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Material Deformation and Damage Mechanism Based on In-Situ Plasma-Assisted Nanoscratch Test of Single Crystal Silicon
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作者 Ziheng Wang Zhenjing Duan +4 位作者 Shuaishuai Wang Yuheng Li Jiyu Liu Jinlong Song Xin Liu 《Chinese Journal of Mechanical Engineering》 2025年第3期77-95,共19页
Due to the high hardness and low fracture toughness of the single crystal silicon(SCS),it is highly susceptible to microscopic cracks and subsurface damage during processing.In this paper,we propose to adjust the mech... Due to the high hardness and low fracture toughness of the single crystal silicon(SCS),it is highly susceptible to microscopic cracks and subsurface damage during processing.In this paper,we propose to adjust the mechanical properties of SCS by cold plasma jet,and systematically investigate the influences of the plasma on material deformation and damage mechanisms by nanoscratch tests.The results indicate that the plasma can increase the critical normal force for the plastic-brittle(P-B)conversion of SCS.Compared with the ordinary nanoscratch test,the critical force for P-B conversion of plasma-assisted scratching at 1μm/s can increase from 43.6 to 66.4 mN.Increasing the scratching speed under ordinary conditions can enhance the plastic deformability of SCS to some extent,but its effect is not as effective as that of plasma;in addition,the increased scratching speed causes the shear bands(SBs)to lack time to propagate,so the quantity of SBs under plasma-assisted scratching at 10μm/s is reduced compared to 1μm/s.From subsurface damage topographies,the highly localized amorphous SBs cause the generation of subsurface cracks.The cold plasma can alleviate cracks on the scratched subsurface of SCS by introducing multiple SBs and stacking faults.This paper may provide a novel strategy for high-efficiency and low-damage ultra-precision machining of hard and brittle materials. 展开更多
关键词 Single crystal silicon Cold plasma nanoscratch Plastic-brittle conversion Subsurface damage
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Understand anisotropy dependence of damage evolution and material removal during nanoscratch of MgF_(2) single crystals 被引量:5
2
作者 Chen Li Yinchuan Piao +3 位作者 Feihu Zhang Yong Zhang Yuxiu Hu Yongfei Wang 《International Journal of Extreme Manufacturing》 SCIE EI CAS CSCD 2023年第1期236-252,共17页
