TiN涂层残余应力对其界面结合强度的影响

用X射线衍射法测试了40Cr基体表面生成的TiN涂层结合界面残余应力,并利用划痕试验法测试了TiN涂层的结合强度,建立了残余应力与结合强度的定性关系。试验结果表明,TiN涂层残余应力对其结合强度有明显的影响,涂层残余应力越大,其结合强度越小,在涂层制备程中减小残余应力,有利于提高其结合强度。     

高速钢上TiN涂层残余应力的曲率测试和有限元分析

采用多弧离子镀在W6Mo5Cr4V2高速钢上沉积五种不同厚度TiN涂层,用曲率法和有限元法研究TiN涂层残余应力和构成。结果表明涂层厚度对其残余应力有很大影响,特别是对本征应力。当涂层厚度从3μm变化到11μm时,TiN涂层总残余应力分布在-3.12～-2.29GPa之间;热应力分布在-1.96～-1.92GPa之间;本征应力分布在-1.17～-0.37GPa之间。其中热应力所占的比例较大,约占62%～68%。当膜基比ξ0.017时,总残余应力随ξ的增加呈非线性增加;当ξ=0.017时,该值达到最大值-3.12GPa;当ξ0.017时,该值随ξ的增加而下降。造成这种变化的主要原因是涂层本征应力受涂层结构影响较大,随着涂层厚度的增加,涂层中孔洞、过冷液滴以及界面微裂纹等缺陷也随之增加,导致涂层中本征应力得到有效释放。     

硅基铁电微声学器件中薄膜残余应力的研究

采用基底曲率法测量了硅基铁电微声学器件中各层薄膜的残余应力情况,通过调节热氧化的二氧化硅层的厚度,优化了微声学器件中复合膜的残余应力,得到平整的振膜结构,提高了器件的可靠性和成品率。     

TiN涂层陶瓷刀具膜-基界面应力的试验研究

利用X射线衍射(XRD)应力分析仪测试了TiN薄膜涂层与Si3N4陶瓷刀具基体的界面残余应力状况,分析了成膜过程中应力形成的原因及对膜—基结合强度的影响。结果表明,TiN薄膜的残余应力为压应力,本征应力为张应力,应力的大小及分布对涂层刀具的硬度和膜—基结合强度有明显影响。     

多晶硅薄膜残余应力显微拉曼谱实验分析

利用显微拉曼谱对桥式多晶硅薄膜梁的残余应力进行测量,该多晶硅薄膜采用典型的MEMS(micro-electro-mechanical systems)工艺制造.实验结果表明, 多晶硅薄膜梁的中部存在很大的拉伸残余应力(约1 GPa),且多晶硅薄膜的残余应力沿梁长方向大致呈对称分布,这种内应力分布与制造过程中的ICP(inductively-coupled plasma)工艺密切相关.多晶硅薄膜梁在残余应力作用下的变形情况可以通过WYKO白光形貌仪准确地表征,经过ANSYS计算,薄膜残余应力分布状况与显微拉曼谱法的测量结果吻合.因而,显微拉曼谱法是测量多晶硅薄膜残余应力的一种准确而可靠的方法.     

曲率测量技术在微机电系统薄膜残余应力测量中的应用

在比较曲率测量技术常用的Stoney公式及其修正式的基础上,利用有限元分析方法,建立薄膜/基底结构的有限元模型,给出一种薄膜残余应力的等效施加方法,从两个方面详细分析并对比这两个公式在微机电系统(Micro electromechanical systems,MEMS)薄膜残余应力测量中的检测精度.仿真及分析结果表明,修正后的Stoney 公式在很大程度上提高薄膜残余应力的测量精度,使曲率测量技术的适用范围得到较大扩展.但是当薄膜厚度接近于基底厚度或结构处于大变形状态下,修正式的计算精度也将受到较大影响,此时可以采用有限元分析方法来获得临界状态值,以提高残余应力的检测精度.同时,通过有限元分析,证实曲率测量技术应用中存在的另一个问题,即曲率的空间分布不均匀性现象.     

