试验,得到其载荷-压深曲线.用原子力显微镜测出压痕的三维形貌,结合Matlab软件,直接计算出压痕的残余面积,从而得到单晶硅的纳米硬度值.通过对直接面积法与Oliver-Pharr方法测出的硬度值进行分析比较,发现两种方法得到的硬度值都有压痕尺寸效应,但用直接面积法得到的硬度值比用Oliver-Pharr方法得到的硬度值尺寸效应更明显一些.     

单晶铜薄膜纳米压痕过程的分子动力学模拟

使用三维分子动力学方法模拟了单晶铜薄膜的纳米压痕过程,研究了压头半径对纳米压痕过程的影响;采用Morse势函数计算试样原子与压头原子之间、试样原子之间的相互作用关系.结果表明:单晶铜薄膜纳米压痕的力学机理是非晶态产生的变形;纳米压痕过程具有尺寸效应,压头大小对单晶铜薄膜纳米压痕的分子动力学模拟结果有显著的影响.     

用数字散斑相关技术研究压痕尺寸效应

采用数字散斑相关技术计算了被测表面硬度压痕周围的塑性变形场特征,结合不同显微硬度测试方法的结果及有限元模拟结果,系统讨论了压痕尺寸效应问题.结果表明:在不同测试条件下,被测表面压痕周围的变形表现出两种状态,并且与载荷有关,使表面变形方向改变的载荷与产生压痕尺寸效应时的载荷是比较接近的;说明现有压痕计算在建模时不论载荷大小,而采用一种模型是不合理的,即当压头压入材料的深度不同时应该采用不同的模型进行分析计算.     

电缆聚氯乙烯绝缘层热变形过程的数值分析与评价

基于Abaqus/Explicit准静态分析方法,对电缆聚氯乙烯绝缘层的热变形过程进行了有限元分析,并将模拟结果与实验结果进行了对比。结果表明,计算得到的压痕深度等结果与实验测试数据较为一致,验证了计算模型的准确性。同时,分析了不同绝缘层结构尺寸对材料热变形的影响,获得了绝缘层压痕百分数与其结构尺寸的函数关系,讨论了给定压痕百分数条件下,绝缘层的结构尺寸与导体截面积的关系。为电线电缆产品热变形响应预测及绝缘厚度设计提供参考。     

基于纳米压痕技术和AFM的单晶铝硬度测试实验研究

利用纳米压痕技术对单晶铝作压痕试验,获得载荷-压深的加载和卸载曲线。根据O liver-Pharr方法求出压头与测试材料之间接触表面的投影面积Ac和硬度值Hop。再利用原子显微镜(atom ic force m icroscopy,AFM)得到压痕的真实三维形貌图。结合M atlab对压痕进行分析,得到压痕的真实残余面积Aresidual,并计算出其硬度Hresidual。通过对两组单晶铝的硬度数据进行比较分析:在微纳米尺度下,两种方法计算得到的压痕硬度都存在压痕尺寸效应,Hresidual的压痕尺寸效应比Hop要更明显。     

变形对镍镀层纳米压痕尺寸效应的影响及预测

为了研究拉伸变形对电沉积镍镀层硬度尺寸效应的影响,用纳米压痕仪对变形前后的镍镀层进行了测试,并通过两种模型对其进行了预测.结果表明:对于镀态和经过10%拉伸变形的镍镀层,压痕硬度随着压痕深度的降低而增加;试验结果能够很好地通过GCV模型来拟合,而Nix-Gao模型只有在压痕深度＞100 nm时才能和试验结果相吻合;纳米压痕硬度尺寸效应对于经过拉伸变形10%的试样更加明显.     

残余应力影响压痕尺寸和隆起量的研究

残余应力的存在直接影响材料的力学性能,在压痕法中影响其压痕形状大小、压入载荷-位移曲线和隆起量,因此通过比较压痕形状大小、压入载荷-位移曲线和隆起量的大小,可以推断出构件内部残余应力,再通过有限元研究不同程度的残余应力对压痕形状、压入载荷-位移曲线和隆起量的影响.研究结果表明, 残余压应力使压痕尺寸变小,残余拉应力使压痕尺寸变大,不同性质和大小分布的残余应力使压痕形状为椭圆形,压入载荷-位移曲线斜率和隆起量高度随着残余压应力的增加而增加,随着拉应力的减小而减小,当构件内部存在一定程度的残余拉应力时,随着压入载荷的继续增加出现负隆起量(沉降量),沉降量的大小与压入载荷的大小和残余拉应力的程度有关.