To understand the anisotropy dependence of the damage evolution and material removal during the machining process of MgF_(2) single crystals,nanoscratch tests of MgF_(2) single crystals with different crystal planes a... To understand the anisotropy dependence of the damage evolution and material removal during the machining process of MgF_(2) single crystals,nanoscratch tests of MgF_(2) single crystals with different crystal planes and directions were systematically performed,and surface morphologies of the scratched grooves under different conditions were analyzed.The experimental results indicated that anisotropy considerably affected the damage evolution in the machining process of MgF_(2) single crystals.A stress field model induced by the scratch was developed by considering the anisotropy,which indicated that during the loading process,median cracks induced by the tensile stress initiated and propagated at the front of the indenter.Lateral cracks induced by tensile stress initiated and propagated on the subsurface during the unloading process.In addition,surface radial cracks induced by the tensile stress were easily generated during the unloading process.The stress change led to the deflection of the propagation direction of lateral cracks.Therefore,the lateral cracks propagated to the workpiece surface,resulting in brittle removal in the form of chunk chips.The plastic deformation parameter indicated that the more the slip systems were activated,the more easily the plastic deformation occurred.The cleavage fracture parameter indicated that the cracks propagated along the activated cleavage planes,and the brittle chunk removal was owing to the subsurface cleavage cracks propagating to the crystal surface.Under the same processing parameters,the scratch of the(001)crystal plane along the[100]crystal-orientation was found to be the most conducive to achieving plastic machining of MgF_(2) single crystals.The theoretical results agreed well with the experimental results,which will not only enhance the understanding of the anisotropy dependence of the damage evolution and removal process during the machining of MgF_(2) crystals,but also provide a theoretical foundation for achieving the high-efficiency and low-damage processing of anisotropic single crystals. 展开更多
关键词 anisotropy dependence damage evolution stress field crack propagation nanoscratch MgF_(2)single crystal
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Material Removal Characteristics of Single-Crystal 4H-SiC Based on Varied-Load Nanoscratch Tests 被引量:2
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作者 Kun Tang Wangping Ou +4 位作者 Cong Mao Jie Liang Moke Zhang Mingjun Zhang Yongle Hu 《Chinese Journal of Mechanical Engineering》 SCIE EI CAS CSCD 2023年第4期125-138,共14页
