Cr Al双层纳米地膜的力学性能测试及其仿真综合(1)

Cr Al双层纳米地膜的力学性能测试及其仿真综合(1)
　　 采纳纳米压痕仪测量Cr/Al双层纳米地膜的力学性能，联合无限元仿真的目的对压痕测试继续模仿。经过试验测出了双层膜的弹性模量值和硬度值随着压深h的相反而体现出定然的变迁法则，以及得出了溅射时因为核能粒子的轰击而构成的界面层的薄厚及其力学性能特色。无限元仿真是对纳米压痕试验的补充，找到了应力重要集中在压头左近的海域，况且发现了最大应力重要集中在双层膜的上层Al膜中，旋片式真空泵而非下层膜Cr膜中。
　　 纳米地膜存在许多独特的性能，如存在巨电导、巨磁电阻效应、巨霍尔效应、可见光发射等。该署非凡的性能使其可用做气体催化资料、过滤器资料、高密度磁纪录资料、光敏资料等，从而使得纳米地膜失去了宽泛的利用。双层膜因为在构造上与单层膜存在较大的差距，使其具备单层膜难以达成的性能，如双层膜不仅可以普及硬度和附着磨损性能，还可以改善涂层的韧性、抗裂纹扩大威力和热稳固性等性能。
　　 固然双层膜存在如此多的性能，力学性能仍是其根本性能，眼前关于双层膜力学性能上面的钻研重要是对准膜与衬底间联合性能的钻研，重要的钻研目的是经过运用纳米压痕设施对地膜样品继续力学性能测试，然而眼前关于双层膜中膜与膜之间界面的钻研绝对较少。所以膜与膜之间所构成的界面存在简单的组织构造和力学性能。纳米压痕仪以其较高的载荷和位移辩白率（别离优于1nN和0.0002nm）以及对样品相近于无害检测等长处，故被宽泛的用来纳米地膜的力学性能测试，能够失去纳米地膜的弹性模量、硬度、蠕变特点、疲劳特点和粘附等性能。固然双层膜中各组成膜以及膜与膜间所构成的界面层薄厚均在纳米单位级，但因为纳米压痕仪是经过极细的金刚石探针与被测资料点接触，故可压入表层资料，穿过界面层，直至衬底，这就使得它钻研双层膜的界面性能变成可能。
　　 利用无限元仿真目的模仿纳米压痕试验，能够失去每一载荷步下资料对压头的作用反力、压痕形貌、应急场、应力场、以及卸载后资料弹性复原变形等信息。更重要的是，罗茨泵无限元模仿能够相近得出地膜的塑性性能，这是纳米压痕试验很难测出的。因而，无限元模仿和试验相联合，能够实现试验为难实现的钻研，使得关于纳米地膜的力学性能测试技能更趋于欠缺。1、样品制备及其力学性能测试1.1、样品制备
　　 利用磁控溅射步骤溅射Cr/Al双层纳米地膜，为了使得地膜与衬底更好的联合，将硬度较低的Al地膜溅射在上层。衬底为CAT.NO.7101载玻片，大小是15mm×15mm×1.2mm。溅射时Al靶材、Cr靶材纯度均为99.99%，氩气纯度为99.999%，Al靶材和Cr靶材的溅射功率别离为100W、200W，溅射工夫别离为60min、30min。1.2、纳米压痕测试
　　 为了肃清衬底对测试的莫须有，准则上测试时压痕深浅不得胜于整个膜厚的1/10。此次纳米压痕测试所运用的是美国安捷伦高科技无限公司生产的纳米压痕仪，仪器型号为NanoIndenterXP。对应相反最大压深所测得的纳米压痕试验的后果如图1所示。图2是最大压深hmax为500nm时所测得的弹性模量值E随着压深h的变迁而变迁的曲线，为了保障数据的正确性，缩小误差，一共测试了9个点。图3是最大压深hmax为500nm时所测得的硬度值H随着压深h的变迁而变迁的曲线，同样测试了9个点。对Cr/Al双层纳米地膜所测得的弹性模量值E和硬度值H的9组均匀值别离为74.392GPa和5.894GPa。从图2中能够看出，当对Cr/Al双层纳米地膜测试其弹性模量值时，在一结束时并未涌现纳米压痕尺寸效应。况且当压深h值达成约350nm时，弹性模量值由先前的颠簸状态进入增大的趋向。能够注明，此时，压头进入Cr膜与Al膜构成的界面层，并逐步进入上层的Al膜。界面的构成是因为磁控溅射时核能粒子的轰击作用使得界面处产生了界面放散。当压深h为400nm以及更大的时机，压头彻底进入了上层的Al地膜，所测得的弹性模量值相反存在增大的趋向，注明界面处的力学性能很简单，并非膜与膜之间容易的过渡。从图3中亦可以发现，在压深h为350nm时，硬度值涌现了上升的趋向，起因就是因为此时压头进入了界面层，这与弹性模量值变迁趋向是统一的。当压深h为400nm及更大的时机，压头彻底进入了Al地膜，因为上层Al膜的硬度值要小于下层Cr地膜的硬度值，故在曲线中涌现了上升的趋向。涌现上升的趋向的起因还可能是因为涌现了纳米压痕尺寸效应的莫须有，产生尺寸效应的起因是多少何束缚制约了位错的静止。经过对测试数据的综合可知，下层Cr膜的薄厚大概在350nm，在Cr膜与Al膜之间会构成厚约50nm的过渡界面，即当压深约为400nm左右时压头才通过界面层进入上层的Al膜中。
　　 图1相反最大压深hmax下测得的Cr/Al双层纳米地膜压深h—压力p曲线
　　 图2最大压深为500nm时所测得的Cr/Al双层纳米地膜压深h—弹性模量E曲线（测试9点）
　　 图3最大压深为500nm时所测得的Cr/Al双层纳米地膜压深h—硬度值H曲线（9点）2、无限元仿真
　　 因为仿真时输出的参数均来自纳米压痕测试时测出的参数，因而说仿真在定然水平上是实在的。2.1、模子的构建
　　 依据圣维南原理以及理论仿真时比照发现，那末模子的尺寸是最大压深15倍之上的时机，边界的莫须有即可疏忽不计。构建的模子如图4所示，共两层膜，因为Cr膜和Al膜组成的界面的组织构造和力学性质比拟简单，因而在建模的时机能够作如图4所示的简化解决。模子下面的三角为刚性压头，纳米压痕测试时所用的压头为Berkovich压头，这种压头的面积因变量与圆扇形的Vickers压头相反，为了简化模子，往复式真空泵故建模时气用Vickers压头，压头的圆锥角为140.6℃。压头上面网格划分较细的是Cr膜，薄厚为350nm，上层Al膜薄厚为5000nm。
图4Cr/Al双层纳米地膜仿真模子图