基于纳米压入法Sn-Ag-Cu无铅焊料高温力学性能的研究

无铅化和微型化已经成为电子封装的发展趋势,温度对无铅焊点的可靠性产生了不可忽视的影响。本文对Sn96.5Ag3Cu0.5无铅焊料进行回流处理,采用纳米压入法研究其在实际工况下的高温力学性能。结果表明,温度对焊料试样的力学性能影响显著。随着温度的升高,弹性模量和硬度逐渐降低,焊料发生软化;较高温度下的蠕变应力指数较小,焊料的蠕变抗力降低,其相应的蠕变激活能为76kJ/mol。由此可知,随温度的升高,焊料的蠕变机制由位错攀移逐渐转变为晶界滑移。     

基于微纳米压入法提取无铅焊料合金弹塑性力学参数的研究

本文通过微纳米压入法结合数值模拟研究了无铅焊料合金SnAg3.5 的弹塑性力学性能，分别采用圆柱形压头及两种不同锥角压头对无铅焊料合金进行压入测试：基于圆柱形压头测试过程中接触面积恒定的特点得到了无铅焊料的弹性模量，进一步采用塑性应变梯度理论对两种锥角压头的测试结果予以修正并通过数值模拟反分析得到相应的特征应力值，同时基于压入特征塑性应变与压头锥角的关系式得到两种不同锥角压头下的特征应变值，在此基础上经求解方程组得到焊料合金的初始屈服应力与应变强化因子，进而得到了焊料合金的幂强化弹塑性本构关系．该方法剔除了压入尺度效应的影响并保证了所得本构关系的唯一性，给出了一种通过原位压入测试表征金属材料弹塑性力学性能的有效方法．     

无铅焊料的力学性能研究及ANAND本构参数确定

根据ASTM E8M-04标准,对两种无铅焊料91.5Sn8.5Sb和95.5Sn3.8AgO.7Cu分别在15℃、75℃、150℃温度下和10-5s～10-2s十种应变速率下进行了一系列恒定应变速率的拉伸试验.分析了这两种无铅焊料的粘塑性力学行为.实验表明这两种无铅焊料具有温度和应变速率相关性.采用统一型Ahand粘塑性本构式,描述了这两种无铅焊料的非弹性率相关的变形行为,并基于非线性拟合程序确定了Anand粘塑性本构式的九个材料常数.结果表明Ahand式能有效描述无铅焊料的粘塑性行为,可应用于电子封装无铅焊点的可靠性模拟和失效分析.     

基于微纳米压入法的高熵合金柏氏矢量研究

采用微纳米压入法对CoCrFeNiMn高熵合金进行多种应变率下的压入测试研究,实验获得了材料硬度与压深之间的关系并通过计算分析得到了其不同工况下的柏氏矢量值,探究了压入深度和应变率对柏氏矢量的影响．实验结果表明,所测材料柏氏矢量值在一定范围内呈现出一定的波动性,随着压深的增大,柏氏矢量表现出尺寸效应,即柏氏矢量随压深呈增加趋势;并且在同等压深下,柏氏矢量存在率效应,随着应变率的增加,柏氏矢量值先减小后增加,柏氏矢量从滑移主导向原子失配主导的转变是其率效应转变的主要原因．     

含Gd亚稳FeMnCoCrNi高熵合金塑性诱发相变与室温微蠕变研究

高熵合金因具有优异的力学性能及广阔的组元选配空间而日益受到关注.本文研究了亚稳态Fe38-xMn30Co15Cr15Ni2Gdx(x=0,0.1,0.2)高熵合金在不同预应变准静态压缩过程中由塑性诱发的面心立方(face-centered cubic,FCC)向密排六方(hexagonal close-packed,H...     

影响纳米压入测试结果的因素

纳米硬度计 ,又称深度测量压入仪。该仪器在刚性压针上施加特定载荷 ,同时记录压入试样深度。此技术广泛应用于微纳米尺度力学性能的研究。以MTSNanoIndenter○RXP为测试手段 ,参考试样熔融硅为研究对象 ,进行了不同压入深度的测试。结果显示 ,硬度和模量有随压入深度减小而增大的趋势。分析了接触零点的确定、压针尖端缺陷、试样表面的吸湿和粗糙度、弹塑性转变等因素对测试结果的影响。在压入深度为微米和亚微米量级时 ,上述因素对测试结果无显著影响 ;而在纳米量级时 ,有显著影响。所以 ,当压入深度为几十纳米时 ,纳米压入测试结果的可靠性值得注意     