Single-crystal silicon carbide(SiC)has been widely applied in the military and civil fields because of its excellent physical and chemical properties.However,as is typical in hard-to-machine materials,the good mechani... Single-crystal silicon carbide(SiC)has been widely applied in the military and civil fields because of its excellent physical and chemical properties.However,as is typical in hard-to-machine materials,the good mechanical properties result in surface defects and subsurface damage during precision or ultraprecision machining.In this study,single-and double-varied-load nanoscratch tests were systematically performed on single-crystal 4H-SiC using a nanoindenter system with a Berkovich indenter.The material removal characteristics and cracks under different planes,indenter directions,normal loading rates,and scratch intervals were analyzed using SEM,FIB,and a 3D profilometer,and the mechanisms of material removal and crack propagation were studied.The results showed that the Si-plane of the single-crystal 4H-SiC and edge forward indenter direction are most suitable for material removal and machining.The normal loading rate had little effect on the scratch depth,but a lower loading rate increased the ductile region and critical depth of transition.Additionally,the crack interaction and fluctuation of the depth-distance curves of the second scratch weakened with an increase in the scratch interval,the status of scratches and chips changed,and the comprehensive effects of the propagation and interaction of the three cracks resulted in material fractures and chip accumulation.The calculated and experimental values of the median crack depth also showed good consistency and relativity.Therefore,this study provides an important reference for the high-efficiency and precision machining of single-crystal SiC to ensure high accuracy and a long service life. 展开更多
关键词 Single crystal silicon carbides Varied-load nanoscratch Material removal Crack propagation
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Nanoscratching and mechanical behaviors of high-entropy alloys with different phase constituents
4
作者 Jiang-li Ning Yun-li Feng +2 位作者 Xu-dong Li Qi-bo Deng Yong-jiang Huang 《Journal of Iron and Steel Research International》 SCIE EI CAS CSCD 2019年第11期1240-1248,共9页
High-entropy alloys(HEAs)exhibit unique microstructural features and properties in nanoscale and atomic scale because of their multi-element alloy system.The nanoscratching behaviors of three HEAs with different phase... High-entropy alloys(HEAs)exhibit unique microstructural features and properties in nanoscale and atomic scale because of their multi-element alloy system.The nanoscratching behaviors of three HEAs with different phase constituents,relative to the microstructure and mechanical properties of the HEAs,were investigated.Three typical phase constituents were selected:face-centered cubic(FCC)structure,body-centered cubic(BCC)structure,and a dual-phase structure containing