[发明专利]二次压入实现凹坑形微阵列结构单元表面平坦化的方法

权利要求书

1.一种二次压入实现凹坑形微阵列结构单元表面平坦化的方法，应用对象为特征尺寸为微米级的凹坑形微阵列结构单元，对试样在凹坑形微阵列加工过程中，由于受力的作用表面产生的凸起现象进行平坦化处理，并使得材料内部的残余应力得到释放，降低试样功能表面的能量，使试样功能表面趋于更加平稳的状态；其特征在于：包括以下步骤：

第一步：建立二次压入有限元仿真模型并求解：

由于压头和试样形状以及施加载荷的对称性，为了简化计算，将三维模型简化为二维模型，利用有限元仿真分析软件ABAQUS建立二次压入的二维模型，定义模型的材料属性；设置部件的单元类型，选择分网精度，划分网格；设置二次压入过程的步骤，即创建分析步；定义接触类型，分别建立维氏压头与试样、立方角压针与试样的接触；设置边界条件，施加载荷，即根据各个分析步分别设置施加在试样、维氏压头参考点、立方角压针参考点上的边界条件及载荷；提交作业并查看模拟结果；

第二步：处理仿真分析结果：

创建被压试样表面节点路径，提取二次压入前后节点路径的等效应力值随节点序列ID变化的数据；导出数据，绘制并对比二次压入前后被压试样表面的应力曲线；

二次压入过程的有限元仿真分析作为实验的前瞻性步骤，其分析结果为实验参数的设置提供依据；

第三步：一次压入微米级凹坑，模拟精密机械加工产生的凹坑形微阵列结构单元：

将已抛光的试样借助于维氏显微硬度计，采用维氏压头，其中心线与棱面夹角为68°，结合有限元仿真分析结果选择试验力，对该试样表面进行直接压入，获得特征尺寸是微米级的凹坑单元；通过奥林巴斯显微镜，对一级凹坑及其附近区域进行深度扫描，获得通过一级凹坑中心点的剖面轮廓曲线；

第四步：加工带有斜面的底座；

第五步：将试件固定在底座上，对其定位：

将已用维氏压头压入的试件按照其第一次压入的方向逆时针旋转45°后，将试件固定在底座斜面上，使一级凹坑的一个侧面由于底座斜面的作用变成水平面；

第六步：二次压入纳米级压痕，实现表面平坦化：

借助于纳米压痕仪，并在电子显微镜的同步观测下，采用立方角压针，其棱面与中心线夹角为65.3°，对第五步中的水平区域几何中心进行直接压入，得到特征尺寸为纳米级的压痕；同样地，对二次压入后的压痕及其附近区域进行表征，通过奥林巴斯显微镜进行深度扫描，扫描范围是一级凹坑及其附近区域，获得同时通过一级凹坑和二级压痕中心点的剖面轮廓曲线；

通过对比二次压入前后扫描得到的剖面轮廓曲线，确定二次压入对凹坑单元表面平坦化的积极作用，即二次压入实现凹坑形微阵列结构单元表面平坦化。

2.根据权利要求1所述的二次压入实现凹坑形微阵列结构单元表面平坦化的方法，其特征在于：第四步所述的加工带有斜面的底座是：选择维氏硬度值高于被测试样材料的底座材料，通过粗铣、线切割、粗磨、精磨加工制备底座。