Cr Al雙層納米地膜的力學性能測試及其仿真綜合(1)

Cr Al雙層納米地膜的力學性能測試及其仿真綜合(1)
　　 采納納米壓痕儀測量Cr/Al雙層納米地膜的力學性能，聯(lián)合無限元仿真的目的對壓痕測試繼續(xù)模仿。經(jīng)過試驗測出了雙層膜的彈性模量值和硬度值隨著壓深h的相反而體現(xiàn)出定然的變遷法則，以及得出了濺射時因為核能粒子的轟擊而構成的界面層的薄厚及其力學性能特色。無限元仿真是對納米壓痕試驗的補充，找到了應力重要集中在壓頭左近的海域，況且發(fā)現(xiàn)了最大應力重要集中在雙層膜的上層Al膜中，旋片式真空泵而非下層膜Cr膜中。
　　 納米地膜存在許多獨特的性能，如存在巨電導、巨磁電阻效應、巨霍爾效應、可見光發(fā)射等。該署非凡的性能使其可用做氣體催化資料、過濾器資料、高密度磁紀錄資料、光敏資料等，從而使得納米地膜失去了寬泛的利用。雙層膜因為在構造上與單層膜存在較大的差距，使其具備單層膜難以達成的性能，如雙層膜不僅可以普及硬度和附著磨損性能，還可以改善涂層的韌性、抗裂紋擴大威力和熱穩(wěn)固性等性能。
　　 固然雙層膜存在如此多的性能，力學性能仍是其根本性能，眼前關于雙層膜力學性能上面的鉆研重要是對準膜與襯底間聯(lián)合性能的鉆研，重要的鉆研目的是經(jīng)過運用納米壓痕設施對地膜樣品繼續(xù)力學性能測試，然而眼前關于雙層膜中膜與膜之間界面的鉆研絕對較少。所以膜與膜之間所構成的界面存在簡單的組織構造和力學性能。納米壓痕儀以其較高的載荷和位移辯白率（別離優(yōu)于1nN和0.0002nm）以及對樣品相近于無害檢測等長處，故被寬泛的用來納米地膜的力學性能測試，能夠失去納米地膜的彈性模量、硬度、蠕變特點、疲勞特點和粘附等性能。固然雙層膜中各組成膜以及膜與膜間所構成的界面層薄厚均在納米單位級，但因為納米壓痕儀是經(jīng)過極細的金剛石探針與被測資料點接觸，故可壓入表層資料，穿過界面層，直至襯底，這就使得它鉆研雙層膜的界面性能變成可能。
　　 利用無限元仿真目的模仿納米壓痕試驗，能夠失去每一載荷步下資料對壓頭的作用反力、壓痕形貌、應急場、應力場、以及卸載后資料彈性復原變形等信息。更重要的是，羅茨泵無限元模仿能夠相近得出地膜的塑性性能，這是納米壓痕試驗很難測出的。因而，無限元模仿和試驗相聯(lián)合，能夠實現(xiàn)試驗為難實現(xiàn)的鉆研，使得關于納米地膜的力學性能測試技能更趨于欠缺。1、樣品制備及其力學性能測試1.1、樣品制備
　　 利用磁控濺射步驟濺射Cr/Al雙層納米地膜，為了使得地膜與襯底更好的聯(lián)合，將硬度較低的Al地膜濺射在上層。襯底為CAT.NO.7101載玻片，大小是15mm×15mm×1.2mm。濺射時Al靶材、Cr靶材純度均為99.99%，氬氣純度為99.999%，Al靶材和Cr靶材的濺射功率別離為100W、200W，濺射工夫別離為60min、30min。1.2、納米壓痕測試
　　 為了肅清襯底對測試的莫須有，準則上測試時壓痕深淺不得勝于整個膜厚的1/10。此次納米壓痕測試所運用的是美國安捷倫高科技無限公司生產(chǎn)的納米壓痕儀，儀器型號為NanoIndenterXP。對應相反最大壓深所測得的納米壓痕試驗的后果如圖1所示。圖2是最大壓深hmax為500nm時所測得的彈性模量值E隨著壓深h的變遷而變遷的曲線，為了保障數(shù)據(jù)的正確性，縮小誤差，一共測試了9個點。圖3是最大壓深hmax為500nm時所測得的硬度值H隨著壓深h的變遷而變遷的曲線，同樣測試了9個點。對Cr/Al雙層納米地膜所測得的彈性模量值E和硬度值H的9組均勻值別離為74.392GPa和5.894GPa。從圖2中能夠看出，當對Cr/Al雙層納米地膜測試其彈性模量值時，在一結束時并未涌現(xiàn)納米壓痕尺寸效應。況且當壓深h值達成約350nm時，彈性模量值由先前的顛簸狀態(tài)進入增大的趨向。能夠注明，此時，壓頭進入Cr膜與Al膜構成的界面層，并逐步進入上層的Al膜。界面的構成是因為磁控濺射時核能粒子的轟擊作用使得界面處產(chǎn)生了界面放散。當壓深h為400nm以及更大的時機，壓頭徹底進入了上層的Al地膜，所測得的彈性模量值相反存在增大的趨向，注明界面處的力學性能很簡單，并非膜與膜之間容易的過渡。從圖3中亦可以發(fā)現(xiàn)，在壓深h為350nm時，硬度值涌現(xiàn)了上升的趨向，起因就是因為此時壓頭進入了界面層，這與彈性模量值變遷趨向是統(tǒng)一的。當壓深h為400nm及更大的時機，壓頭徹底進入了Al地膜，因為上層Al膜的硬度值要小于下層Cr地膜的硬度值，故在曲線中涌現(xiàn)了上升的趨向。涌現(xiàn)上升的趨向的起因還可能是因為涌現(xiàn)了納米壓痕尺寸效應的莫須有，產(chǎn)生尺寸效應的起因是多少何束縛制約了位錯的靜止。經(jīng)過對測試數(shù)據(jù)的綜合可知，下層Cr膜的薄厚大概在350nm，在Cr膜與Al膜之間會構成厚約50nm的過渡界面，即當壓深約為400nm左右時壓頭才通過界面層進入上層的Al膜中。
　　 圖1相反最大壓深hmax下測得的Cr/Al雙層納米地膜壓深h—壓力p曲線
　　 圖2最大壓深為500nm時所測得的Cr/Al雙層納米地膜壓深h—彈性模量E曲線（測試9點）
　　 圖3最大壓深為500nm時所測得的Cr/Al雙層納米地膜壓深h—硬度值H曲線（9點）2、無限元仿真
　　 因為仿真時輸出的參數(shù)均來自納米壓痕測試時測出的參數(shù)，因而說仿真在定然水平上是實在的。2.1、模子的構建
　　 依據(jù)圣維南原理以及理論仿真時比照發(fā)現(xiàn)，那末模子的尺寸是最大壓深15倍之上的時機，邊界的莫須有即可疏忽不計。構建的模子如圖4所示，共兩層膜，因為Cr膜和Al膜組成的界面的組織構造和力學性質比擬簡單，因而在建模的時機能夠作如圖4所示的簡化解決。模子下面的三角為剛性壓頭，納米壓痕測試時所用的壓頭為Berkovich壓頭，這種壓頭的面積因變量與圓扇形的Vickers壓頭相反，為了簡化模子，往復式真空泵故建模時氣用Vickers壓頭，壓頭的圓錐角為140.6℃。壓頭上面網(wǎng)格劃分較細的是Cr膜，薄厚為350nm，上層Al膜薄厚為5000nm。
圖4Cr/Al雙層納米地膜仿真模子圖