温度-围压共同作用的软岩蠕变模型及试验验证

软岩的蠕变特性受到赋存环境的影响,温度、围压会影响软岩的蠕变应变及蠕变速率。为描述软岩在温度、围压共同作用下的蠕变特性,本文在西原模型的基础上,引入了包含温度、围压影响的损伤变量,并将西原模型中的黏塑性元件用非线性黏塑性元件进行替换,得到了能够反映温度、围压对软岩蠕变特性影响的非线性蠕变模型。该模型可以描述软岩蠕变的衰减蠕变阶段、稳态蠕变阶段和加速蠕变节段,并能很好地反映温度、围压对软岩蠕变应变及蠕变速率的影响。对类软岩材料进行了不同温度、围压作用下的蠕变试验,并用新建模型对不同温度、围压条件下的类软岩材料三轴蠕变试验结果进行拟合验证。结果表明,该模型拟合得到的曲线与试验曲线的拟合度较高,可以很好地反映软岩温度、围压作用下的蠕变特性。     

表面残余应力的仪器化压入检测方法研究进展

针对表面残余应力的仪器化压入检测方法,阐释利用压入方式检测残余应力的基本原理及其力学机制,梳理建立残余应力压入检测方法的常用技术路线,结合残余应力压入检测方法的不同分类,着重分析6种代表性压入检测方法的优势与局限,讨论验证压入检测方法可靠性的常用方法,最后总结残余应力压入检测方法的研究进展,展望未来的发展趋势为建立无需参考试样一体化检测材料力学参数和非等轴残余应力的仪器化压入分析方法,探讨建立方法的四个研究要领,即机制清楚、分析可靠、技术可行、结果可信.仪器化压入检测技术是郑哲敏先生晚年的研究兴趣之一,作者在中科院力学所工作期间曾受到郑哲敏先生的热切关注和提问式激励,谨以此文纪念郑哲敏先生逝世周年.     

有限厚度、大压入的球压试验材料力学响应

针对磁场环境中受机械载荷作用变厚度载流旋转壳体热磁弹性问题,基于薄壳的几何方程、物理方程、运动方程、电动力学方程,建立其热磁弹性基本方程．应用线性化方法,得到了关于热磁弹性问题的线性迭代方程,转化为包括8个基本未知量的标准型方程组．关于载流旋转壳体,给出Lorentz力表达式,导出了温度场及温度场积分特征值．分析了变厚度锥形旋转壳体应力、温度及变形随外加电磁参量的变化规律,并通过数值模拟对理论分析进行了验证．研究结果可为载流旋转壳体热磁弹性问题研究提供理论参考．     

夹芯板结构局部压入力学响应研究

利用材料试验机(MTS)实验研究了复合材料面板、闭孔泡沫铝芯层夹芯板结构在准静态压入时的变形和破坏特征。实验结果表明,夹芯板的破坏主要集中在压头作用的局部区域内;同时,根据最小势能原理建立了泡沫铝夹芯板在半球形压头作用下的压入力学响应理论预测模型。通过引入无量纲参数分析了夹芯板压入载荷-位移响应,并在不同面板厚度、芯层厚度和芯层相对密度情况下,对夹芯板压入响应理论解的有效性和适用性进行了讨论。     

基于纳米压痕法无铅焊锡连接各层材料力学性能的研究

利用SMT全自动回流焊机和高温恒温试验箱,制备出经2次回流焊时效20天的Sn-0.7Cu/Cu焊点试件.采用纳米压痕法,对其焊点金属间化合物力学性能进行测试.根据OliverPharr算法,利用接触刚度连续测量技术得到该化合物(IMC)的弹性模量及硬度,并与同种工况下的焊料及铜进行对比,发现其硬度明显大于二者.并得到了Sn-0.7Cu焊料、金属间化合物和Cu的室温蠕变速率敏感指数,对三者的蠕变性能做了对比分析,发现Sn-0.7Cu的室温蠕变速率敏感指数明显大于IMC和Cu.     

基于纳米压痕试验的混凝土微观耐久性表征

利用纳米压痕和扫描电镜研究了不同冻融循环下混凝土的微观性能,揭示了冻融循环所导致混凝土退化的机理．纳米压痕结果显示,混凝土浆体的压痕模量与硬度的相关系数很大,并且都不满足正态分布．本文利用核密度估计来计算浆体微观性能的概率密度函数．根据浆体和骨料的性能差异,用阶跃函数来拟合界面过渡区的微观力学性能,同时利用扫描电镜观察界面过渡区的形貌．采用以上两种方法研究不同冻融循环下的混凝土,发现在不同的尺度下,冻融循环对混凝土的影响不同：在纳米尺度下,由于水的参与,高密度水凝胶会进一步形成;而在微米尺度下,由于冻融循环中水结冰膨胀和材料多相性,微裂纹进一步扩展,导致断裂能量降低,混凝土表现出宏观退化．     

