利用球形压头研究聚碳酸酯的微米划痕性能

采用100Cr6球形压头系统研究了法向载荷、划痕速度和划痕次数对聚碳酸酯划痕性能的影响. 结果表明:在单次和第15次划痕中,法向载荷增加时,摩擦系数和压入深度增加;划痕速度增加时,摩擦系数先增加后减小,压入深度减小;法向载荷增加或划痕速度减小时,残余深度增加,弹性恢复率减小. 对于多程单向滑动磨损,随着划痕次数增加,划痕宽度线性增加,划痕硬度线性减小;摩擦系数、压入深度和残余深度均呈增加趋势,但增长的速率逐渐降低,一定次数后达到稳定;压入深度和残余深度达到稳定时的划痕次数随法向载荷的增加而减小. 第15次划痕中,随着法向载荷增加,划痕宽度增加,残余划痕硬度和几何划痕硬度变化趋势相反;划痕宽度随划痕速度的增加而减小,划痕硬度随划痕速度的增加而增加,最后均趋于稳定.      

碳酸钙晶须含量对聚醚醚酮复合材料摩擦磨损性能的影响

以碳酸钙(CaCO3)晶须为填料,利用热压成型方法制备含0%～50%(质量分数)碳酸钙晶须增强聚醚醚酮(PEEK)复合材料,采用MM-200型摩擦磨损试验机研究碳酸钙晶须含量对复合材料与45#钢环配副的摩擦磨损性能的影响,利用扫描电子显微镜观察复合材料和钢环磨损表面形貌并分析其磨损机理.结果表明,碳酸钙晶须可以显著改善PEEK复合材料的减摩耐磨性能.随着CaCO3晶须含量增加,PEEK复合材料摩擦系数持续降低;磨损率随晶须含量增加呈先降后增趋势,并在晶须含量为15%时达最低值,相对纯PEEK降低86%.综合考虑,选择CaCO3晶须填充量为25%～30%时,复合材料具有最佳的摩擦磨损性价比.填充CaCO3晶须提高了复合材料承载能力,减少摩擦副表面粘着,阻止树脂的热塑性变形,提高复合材料的摩擦磨损性能.     

利用圆锥压头微米划痕测试材料断裂韧性

利用Rockwell C金刚石压头对铜、聚碳酸酯、熔融石英和钠钙硅玻璃4种材料进行了微米划痕测试,这是国内首次利用划痕方法测量材料的断裂韧性. 研究表明:在划痕深度较浅时,必须要考虑压头顶端的球体区域,考虑和未考虑压头顶端球体区域时的压头形函数差别较大;考虑压头顶端的球体区域后,采用线弹性断裂力学(LEFM)模型评估断裂韧性的结果和能量尺寸效应(SEL)模型的计算结果接近,与单边切口梁(SENB)法、山形切口梁(CNB)法或压痕断裂(IF)法评估的断裂韧性相吻合,而未考虑压头顶端球体区域时计算断裂韧性的结果偏大;采用SEL模型评估断裂韧性时,按照投影接触面积等效的压头半顶角评估的断裂韧性相对按照周长等效的压头半顶角评估的断裂韧性误差更小,与LEFM模型的评估结果更接近.      