基于XRD的Al2O3纳米薄膜残余应力测试

利用X衍射技术测试了物理气相沉积Al2O3纳米薄膜的残余应力，分析了薄膜和基体间的应力测试原理，讨论了沉积温度、沉积速度和薄膜厚度等技术参数对残余应力的影响。实验结果表明，随着沉积温度升高，Al2O3薄膜残余应力值增大；当沉积速度增加时，Al2O3薄膜的残余应力增大，且从拉应力变为压应力；由于热膨胀系数的不同而产生热拉应力和温度不同产生马氏体相变的残余压应力，残余应力值先是随着晶化温度的升高而下降，然后随之而上升，在400℃进行晶化处理时，残余应力值表现为最小；残余应力随着薄膜厚度的增加而不断增大，当薄膜厚度较小时，薄膜残余应力的变化比较平缓，残余应力值较小，有利于提高薄膜界面结合强度。选择合理的薄膜制备参数，能精确地控制薄膜的残余应力，从而达到提高其结合强度的目的。     

丝织构对薄膜X射线残余应力分析的影响

具有择尤取向的薄膜材料因弹性呈现各向异性,在利用X射线衍射法测定薄膜残余应力时,常发生d-sin^2ψ测试曲线的非线性振荡,无法得到准确的应力值。本文利用Voigt、Reuss和Kroner模型计算了TiN薄膜的弹性常数随ψ角的分布在低ψ角区发生的弯曲。与实测PVDTiN薄膜的应力测试曲线的弯曲情况相似,说明丝织构的确可能造成薄膜应力测试d-sin^2ψ曲线的低ψ角弯曲。     

残余应力对A5083铝合金焊接接头力学性能及微观组织的影响

对A5083铝合金焊接接头进行抛丸处理,测试抛丸前后焊接接头的表面残余应力,并对焊接接头的硬度、拉伸强度、冲击强度以及微观组织进行了分析研究。研究结果表明,经抛丸后,工件表面形成压应力层。不同接头型式的表面残余应力值都明显下降。抛丸后,硬度、拉伸强度和显微组织变化不大,没有特定规律。抛丸处理的影响深度一般不超过0.3 mm,表面压应力层对内部的组织及机械性能没有显著影响。抛丸对A5083铝合金焊接接头的断裂行为没有大的影响,因此可以将抛丸处理作为一种有效的残余应力降低或者消除工艺在高速列车上使用。     

TiN/TiSiN复合涂层显微结构与力学性能研究

采用工业用直流脉冲等离子体增强化学气相沉积(PCVD)法在硬质合金刀具基体上制备了TiN和TiN/TiSiN复合涂层.对TiN涂层和不同沉积温度下制备的三种TiN/TiSiN复合涂层的微观结构和力学性能进行了对比研究.结果表明:随着沉积温度的升高,TiN/TiSiN复合涂层的结合力增大;沉积温度为550℃时,TiN/T...     

微型机械材料的残余应力测量

硅类薄膜材料是微机电系统使用的主要结构材料它的力学特性直接关系到微机电系统的可靠性和使用寿命,而残余应力是微型机械设计的一个十分重要的力学特性。概述了国内外微型机械薄膜材料残余应力的测量原理、方法和特点,可供微机电系统的设计和制造者参考。     

机械应力消除法对焊接残余应力的影响

大直径全焊接阀体球阀制造的最后一道工序是焊接,由于采用橡胶圈密封,为防止密封圈的损坏,导致密封性能降低,焊后不能采用焊后热处理消除焊接残余应力。为了控制阀体焊接残余应力,选择机械应力消除法,建立阀体机械应力消除法的加载压力与时间的关系曲线,采用有限元分析和试验相结合的方法,研究机械应力消除法对焊接残余应力的影响。机械应力消除法前后采用盲孔法测量阀体外表面的残余应力。结果表明,采用二维轴对称有限元法可以模拟机械应力消除法过程,机械应力消除法可以降低阀体外表面轴向应力和环向应力的峰值,使残余应力分布更加均匀,可以作为焊后热处理的替代工艺。     