both FCC and BCC phases.Despite the fact that the FCC alloy has the highest ductility and strain hardening capability,it exhibited inferior scratch resistance due to the over-softening of hardness.Due to the brittle failure mode,the BCC alloy hardly exhibited desirable scratch resistance despite its highest hardness.By contrast,the nanostructured dual-phase alloy exhibited the best scratch resistance because of its good combination of strength and ductility,as well as the ductile failure mode.This research suggests that the HEA with structure comprising nanoscale hard and soft phases is desirable for nanoscratch resistance,and possesses appropriate hardness for industrial applications. 展开更多
关键词 High-entropy alloy nanoscratch Mechanical property Microstructure-Failure mode
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Study of nanoscratching of polymers by using molecular dynamics simulations 被引量:4
5
作者 YUAN DanDan ZHU PengZhe +1 位作者 FANG FengZhou QIU Chen 《Science China(Physics,Mechanics & Astronomy)》 SCIE EI CAS 2013年第9期1760-1769,共10页
Molecular dynamic simulations are performed to study the nanoscratching behavior of polymers.The effects of scratching depth,scratching velocity and indenter/polymer interaction strength are investigated.It is found t... Molecular dynamic simulations are performed to study the nanoscratching behavior of polymers.The effects of scratching depth,scratching velocity and indenter/polymer interaction strength are investigated.It is found that polymer material in the scratching zone around the indenter can be removed in a ductile manner as the local temperature in the scratching zone exceeds glass transition temperature Tg.The recovery of polymer can be more significant when the temperature approaches or exceeds Tg.The tangential force,normal force and friction coefficient increase as the scratching depth increases.A larger scratching velocity leads to more material deformation and higher pile-up.The tangential force and normal force are larger for a larger scratching velocity whereas the friction coefficient is almost independent of the scratching velocities studied.It is also found that stronger indenter/polymer interaction strength results in a larger tangential force and friction coefficient. 展开更多
关键词 POLYMER nanoscratching molecular dynamics
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等比添加Co、Cu元素对FeCrNi合金纳米摩擦学性能及变形机理的影响研究
6
作者 程巍 詹荔 +4 位作者 刘秀波 周安 李明曦 贺泊铭 陈国栋 《机械工程学报》 北大核心 2025年第11期266-278,共13页
