[發明專利]一種修復銅薄膜疲勞損傷的多次激光輻照處理方法

有效

• 申請號: 201410140479.9
• 申請日: 2014-04-09
• 公開（公告）號: CN103924177A
• 公開（公告）日: 2014-07-16
• 發明（設計）人: 尚德廣;劉鳳珠;郭毓博;任崇剛;劉小冬;張立紅;郭振坤
• 申請（專利權）人: 北京工業大學
• 主分類號: C22F1/08
• 分類號: C22F1/08
• 代理公司: 北京思海天達知識產權代理有限公司 11203
• 代理人: 沈波

技術領域

本發明屬于機械制造與激光加工應用技術領域，特指一種激光輻照多次修復銅薄膜疲勞損傷的方法。

背景技術

銅薄膜廣泛地應用于大規模集成電路及微電子機械系統中，在服役過程中常常由于受到循環應力應變的作用而失效甚至破壞，從而帶來較大的經濟損失甚至出現生命危險，因此銅薄膜的失效問題以及采取有效的方法進行損傷修復是至關重要的。

激光輻照處理是指將激光直接照射到金屬表面，利用激光與金屬材料間的相互作用實現對金屬材料的改性處理，屬于激光表面處理的范疇。激光輻照處理的原理是當激光照射到金屬表面時，材料吸收激光能量使表面溫度迅速升高，又由于輻照作用時間很短以及金屬材料具有較好的導熱性，溫度快速冷卻。這種快速加熱和冷卻處理使金屬材料表面組織發生變化，這不僅能夠有效地修復疲勞損傷，而且還能夠多次提高其疲勞壽命，使其總疲勞壽命最大化。

發明內容

本發明的目的是解決如何最大程度提高多晶銅薄膜材料疲勞壽命的問題，提供一種多次激光輻照修復疲勞損傷的方法。通過多次激光輻照處理不斷地提高銅薄膜材料的疲勞壽命，實現總疲勞壽命最大化，從而解決實際工程應用中微小構件易受循環載荷而失效的難題。

為實現上述目的，本發明采取的技術方案為一種修復銅薄膜疲勞損傷的多次激光輻照處理方法，其步驟為：

步驟1）：提供制備疲勞損傷裝置4和激光輻照修復裝置，所述制備疲勞損傷裝置4為微疲勞試驗機，通過上夾具41和下夾具42夾持銅薄膜試樣5；激光輻照修復裝置包括紫外準分子脈沖激光器1、光路裝置2、試樣固定裝置3和導軌6，所述光路裝置2包括固定螺栓21、凸透鏡22、光路支架23和光路底座24；試樣固定裝置3包括金屬板31、磁鐵片32、固定裝置支架33和固定裝置底座34；首先，將光路支架23安裝到光路底座24上，所述光路支架23為雙節點套筒伸縮機構，其高度可通過底部的調節螺母自由調節；手持凸透鏡22，將其放置在光路支架23內框架的中間位置，通過擰緊固定螺栓21將凸透鏡22固定住；其次，通過擰緊固定裝置支架33上的兩個螺栓將金屬板31安裝到固定裝置支架33上，再將固定裝置支架33安裝到固定裝置底座34上，固定裝置支架33的高度是可以調節的；最后，將導軌6放置在激光器1的正前方，再分別將光路裝置2和試樣固定裝置3放置在導軌6上；

步驟2）：隨機選取銅薄膜試樣。利用2個磁鐵片32將銅薄膜試樣5固定在試樣固定裝置3中的金屬板31中心位置；

步驟3）：調整光路裝置和試樣固定裝置的高度，使之與激光發射口在一條直線上；

步驟4）：通過調整光路裝置和試樣固定裝置在導軌上的距離來調整激光光斑的大小；

步驟5）：通過激光器控制系統控制單脈沖能量和脈沖個數進行激光輻照處理；

步驟6）：激光輻照處理后，將銅薄膜試樣從試樣固定裝置上取下；

步驟7）：通過微疲勞試驗機對試樣施加脈動循環，制備疲勞損傷；

步驟8）：重復步驟2）、3）、4）、5）、6）、7），直至試樣斷裂。

進一步，所述步驟1）中的脈沖激光器為紫外準分子脈沖激光器；操作順序是先進行激光輻照再制備疲勞損傷；多次進行激光輻照處理和制備疲勞損傷過程，直至試樣斷裂。

本文發明多次修復疲勞損傷工藝方法的創新在于：激光輻照試驗搭建的裝置簡單且方便調整；在第一次制備疲勞損傷前進行一次激光輻照處理，這是一種強化手段，能明顯提高疲勞強度；激光輻照處理過程中，試樣表面不涂覆任何涂層，減少了對試樣的額外損傷或腐蝕，工藝簡單，方法實用，有很強的應用潛力。

本發明方法的有益效果在于：通過采用上述多次修復疲勞損傷的方法使材料表面發生了微熔化，晶粒明顯細化，改善了試樣的表面質量，這不僅能有效地修復銅薄膜的疲勞損傷，還能顯著地提高其疲勞壽命，通過多次激光輻照處理使總疲勞壽命實現了最大化的提高。

附圖說明

圖1為本發明中多次激光輻照修復銅薄膜疲勞損傷的流程圖。

圖2為本發明中多次激光輻照修復銅薄膜疲勞損傷的示意圖。

圖3為本發明中銅薄膜試樣修復過程中的光路裝置示意圖。

圖4為本發明中銅薄膜試樣修復過程中的試樣固定裝置示意圖。

圖5為本發明中制備銅薄膜試樣疲勞損傷的疲勞試驗機示意圖。