[发明专利]以弹塑性变形的界面应力来表征硬质薄膜结合强度的方法

摘要

本发明公开了一种以弹塑性变形的界面应力来表征硬质薄膜结合强度的方法，借助循环压入试验机对金属或硬质合金基体表面沉积有硬质薄膜的样品进行循环压入测试，造成膜基体系的弹塑性变形并最终使薄膜因界面疲劳而从基体剥落。依据相关材料属性及实际测试条件进行有限元建模分析，由求解结果得到不同循环载荷下使薄膜发生剥落时作用在膜基界面处的切应力幅值，最终通过切应力幅值——剥落周次曲线定量表征薄膜/基体界面结合强度。本发明用于表征薄膜/基体界面处结合强度的方法更为合理、可行；表征更为准确、定量；结果更为切实、可靠，可适用于目前工业领域广泛应用的金属或硬质合金表面的硬质薄膜结合强度的表征与评价。

主权项

一种以弹塑性变形的界面应力来表征硬质薄膜结合强度的方法，其特征在于，包括下述步骤：(1)采用循环压入试验机在不大于1000N的某一载荷下对沉积有薄膜的金属或硬质合金样品表面进行多次循环压入测试，使样品膜基体系发生弹塑性变形直至薄膜剥落；(2)记录薄膜在该载荷下发生弹塑性变形及剥落的压入周次；(3)对球形压头与膜基体系建立二维轴对称的有限元模型，并划分网格；对分析步进行设定；(4)按照实际测试条件确定压头与膜基体系的材料属性、弹性模量、泊松比，并根据实际受力情况设置载荷峰值、载荷最小值、切应力稳定时的循环加载周次，输入到有限元模型中进行计算；其中，所述载荷峰值为不大于1000N；(5)通过对有限元模型进行计算，得到反映膜基体系变形情况的相关参量：压头与膜基体系的接触半径随加载周次的变化趋势、压痕形貌随加载周次的变化趋势、接触半径处膜基界面切应力值及切应力幅值随加载周次的变化趋势；(6)分析比较步骤(5)所述各参量均趋于稳定后的循环加载周次，选取该循环加载周次下接触半径处膜基界面的切应力幅值；(7)根据步骤(1)～(2)实际测得的薄膜剥落的加载周次，以及通过步骤(6)得到的接触半径处膜基界面切应力幅值，绘制切应力幅值——剥落周次曲线，用于定量表征硬质薄膜结合强度。