采用分子动力学模拟和纳米划痕验证相结合的方法研究了FeCrNi (C1)、FeCoCrNi (C2)及FeCoCrNiCu (C3)三种合金在纳米摩擦过程中表面形貌、磨损原子数目、位错、剪切应变、摩擦力及摩擦系数等差异,进一步分析了等比添加Co、Cu元素对FeCrN... 采用分子动力学模拟和纳米划痕验证相结合的方法研究了FeCrNi (C1)、FeCoCrNi (C2)及FeCoCrNiCu (C3)三种合金在纳米摩擦过程中表面形貌、磨损原子数目、位错、剪切应变、摩擦力及摩擦系数等差异,进一步分析了等比添加Co、Cu元素对FeCrNi合金的纳米摩擦学性能及变形机理的影响。结果表明:三种合金摩擦产生的磨痕两侧会出现不对称的原子堆积,表明在摩擦过程中存在塑性形变和弹性恢复两种变形机制;纳米硬度大小关系为C2>C3>C1,由于纳米硬度和显微硬度测量时压头对位错的覆盖面不同,导致与显微硬度大小关系存在差异;C3合金HCP相分数最大,C2合金次之,C1合金最小,表明添加Co、Cu元素可以改变合金的原子间距、晶格常数和晶格畸变等参数,从而调节FCC相结构的稳定性,抑制FCC相结构向HCP结构的转变;多晶合金晶界影响合金位错生长和分布,C1合金位错受晶界影响很难突破晶界生长,因而在亚表面形核并沿着磨球滑动方向扩散;C2合金位错主要围绕晶界生长,C3合金位错主要分布在合金晶界处和磨痕亚表面。 展开更多
关键词 FeCrNi合金 纳米摩擦学性能 分子动力学模拟 纳米划痕
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Atomistic study of inverse size effect induced by interfacial plasticity in pearlitic multi-principal element alloy 被引量:1
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作者 Chen Yang Qiao-Sheng Xia +1 位作者 Cun-Hong Yin Dong-Peng Hua 《Rare Metals》 SCIE EI CAS CSCD 2024年第7期3341-3355,共15页
Owing to the fine nano-laminated structure,the pearlitic multi-principal element alloy(PMPEA) exhibits excellent mechanical and tribological properties.However,the incomplete understanding of the size effect of its la... Owing to the fine nano-laminated structure,the pearlitic multi-principal element alloy(PMPEA) exhibits excellent mechanical and tribological properties.However,the incomplete understanding of the size effect of its lamella thickness and the unclear understanding of the plasticity-interface interaction mechanism limit further optimization of PMPEAs.In this study,the FeCoNi/Ni_3Ti interface-mediated plastic deformation behavior in PMPEA and the variation of mechanical and tribological properties with lamella thickness within the nanoscale range using molecular dynamics(MD) simulation were explored.The results indicate that the mechanical and tribological properties of the PMPEA with lamella thicknesses below 10 nm have a significant inverse size effect,i.e.,the smaller the lamella thickness,the weaker the properties.This is because the plastic carrier-interface interaction mechanism changes from a strengthening mechanism that hinders dislocations to a weakening mechanism that promotes dislocations with the decreases in the lamella thickness,and the weakening effect becomes more pronounced as the lamella thickness decreases and the number of interfaces increases.In particular,the deformation behavior of Ni_3Ti lamellae changes from crystal-like to amorphous-like with decreasing lamella.Moreover,in the sample with larger lamella thickness,the occurrence of hierarchical slips in the body-centered cubic(BCC) phase due to the multiprincipal elements effect can better alleviate the stress concentration caused by the dislocation accumulation at the interface,so that the phase interface exhibits outstanding load-bearing effects.And the dislocation pattern in BCC phase shows a firm high-density cell,which makes the substrate exhibit a stable tribological response. 展开更多