利用维氏和玻氏压头表征半导体材料断裂韧性

压痕法是测量材料断裂韧性 ($K_{\rm IC})$ 的常用方法之一, 如何根据不同的材料、不同的压头选择适合的公式, 是当前面临的一大问题. 因此,在不同载荷下对单晶硅 (111) 和碳化硅 (4H-SiC, 0001面) 这两种半导体材料进行了维氏微米硬度和玻氏纳米压痕实验, 对实验产生的裂纹长度$c$进行了统计分析, 并采用13个压痕公式计算材料的$K_{\rm IC}$, 开展了微米划痕实验, 验证压痕法评估半导体材料$K_{\rm IC}$的适用性. 研究结果表明: 为了消除维氏压痕实验产生的$c$的固有离散性, 需要多次测量取平均值; 裂纹长度与压痕尺寸的比值随压痕载荷的增大而增大; 材料的裂纹类型与载荷相关且低载荷下表现为巴氏裂纹, 高载荷下表现为中位裂纹; 与微米划痕实验得到的单晶硅和碳化硅材料的$K_{\rm IC}$平均值 (分别为0.96 MPa,$\cdot$,$\sqrt{\rm m}$和2.89 MPa,$\cdot$,$\sqrt{\rm m}$) 相比, 在同一压头下无法从13个公式中获得同时适用于单晶硅和碳化硅材料的压痕公式,但在同一材料下可以获得同时适用于维氏和玻氏压头的$K_{\rm IC}$计算公式; 基于中位裂纹系统发展而来的压痕公式更适合用于评估半导体材料的$K_{\rm IC}$, 且维氏压头下的$K_{\rm IC}$与玻氏压头下$K_{\rm IC}$的关系不是理论上的1.073倍, 应为1.13$\pm 压痕法是测量材料断裂韧性(K_(IC))的常用方法之一,如何根据不同的材料、不同的压头选择适合的公式,是当前面临的一大问题.因此,在不同载荷下对单晶硅(111)和碳化硅(4H-Si C, 0001面)这两种半导体材料进行了维氏微米硬度和玻氏纳米压痕实验,对实验产生的裂纹长度c进行了统计分析,并采用13个压痕公式计算材料的K_(IC),开展了微米划痕实验,验证压痕法评估半导体材料K_(IC)的适用性.研究结果表明:为了消除维氏压痕实验产生的c的固有离散性,需要多次测量取平均值;裂纹长度与压痕尺寸的比值随压痕载荷的增大而增大;材料的裂纹类型与载荷相关且低载荷下表现为巴氏裂纹,高载荷下表现为中位裂纹;与微米划痕实验得到的单晶硅和碳化硅材料的K_(IC)平均值(分别为0.96 MPa·m~(1/2)和2.89 MPa·m~(1/2))相比,在同一压头下无法从13个公式中获得同时适用于单晶硅和碳化硅材料的压痕公式,但在同一材料下可以获得同时适用于维氏和玻氏压头的K_(IC)计算公式;基于中位裂纹系统发展而来的压痕公式更适合用于评估半导体材料的K_(IC),且维氏压头下的K_(IC)与玻氏压头下K_(IC)的关系不是理论上的1.073倍,应为1.13±0.01.     

热处理温度对Fe—Ni—P非晶合金镀层显微硬度和耐磨性的影响

测定了电沉积Ｆｅ－Ｎｉ－Ｐ非晶合金镀层在不同温度下热处理后的硬度，在环－块磨损试验机上对镀层的耐磨性进行了研究，对镀层的显微组织和磨损表面作了观察与分析，就其强化机理和磨损机理作了分析与探讨．镀层的硬度和耐磨性均随热处理温度上升而提高，４００℃时都达到极大值，最高硬度为ＨＶ１１．２ＧＰａ；在４００℃以上，镀层的硬度和耐磨性均随温度升高而降低，此时镀层的含磷量越多，硬度越高，耐磨性越好；在５００℃以下热处理后镀层的磨损机理主要为点蚀和剥落，剥落坑随着温度的升高而减少；６００℃以上热处理镀层发生的是磨粒磨损．     

试样倾斜和正压力对球形压头微米划痕测试紫铜的影响

采用球形压头对紫铜进行微米划痕试验,研究了不同恒定正压力下试样倾斜对划痕测试紫铜的影响. 结果表明:试验测得的名义摩擦系数与试样倾斜角度线性相关,且斜率不受正压力的影响. 建立了球形压头与试样倾斜状态的位置关系模型,发现试样倾斜对名义摩擦系数中的黏着组分无影响,而犁耕组分随倾斜角度线性变化. 试样倾斜时的摩擦系数可通过球-面接触力学模型进行校正,获得试样无倾斜时的摩擦系数. 摩擦系数与正压力之间呈非线性关系,其中犁耕组分线性增大,黏着组分非线性增大并趋于稳定. 通过划痕形貌测量的残余划痕宽度几乎不受试样倾斜的影响,但与正压力的0.5次方存在线性关系. 分析了划痕硬度随正压力的变化,发现由残余划痕宽度计算得到的划痕硬度几乎为恒定值,不受正压力影响,而由接触投影面积计算得到的划痕硬度随正压力增大而增大,随后趋于稳定.