[发明专利]一种评估多层薄膜膜基结合强度的方法

权利要求书

1.一种评估多层薄膜膜基结合强度的方法，其特征在于通过以下步骤：

步骤1）通过磁控离子镀在H13基体沉积CrN层获得单层CrN薄膜；所述磁控离子镀的参数设置为Cr靶电流4A，偏压-75V，沉积时间600s；

步骤2）通过磁控离子镀在H13基体沉积CrN-CrMoAlN多层薄膜；所述磁控离子镀的参数设置为Cr靶电流4A，Al靶及Mo靶电流6A，偏压-75V，CrN过渡层沉积600s，CrMoAlN功能层沉积1800s；

步骤3）采用纳米压痕仪分别对H13基体、步骤1）制得的单层CrN薄膜及步骤2）制得的CrN-CrMoAlN多层薄膜以连续刚度法测量弹性模量；具体是在最大压深为1000nm时，通过所述的纳米压痕仪测量弹性模量值；

步骤4）采用涂层附着力自动划痕仪获取涂层分离临界载荷L_C及涂层分离轨迹宽度d_c；实验参数设置为最大载荷为30N，加载速率为30mN/s，划痕长度为1mm；

步骤5）采用销盘磨损试验仪对步骤2）制得的CrN-CrMoAlN多层薄膜进行摩擦磨损实验测出其摩擦系数；实验参数设置为载荷15 N，对磨件为直径4 mm的W-6%Co球，转速637 r/min，测试时间1800 s, 磨痕直径6mm, 测试温度25 ℃；

步骤6）通过ABAQUS 6.13软件对CrN-CrMoAlN多层薄膜进行建模及膜基结合性能的分析，具体过程如下：

步骤6.1）建模：打开ABAQUS 6.13软件，在part单元分别构建刚性压头、CrN-CrMoAlN多层薄膜模型；模型采用二维轴对称结构；CrN-CrMoAlN多层薄膜模型在基体与薄膜之间构建一层Cohesive单元；其中：刚性压头为维式压头，CrN-CrMoAlN多层薄膜中CrN及CrMoAlN膜厚比1：3，Cohesive单元厚度为0.1μm，H13基体厚度为50μm；

步骤6.2）参考点设置：定义刚性压头与薄膜接触点为参考点；

步骤6.3）材料属性：在Property单元，定义CrN过渡层、CrMoAlN功能层为线弹性材料即只需定义材料泊松比、弹性模量；定义H13基体为理想弹塑性材料即只需定义材料泊松比、弹性模量及屈服强度；定义Cohesive单元层损伤准则采用最大应力损伤准则，并采取能量法则控制，Cohesive单元的刚度与基体模量一致，Cohesive单元的断裂强度按如下公式（Ⅰ）计算：

式中：Lc：涂层分离临界载荷，单位N；d_c：涂层分离轨迹宽度，单位μm；μ：薄膜摩擦系数；涂层泊松比；

Cohesive单元的断裂能根据公式（Ⅱ）计算：

式中：涂层断裂强度，单位MPa；t：涂层厚度，单位μm；涂层弹性模量，单位MPa；

步骤6.4）设置分析步：在Step单元中设置分析步，第一步设置加载，第二步设置卸载，并定义相应的输出变量；

步骤6.5）定义接触：在Interaction单元中定义压头与薄膜接触为光滑无摩擦；

步骤6.6）施加载荷与边界条件：固定模型的对称轴水平位移及基体底边纵向位移；在定义的参考点处用压入深度来代替施加的静载荷；

步骤6.7）网格划分：在Mesh单元中，H13基体与CrN-CrMoAlN多层薄膜的网格单元类型采用CAX4R型；凝聚性单元模块单元网格采用COHAX4型；

步骤6.8）后处理分析：在Job单元中递交任务获取模型载荷位移曲线及应力云图。