关键词 Multi-principal element alloy Nano-laminated structure Molecular dynamics simulation Nanoindentation and nanoscratch
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增材制造单晶镍基高温合金微观组织、热稳定性及耐磨性能 被引量:5
8
作者 任晨宇 林思聪 +5 位作者 陈凯 张丹利 周光妮 梁晓晴 罗思海 何卫锋 《中国有色金属学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第9期3002-3012,共11页
利用定向能量沉积的增材制造方法制备了单晶镍基高温合金SRR99,通过微观组织表征、硬度测量与纳米划痕实验,系统地研究激光增材制造单晶镍基高温合金在服役温度下的组织稳定性。结果表明:经过服役温度(650℃)退火100 h后,增材制造样品γ... 利用定向能量沉积的增材制造方法制备了单晶镍基高温合金SRR99,通过微观组织表征、硬度测量与纳米划痕实验,系统地研究激光增材制造单晶镍基高温合金在服役温度下的组织稳定性。结果表明:经过服役温度(650℃)退火100 h后,增材制造样品γ'强化相的形貌及尺寸(70 nm)依旧保持。相比于传统铸造样品,服役温度退火前后增材制造样品的硬度(6.6 GPa)均提高了20%以上。此外,退火前后增材制造样品的摩擦因数均具有数值低(0.19)、离散性小的特点。本研究证明定向能量沉积增材制造的单晶镍基高温合金样品拥有优异的组织热稳定性和耐磨性能,为激光增材制造技术应用于单晶镍基高温合金涡轮叶片的榫头修复与提性延寿提供了实验支撑。 展开更多
关键词 激光增材制造 单晶镍基高温合金 耐磨性能 热稳定性 纳米划痕
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TiZrHfCuBe高熵非晶合金的纳米划痕力学行为 被引量:2
9
作者 杜银 李涛 +2 位作者 裴旭辉 周青 王海丰 《金属学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2024年第11期1451-1460,共10页
对于高混合熵为高熵非晶合金带来的特殊结构和高热稳定性与其摩擦性能间内在联系的研究,可为开发具有优异摩擦磨损性能的高熵非晶合金提供新的设计思路。因此,本工作基于纳米压痕及划痕技术研究了TiZrHfCuBe高熵非晶合金在不同划动速率... 对于高混合熵为高熵非晶合金带来的特殊结构和高热稳定性与其摩擦性能间内在联系的研究,可为开发具有优异摩擦磨损性能的高熵非晶合金提供新的设计思路。因此,本工作基于纳米压痕及划痕技术研究了TiZrHfCuBe高熵非晶合金在不同划动速率和不同加载速率下的纳米划痕行为,探究了高混合熵为其带来的特殊结构与其纳米摩擦学性能间的内在联系。结果表明:TiZrHfCuBe高熵非晶合金微观结构由缺陷较少的均匀刚性基体构成,不同区域的纳米压痕硬度均接近理论值的90%以上。在纳米划痕实验中,随着划动速率的增大,TiZrHfCuBe高熵非晶合金的刻划深度基本保持不变,但是残余划痕深度却逐渐减小。这归因于划动速率的增加迟滞了TiZrHfCuBe高熵非晶合金微观结构中剪切转变区的激活以及随后的剪切变形,从而导致划痕过程中的犁沟系数逐渐减小和残余深度的降低。在变力加载的纳米划痕实验中,随着加载力的增加,剪切转变区激活以及随后的剪切变形迟滞效应逐渐减小,导致塑性犁沟系数和划痕深度逐渐增大。 展开更多
关键词 高熵非晶合金 微观结构 纳米划痕 犁沟系数 剪切变形
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氧化镓单晶的磨削材料去除机理和损伤演化研究
10
作者 杨鑫 康仁科 +2 位作者 任佳伟 李天润 高尚 《湖南大学学报(自然科学版)》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第4期10-19,共10页
为了探究氧化镓单晶在磨削过程中材料去除机理和亚表面损伤演化规律,通过变切深纳米划痕试验模拟单颗磨粒去除材料的过程来探究磨削过程中的材料去除机理,使用粒度分别为SD600、SD1500和SD5000的金刚石砂轮对氧化镓单晶进行磨削试验,分... 为了探究氧化镓单晶在磨削过程中材料去除机理和亚表面损伤演化规律,通过变切深纳米划痕试验模拟单颗磨粒去除材料的过程来探究磨削过程中的材料去除机理,使用粒度分别为SD600、SD1500和SD5000的金刚石砂轮对氧化镓单晶进行磨削试验,分析磨削表面形貌和亚表面的损伤演化规律.使用扫描电子显微镜和透射电子显微镜作为主要表征手段,采用有限元法分析划痕过程中的应力分布.研究结果表明,氧化镓单晶在材料去除过程中沿不同晶向扩展的交错滑移带可能导致不规则的破碎坑,取向裂纹受到(-3-10)滑移面的严重影响.随着砂轮粒径的减小,磨削表面形貌表现为破碎坑和取向裂纹主导的脆性表面逐渐演化为完全塑性表面. 展开更多
关键词 半导体材料 磨削 氧化镓单晶 纳米划痕 亚表面损伤
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类金刚石薄膜的表面纳米划擦性能评价 被引量:17
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作者 黄立业 徐可为 吕坚 《无机材料学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2001年第5期1004-1008,共5页
用射频等离子体增强化学气相沉积在钛合金表面制备了类金刚石薄膜,利用纳米压入仪及其附件研究了薄膜与纳米划擦有关的力学性能.结果表明:随薄膜厚度的增加,其硬度略有增加,但增幅较小,弹性模量没有明显的相应规律;薄膜在划擦过... 用射频等离子体增强化学气相沉积在钛合金表面制备了类金刚石薄膜,利用纳米压入仪及其附件研究了薄膜与纳米划擦有关的力学性能.结果表明:随薄膜厚度的增加,其硬度略有增加,但增幅较小,弹性模量没有明显的相应规律;薄膜在划擦过程中,随载荷增加,先后经历薄膜变形、薄膜与基体共同变形及薄膜剥离三个阶段;在薄膜变形阶段,划擦对薄膜的损害较小;当压头进入薄膜一定深度后,划擦后薄膜与基体的变形不同步,造成薄膜沿划痕向两边形成整齐排列的小裂纹,呈鱼骨状;达到临界载荷值时,薄膜在界面处发生脆性剥落;随膜厚增加,薄膜的临界载荷增大,因其残余应力的相应增大而发生大面积脆性剥落. 展开更多
