《纳米压痕划痕技术在表征薄膜涂层体系力学性能中的应用研究报告》由会员分享，可在线阅读，更多相关《纳米压痕划痕技术在表征薄膜涂层体系力学性能中的应用研究报告（25页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、纳米压痕/划痕技术在表征薄膜/涂层体系力学性能中的应用,主讲教师：黄勇力,实验目的,1了解纳米压痕法测试材料力学性能的基本原理。 2学习用纳米压痕技术表征薄膜/涂层体系的应力应变关系的原理和过程。 3学习用纳米划痕/压痕技术表征薄膜/涂层体系的界面强度的原理和过程。,结合纳米压痕实验与ABAQUS有限元分析，表征电沉积镍镀层材料的应力应变关系； 用纳米划痕技术表征PZT压电薄膜的界面强度； 用纳米压痕技术表征PZT压电薄膜的界面强度。,实验内容,压痕示意图,通常情况下，压痕过程包括两个步骤，即所谓的加载过程与卸载过程。,纳米压痕法测试材料力学性能的基本原理,Oliver-Pharr方法：,圆锥
2、压头 轴对称模拟,纳米压痕技术表征薄膜/涂层体系的应力应变关系的原理,ABAQUS建模,网格划分,四节点轴对称线性减缩积分单元(CAX4R) 在压头附近采用密网格，远离压头逐渐使用稀疏网格,纳米压痕技术表征薄膜/涂层体系的应力应变关系的原理,材料应力应变关系遵循幂强化规律：,输入的 材料参数,电沉积镍镀层与低碳钢基底的力学性能参数,纳米压痕技术表征薄膜/涂层体系的应力应变关系的原理,压入过程数值模拟,纳米压痕技术表征薄膜/涂层体系的应力应变关系的原理,压入过程数值模拟的结果,模拟的电沉积镍镀层的载荷-位移曲线,与实验测得的载荷-位移曲线比较，修正输入参数值，直至模拟得到的载荷-位移曲线与实验测
3、得的载荷-位移曲线重合，参数值即为薄膜真实的力学性能参数值。,纳米压痕技术表征薄膜/涂层体系的应力应变关系的原理,纳米划痕技术表征薄膜/涂层体系的界面强度的原理,Kriese等人提出适于估算脆性膜/脆性基底之间界面强度的理论模型：,实验用材料为PZT压电薄膜 ，几何和性能参数如下表：,采用圆锥形金刚石压头，在连续增加的载荷下划入PZT薄膜。在最大载荷为100mN的范围内，金刚石压头横向划过的长度为700m。,纳米划痕技术表征薄膜/涂层体系的界面强度的原理,纳米压痕技术表征薄膜/涂层体系的界面强度的原理,Zheng将压电系数和介电系数通过本构方程转换成等效弹性系数，并运用复合梁理论分析、推导出界
4、面裂纹扩展的能量释放率以及I型、II型应力强度因子的解析表达式：,三维扫描图,纳米压痕技术表征薄膜/涂层体系的界面强度的原理,对比分析,实验设备及材料,1设备：纳米压痕仪 2样品：电沉积镍镀层试样、PZT压电薄膜试样 3丙酮清洗剂,实验步骤与方法,1纳米压痕实验原理讲解； 2ABAQUS软件模拟压痕过程讲解和演示； 3分组选择在镍镀层上压入不同的深度进行压痕实验和ABAQUS模拟，分析得到电沉积镍镀层的应力应变关系； 4. 在PZT薄膜上进行系列的压痕/划痕测试，根据给出的公式，分析得到PZT薄膜的界面强度，并对不同的测试模型进行比较。,打开玻璃小窗，搁置样品,样品台,注意： 样品前低后高、左
5、低右高 样品间隔大于传感器尺寸,传感器,(2) 开启电脑，打开仪器。,(3) 打开软件，进行H-Pattern和Air Indent校准。,光学显微镜视场,力-时间曲线,H-Pattern,Mark,(4) 选择位置，设定载荷、时间参数，进行压痕实验。,(5)实验完毕，拷贝数据，关闭仪器，最后关闭电脑。,纳米压痕测试的注意事项,进入实验室必须换鞋，在实验室保持安静，实验过程中不能碰触仪器。 放置样品时遵循前低后高、左低右高的原则，样品间隔要大于传感器的尺寸。 注意开关机顺序。 实验过程中严格遵照软件提示操作。,ABAQUS模拟压痕过程,a. 建立几何模型 b. 输入参数 c. 划分网格d. 提交文件进行计算 e. 用图形读出计算结果并进行后处理,实验报告要求,实验后每个人必须书写实验报告，报告内容包括： 1. 目的、内容和实验的基本原理； 2. 实验设备型号及有关参数，试样材质及几何尺寸； 3. 实验和模拟的结果及其分析； 4. 给出结论； 5. 实验体会； 6. 写明报告人班次、姓名及书写报告的日期。,谢谢大家！,
