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《压痕法测定薄膜(涂层)的界面结合强度.pdf》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。
1、第26卷第4期机械工程材料Vol.26No.42002年4月MaterialsforMechanicalEngineeringApr.2002压痕法测定薄膜(涂层)的界面结合强度李河清,蔡,马峰,陈秋龙(上海交通大学教育部高温材料及高温测试开放实验室,上海200030)摘要:讨论了压痕法测定薄膜(涂层)界面结合强度的两个模型,包括Chiang模型和Evans模型,并就薄膜(涂层)界面结合强度的压痕法表征提出了一些新的见解。关键词:压痕法;界面结合强度;有限元分析中图分类号:TG113.22文献标识码:A文章编号:10
2、0023738(2002)0420011203DeterminationoftheInterfacialBondingStrengthofThinFilmsandCoatingsUsingIndentationMethodLIHe2qing,CAIXun,MAFeng,CHENQiu2long(ShanghaiJiaotongUniversity,Shanghai200030,China)Abstract:ThispaperdiscussedtheadvantagesanddisadvantagesofbothChi
3、angmodelandEvansmodelestab2lishedfordeterminationoftheinterfacialbondingstrengthofthinfilmsandcoatingsusingindentationmethod.Whatismore,somenewviewpointsabouthowtoevaluatetheinterfacialbondingstrengthofthinfilmsandcoatingsusinginden2tationmethodarepresented.Key
4、words:lndentationmethod;interfacialbondingstrength;finiteelementanalysis[3][2]Chiang等在陶瓷材料侧向裂纹研究的基础上1引言假定压入塑性区只局限于薄膜(涂层)内,并将塑性用压痕法测定体材料和薄膜(涂层)/基体复合区视作一个预压缩的弹簧,该预压弹簧在卸载过程体系的力学性能由来已久。自60年代始,Lawn中将提供侧向裂纹产生和扩展的驱动力。在低压入[1]载荷时,薄膜(涂层)和基体共同变形;达到一定载荷等开始定量地研究陶瓷材料在压入过程中裂纹
5、萌生和扩展的规律,到80年代初期获得了卓越的研Pcr时,在薄膜(涂层)和基体的界面处将产生侧向裂[2]究成果。加之Hutchinson和Suo对两相材料裂纹纹,Pcr称为临界载荷,可用来表示薄膜(涂层)/基体产生和扩展规律的描述,所有这些均为后续薄膜(涂界面的抗开裂能力;载荷进一步增大,侧向裂纹尺寸层)/基体复合体系界面结合强度的表征提供了强有亦随之增大,当压入载荷足够大时,侧向裂纹长度和力的理论和实验基础。对薄膜(涂层)/基体复合体载荷之间成直线关系,其斜率表征了界面抗裂纹扩系在压入过程中的复杂弹塑性力学行为进行简
6、化处展能力。临界载荷和侧向裂纹沿界面的扩展速度共理之后,国外众多学者相继提出了压痕法测定薄膜同表征了薄膜(涂层)/基体界面的结合强度。Chi2(涂层)/基体界面结合强度的模型[3～8]。本工作围ang等导出的侧向裂纹尺寸、界面断裂韧性K1c和P绕Chiang模型和Evans模型进行讨论,并对薄膜载荷之间的关系式为:(涂层)/基体界面结合强度的表征提出一些看法。Pcr1/21/4c=k(1-)P(1)P2Chiang模型和Evans模型的讨论3/21/22a1tHk=(2)K1c对于弹塑性性能相近的薄膜(涂层)/基体体
7、系,式中k为常数,t为膜(涂层)厚度,H为复合硬度。如图1所示,在假定压入过程中基体不产生变收稿日期:2001201202;修订日期:2001203207形,薄膜(涂层)仅在径向方向上产生体积变形的前基金项目:国家自然科学基金资助项目(59971030)[4,5][2]作者简介:李河清(1972-),男,上海交通大学博士生。提下,Evans等采用Hutchinson和Suo的轴对导师:蔡‘教授称屈曲解推导出了膜(涂)层剥落时应变能释放速率·11·李河清,等:压痕法测定薄膜(涂层)的界面结合强度的表达式:适用于相对硬膜
8、(涂层)/相对硬基体复合体系。针222hσ1(1-vf)hσR(1-vf)对Chiang模型和Evans模型的这一缺点,可在薄膜G=+(1-α)-2EfEf(涂层)上形成一层薄膜,该薄膜足够薄,不致对复合2h(σ1-σB)(1-vf)体系的弹塑性性能造成影响,薄膜内存在的内应力(1-α)(3)Ef可用来促进侧向裂纹的产生。式中α是一常数,h膜(