关键词 类金刚石薄膜 纳米压入 纳米划痕 生物材料 钛合金 生物力学性能
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纳米硬度技术的发展和应用 被引量:122
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作者 张泰华 杨业敏 《力学进展》 EI CSCD 北大核心 2002年第3期349-364,共16页
摘 要 近二十年来,主要用于检测材料表面微米和亚微米尺度力学性质的纳米硬度技术发展迅速.首先,概述硬度的定义、分类及其适用范围.然后,系统地总结纳米硬度技术的发展,重点介绍纳米压痕硬度的测量原理及其影响因素,连续刚度测量原理,... 摘 要 近二十年来,主要用于检测材料表面微米和亚微米尺度力学性质的纳米硬度技术发展迅速.首先,概述硬度的定义、分类及其适用范围.然后,系统地总结纳米硬度技术的发展,重点介绍纳米压痕硬度的测量原理及其影响因素,连续刚度测量原理,高分辨率的载荷位移测量原理,几种常用压头的几何形状,试样表面的准备和确定,相关的测试方法,仪器校准和显微观察等问题.通过压痕实验可获得硬度、弹性模量、断裂韧性、存储模量和损耗模量、蠕变应力指数等.最后,简要介绍纳米划痕硬度测量技术的发展和应用. 展开更多
关键词 纳米硬度技术 纳米压痕 纳米划痕 微力学性能 模量 断裂韧性 蠕变应力指数
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基于纳米划痕实验和有限元仿真的KDP晶体断裂性能研究 被引量:8
13
作者 汪圣飞 安晨辉 +3 位作者 张飞虎 王健 雷向阳 张剑锋 《人工晶体学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2015年第9期2325-2329,2337,共6页
通过变深度纳米划痕实验对KDP的断裂特性进行了研究,测量了在KDP晶体(001)晶面上沿不同方向进行划痕实验时首条裂纹出现的位置。随后建立了该划痕过程的有限元模型,计算得到了导致KDP晶体沿不同方向发生断裂时的拉应力,并解释了划痕实... 通过变深度纳米划痕实验对KDP的断裂特性进行了研究,测量了在KDP晶体(001)晶面上沿不同方向进行划痕实验时首条裂纹出现的位置。随后建立了该划痕过程的有限元模型,计算得到了导致KDP晶体沿不同方向发生断裂时的拉应力,并解释了划痕实验中出现微裂纹和崩坑的原因。结果表明,在KDP晶体(001)晶面上沿0°方向加工时材料最容易发生断裂,对应的拉应力为107 MPa;而沿45°方向时材料表现出较好的可加工性能,此时导致KDP晶体发生断裂的拉应力为160 MPa。 展开更多
关键词 KDP晶体 纳米划痕实验 有限元 应力
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亚微米氮化钛膜的纳米压痕和划痕测定 被引量:9
14
作者 张泰华 郇勇 王秀兰 《力学学报》 EI CSCD 北大核心 2003年第4期498-502,共5页
采用等离子电弧沉积的方法,分别在GT35和40CrNiMo钢上沉积厚约为0.5μm的氮化钛(TiN)膜。为了筛选基材,采用纳米压痕和划痕技术,评价膜基界面结合和固体润滑效果。纳米压痕结果,GT35,40CrNiMo和TiN的纳米硬度/弹性模量的典型值分别约为1... 采用等离子电弧沉积的方法,分别在GT35和40CrNiMo钢上沉积厚约为0.5μm的氮化钛(TiN)膜。为了筛选基材,采用纳米压痕和划痕技术,评价膜基界面结合和固体润滑效果。纳米压痕结果,GT35,40CrNiMo和TiN的纳米硬度/弹性模量的典型值分别约为11.5GPa/330GPa,6.0GPa/210GPa,30GPa/450GPa。纳米划痕结果,GT35有较理想的膜基结合能力;GT35,40CrNiMo,TiN及其有机膜的摩擦系数分别约为0.25,0.45,0.15,0.10。同40CrNiMo相比,GT35是较为理想的基体材料。纳米压痕和划痕技术能提供丰富的近表面的弹塑性变形、断裂和摩擦等的信息,是评价亚微米薄膜力学性能的有效手段。 展开更多
关键词 纳米压痕 纳米划痕 力学性能 摩擦性能 亚微米氮化钛膜 等离子电弧沉积 弹塑性变形 断裂 测定
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纳米压痕和划痕法测定氧化硅薄膜材料的力学特性 被引量:17
15
作者 张海霞 张泰华 郇勇 《微纳电子技术》 CAS 2003年第7期245-248,共4页
为了研究不同制备工艺对材料力学性能的影响 ,选择了热氧化、LPCVD和PECVD三种典型工艺 ,在硅片上制备 1μm氧化硅薄膜。通过纳米压痕和划痕检测可知 ,热氧化工艺制备的SiO2薄膜的硬度和模量最大 ,LPCVD制备的样品界面结合强度高于PECV... 为了研究不同制备工艺对材料力学性能的影响 ,选择了热氧化、LPCVD和PECVD三种典型工艺 ,在硅片上制备 1μm氧化硅薄膜。通过纳米压痕和划痕检测可知 ,热氧化工艺制备的SiO2薄膜的硬度和模量最大 ,LPCVD制备的样品界面结合强度高于PECVD。纳米压痕和划痕技术为此提供了丰富的近表面弹塑性变形和断裂等的信息 。 展开更多
关键词 纳米压痕 划痕法 氧化硅薄膜材料 力学特性 热氧化 MEMS材料
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加热温度对Ni-P/Ti/DLC多层膜力学性能的影响 被引量:5
16
作者 唐昆 朱勇建 +3 位作者 谭可成 张健 彭文波 王宇 《表面技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2018年第7期52-58,共7页