耐磨性微弧氧化膜的特性

描述了微弧氧化的形成过程及其发展变化,考察了氧化膜的基本物理化学特性,指出微弧氧化膜主要特点是膜层厚,致密,硬度高,具有非常好的耐磨,耐蚀,耐压绝缘和抗高温冲击特性,在工业部门中具有广阔的应用前景。     

96.5Sn-3.5Ag钎料合金的时相关单轴应变循环变形行为及其本构关系研究

在室温下对96.5Sn-3.5Ag钎料合金进行了不同加载波形下的单轴应变循环实验。研究了在具有不同保持时间、不同应变率、不同应变幅值及其历史对材料的循环变形行为的影响。基于材料时相关变形行为,提出了统一粘塑性本构模型,并对该材料的变形行为进行本构模拟。实验结果表明:该钎料合金单轴变形行为具有应变率、保持时间以及应变幅值依赖性。本构关系的预言结果与实验结果吻合得一致性说明该种模型能够很好地描述材料的单轴应变循环变形行为。     

Al0.2Co1.5CrFe1.2Ni1.5TiC0.4高熵合金的微观组织、力学与高温摩擦学性能

通过引入碳元素,设计了一种以原位形成的碳化物为增强相的高熵合金Al_(0.2)Co_(1.5)CrFe_(1.2)Ni_(1.5)TiC_(0.4),并采用放电等离子烧结(SPS)技术成功制备了这种高熵合金.采用XRD、SEM、EDS、万能材料试验机和高温摩擦磨损试验机等研究了微观组织、力学性能和室温至800℃下的摩擦学性能.结果表明:Al_(0.2)Co_(1.5)CrFe_(1.2)Ni_(1.5)TiC_(0.4)高熵合金由面心立方(FCC)结构的高熵固溶体基体相和弥散分布的TiC陶瓷相组成.FCC相使高熵合金具有良好的塑性和韧性,而TiC增强相赋予了高熵合金高的硬度和强度.随着温度的升高,高熵合金的摩擦系数和磨损率均具有逐渐减小的趋势.在800℃时,鉴于摩擦氧化作用,在磨损表面形成了致密的氧化物釉质层,起到了良好的减摩抗磨作用,使高熵合金表现出了优异的高温摩擦学性能.     

利用纳米硬度试验法确定Cr/Cu梯度材料的变形特性

利用纳米硬度仪研究了在Cu基底上的Cu／Cr梯度膜的机械性能。梯度膜是通过将Cu靶和Cr靶同时溅射到Cu基底材料上，但两个靶的相对溅射功率随溅射时间变化而制备。利用Oliver and Pharr方法得到了膜随其厚度变化的硬度和弹性模量。然后利用加载／卸载／再加载的方法得到了在不同深度(即膜的厚度)压头平均压力与相对压人深度之间的关系曲线，在此曲线上可以明显反映出材料的屈服特性。     

微纳米结构壁面对流场及动压润滑的影响研究

固体边界具有的微纳米结构将影响流体在近壁面处的流动行为,进而由于尺度效应改变流体在整个微间隙的流动或润滑规律.将壁面可渗透微纳米结构等效为多孔介质薄膜,采用Brinkman方程来描述流体在近壁面边界渗透层内的流动,并将其与自由流动区域的不可压缩流体Navier-Stokes控制方程耦合,在界面处的连续边界条件下求解和分析了速度分布规律和压力变化规律.针对恒定法向承载力的油膜润滑条件,进一步讨论了静止表面或运动表面的微纳米结构对近壁面流动行为的影响;并揭示了考虑壁面微纳米结构的流体动压润滑的油膜厚度和摩擦系数的变化规律.论文结果为具有可渗透微结构表面的微间隙流动与润滑提供了理论参考.     

链长对离子液体纳米薄膜微/纳摩擦学性能的影响

采用浸渍－提拉法在单晶硅片表面成功制备了纳米厚度的具有不同烷基链长的离子液体超薄膜,系统考察了烷基链长对离子液体超薄膜微/纳摩擦学性能的影响。用Mettler热重分析仪测定了离子液体在氮气气氛条件下的热稳定性,采用多功能Ｘ射线光电子能谱分析了离子液体超薄膜表面的化学组分,并用接触角仪测定了其亲／疏水性质,薄膜的表面形貌、粘着和纳米摩擦学性质采用原子力显微镜进行了测定,采用微摩擦试验机评价了薄膜的微摩擦学性质。结果表明：离子液体的侧链烷基链长对其作为超薄膜的纳米摩擦学和粘着性质有重要的影响,随着烷基链长的增加,粘着力和纳米摩擦力大幅度降低,但对其微摩擦性能影响不大。同时根据试验结果提出了离子液体超薄膜减摩抗磨机理。