生物医用钛合金TiN涂层微磨粒磨损及耐蚀性初步研究

对生物医用Ti6Al4V合金表面TiN涂层机械力学性能进行了研究,在分析力学性能的基础上,考察了TiN涂层在蒸馏水和Hank’s模拟体液中的耐磨性,并在Hank’s模拟人体体液中研究了TiN涂层在静态环境中的腐蚀行为。结果表明:在Ti6Al4V合金表面沉积TiN涂层后,其耐磨性和耐蚀性大大提高,有利于改善钛合金在人体环境中的使用寿命。     

PCVD直流脉冲频率对TiN/TiSiN复合涂层结构与性能的影响

为了探讨频率对硬质合金基体上TiN/TiSiN复合涂层组织结构及性能的影响,选择了几个不同频率来制备TiN/TiSiN复合涂层。研究结果表明:不同频率制备TiN/TiSiN复合涂层的表面形貌都呈圆盘状颗粒,频率在30kHz-70kHz变化时,复合涂层颗粒尺寸随频率的增加而增大,均匀性随频率的增加而变差;复合涂层频率在30kHz-70kHz变化时,TiN始终在(200)方向上择优取向;硬质合金基体上,TiN/TiSiN复合涂层比单一TiN涂层的硬度提高更大,从1973 HV0.05增加到3417 HV0.05;30kHz时TiN/TiSiN复合涂层的硬度、涂层结合力和耐磨性能明显优于其他两种TiN/TiSiN复合涂层。故在硬质合金基体上,30kHz制备的TiN/TiSiN复合涂层工艺最佳。     

表征硬质镀层力学性能的方法

根据所表征镀层的力学性能和实际应用之间的关系，将表征方法分为两类：基本性能与使用性能的表征。综述了这两类常用的性能表征方法及其优缺点。初步讨论了一些新方法如镀层冲击试验和超声波冲蚀试验，前者可用来分析膜基体系的结合强度或冲击韧度，后者可提供膜基结合强度的更多信息。还介绍了台架试验与实物试验。     

基于能量法的残余应力测试

通过对压痕过程进行理论分析,基于能量法研究了残余应力测试原理和方法。通过张量分解,推导了残余应力在压痕过程中所做的功;通过有限元分析,总结了残余应力对压痕过程的影响;根据功与能量的关系,建立了压痕功与残余应力之间的解析模型,并推导了残余应力求解公式。结果表明:残余应力对压痕加载的初始阶段影响很大,但对加载的后半阶段和卸载过程的影响很小,可忽略不计,并且拉应力对压痕过程的影响明显大于压应力,可以认为压痕在加载过程中是一个弹塑性的变形过程,而在卸载过程中是弹性变形过程;试验证明了所建立的残余应力模型求解的残余应力是准确可靠的,可以用于残余应力的测试。     

小能量多冲法对物理气相沉积膜层机械性能的评价

利用自行研制的小能量多冲试验装置,对物理气相沉积(PVD)方法制备的CrMo合金膜和TiA lN陶瓷膜的结合强度、韧性、内聚强度等机械性能进行综合评价;探讨了膜层性质、冲头几何形状、基材硬度等因素对PVD膜层在小能量多冲条件下失效行为的影响规律;比较了膜层在承受动态多冲与静态压入载荷条件下失效行为的异同;分析了膜层在小能量多冲条件下的失效机制。结果表明:小能量多冲法能够很好地模拟膜层承受动态冲击载荷的服役工况。该方法既可以用于评价硬质陶瓷膜层的机械性能,也可用于合金膜层的力学性能表征;冲击力比冲击周次对膜层多冲失效行为的影响更为显著;四棱锥冲头较球型冲头更易于造成膜层的剥落失效,因而更有利于评价膜层的结合强度;承载能力高的基材有利于提高膜层的多冲抗力;膜层在四棱锥冲头多冲条件下主要发生膜基结合型破坏,而在静载压入条件下的失效则以开裂为主,反映了膜层的韧性及内聚强度。