目的研究不同加热温度对Ni-P/Ti/DLC多层膜力学性能的影响。方法用化学镀镍磷工艺在模具钢基体上镀Ni-P层作切削层,采用过滤阴极真空电弧(FCVA)技术分别沉积Ti过渡层和DLC保护层。利用拉曼光谱分析了多层膜表层在不同加热温度下的结构成... 目的研究不同加热温度对Ni-P/Ti/DLC多层膜力学性能的影响。方法用化学镀镍磷工艺在模具钢基体上镀Ni-P层作切削层,采用过滤阴极真空电弧(FCVA)技术分别沉积Ti过渡层和DLC保护层。利用拉曼光谱分析了多层膜表层在不同加热温度下的结构成分,采用纳米压痕、纳米划痕和扫描电镜对多层膜的硬度和弹性模量、膜层结合性能以及划痕表面形貌进行了表征。结果拉曼光谱检测结果表明,随着加热温度的升高,多层膜表层DLC膜中的AD/AG值及sp2键含量增大,且400℃时AD/AG值的变化幅度明显增大。纳米压痕实验结果表明,多层膜的硬度和弹性模量随着温度的升高呈先增后减的趋势,且在300℃时达到最大,纳米压痕过程中膜层未出现破裂现象。纳米划痕实验及SEM观测结果表明,多层膜的临界载荷A1随着加热温度的升高而增加,临界载荷A2在25~200℃区间没有明显变化,而在300~400℃区间显著增大。结论在加热温度达到400℃时,多层膜表层DLC膜的石墨化倾向显著。加热温度为300℃时,多层膜的力学性能及膜层间的结合性能较优,而400℃时膜层间的结合性能及抑制裂纹扩展能力减弱,且膜层具有较大的塑性。因此,适宜的加热温度有利于提高多层膜的力学性能和膜层间的结合性能。 展开更多
关键词 加热温度 力学性能 多层膜 纳米压痕 纳米划痕
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纳米压/划痕表征激光渗氮层的弹塑性力学性能 被引量:6
17
作者 曹丽琴 轩福贞 +1 位作者 王正东 涂善东 《材料热处理学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2011年第11期157-160,共4页
利用脉冲式Nd:YAG激光在Ti6Al4V合金表面进行激光渗氮处理,借助纳米压痕和划痕试验表征渗氮层的弹塑性力学性能。结果表明,在钛合金表面成功制备了高硬度、高强度、枝晶状分布的渗氮层。同时,渗氮层内硬度、模量、强度以及应力-应变关... 利用脉冲式Nd:YAG激光在Ti6Al4V合金表面进行激光渗氮处理,借助纳米压痕和划痕试验表征渗氮层的弹塑性力学性能。结果表明,在钛合金表面成功制备了高硬度、高强度、枝晶状分布的渗氮层。同时,渗氮层内硬度、模量、强度以及应力-应变关系、摩擦系数等力学性能呈现出类似于激光渗氮层内氮元素扩散曲线的非均匀性空间分布规律。硬度和弹性模量之比以及纳米划痕试验结果表明,激光渗氮层的抗磨损性能随深度的增加逐渐降低,摩擦系数随着划入深度的增加,从0.2增加到0.4。 展开更多
关键词 激光渗氮 纳米压痕 纳米划痕 力学性能
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用纳米压痕法研究玻璃表面复合薄膜的力学性能 被引量:8
18
作者 赵洪力 崔登国 +2 位作者 高伟 蔡永秀 张福成 《材料科学与工程学报》 CAS CSCD 北大核心 2007年第4期511-513,540,共4页
采用溶胶凝胶法在玻璃基体上制备了CeO2-TiO2单层膜、TiO2-SiO2单层膜和CeO2-TiO2/TiO2-SiO2双层膜,采用纳米压痕和划痕法对薄膜的机械性能(纳米硬度、弹性模量、临界载荷、摩擦系数)进行了分析。实验结果表明,双层膜与玻璃基体的附着... 采用溶胶凝胶法在玻璃基体上制备了CeO2-TiO2单层膜、TiO2-SiO2单层膜和CeO2-TiO2/TiO2-SiO2双层膜,采用纳米压痕和划痕法对薄膜的机械性能(纳米硬度、弹性模量、临界载荷、摩擦系数)进行了分析。实验结果表明,双层膜与玻璃基体的附着力以及弹性模量、硬度等指标均大于单层膜,由TiO2-SiO2组成的内层,对强化附着力起到了关键作用。 展开更多
关键词 双层薄膜 氧化铈 机械性能 纳米压痕 纳米划痕
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晶体铜微探针纳米刻划的分子动力学建模 被引量:4
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作者 张俊杰 孙涛 +2 位作者 闫永达 梁迎春 董申 《中国机械工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2012年第8期967-971,共5页
分别从分子动力学基本原理、晶体铜原子结构建模和晶体缺陷分析三方面开展了晶体铜微探针纳米刻划的三维分子动力学建模研究。研究结果表明:在合理地选择分子动力学模拟参数的基础上,基于晶体结构、重位点阵和维诺图分别建立单晶铜、双... 分别从分子动力学基本原理、晶体铜原子结构建模和晶体缺陷分析三方面开展了晶体铜微探针纳米刻划的三维分子动力学建模研究。研究结果表明:在合理地选择分子动力学模拟参数的基础上,基于晶体结构、重位点阵和维诺图分别建立单晶铜、双晶铜和纳米晶体铜的原子结构模型,并结合先进的晶体缺陷分析技术,可为系统开展晶体铜微探针纳米刻划的分子动力学模拟提供技术保障。 展开更多
关键词 纳米刻划 晶体铜 分子动力学 缺陷分析
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聚碳酸酯透明材料表面耐磨涂层的纳米力学性能和耐磨性研究 被引量:5
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作者 张旋 钟艳莉 +1 位作者 颜悦 厉蕾 《材料工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2014年第1期79-84,共6页
利用纳米压痕和划痕技术对不同纳米硅溶胶含量的两种有机硅耐磨涂层的表面与体相的纳米力学性能和耐磨性分别进行了对比实验研究。结果表明:纳米硅溶胶会增加涂层Si-O-Si网络结构的刚性,提高涂层的力学性能和耐磨性,并且涂层近表面区的... 利用纳米压痕和划痕技术对不同纳米硅溶胶含量的两种有机硅耐磨涂层的表面与体相的纳米力学性能和耐磨性分别进行了对比实验研究。结果表明:纳米硅溶胶会增加涂层Si-O-Si网络结构的刚性,提高涂层的力学性能和耐磨性,并且涂层近表面区的硬度、模量以及耐磨性明显优于体相的性质。 展开更多
关键词 聚碳酸酯 透明耐磨涂层 纳米压痕 纳米划痕
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