[發明專利]一種用來獲得無殘余應力薄膜的薄膜支架

在審

• 申請號: 201510380760.4
• 申請日: 2015-07-01
• 公開（公告）號: CN104964862A
• 公開（公告）日: 2015-10-07
• 發明（設計）人: 蘇建麗
• 申請（專利權）人: 青島文創科技有限公司
• 主分類號: G01N1/28
• 分類號: G01N1/28;G01L1/26
• 代理公司: 北京一格知識產權代理事務所(普通合伙) 11316
• 代理人: 鐘廷良

技術領域

本發明涉及機械模具技術領域，具體的涉及一種用來獲得無殘余應力薄膜的薄膜支架。

背景技術

殘留應力（Residual?Stress）構件在制造過程中，將受到來自各種工藝等因素的作用與影響；當這些因素消失之后，若構件所受到的上述作用與影響不能隨之而完全消失，仍有部分作用與影響殘留在構件內，則這種殘留的作用與影響。也稱殘余應力。殘余應力是當物體沒有外部因素作用時，在物體內部保持平衡而存在的應力。凡是沒有外部作用，物體內部保持自相平衡的應力，稱為物體的固有應力，或稱為初應力，亦稱為內應力。

對于殘余應力測試的儀器有殘余應力分析儀，其原理是基于布拉格方程2dsinθ=nλ?：即一定波長的X射線照射到晶體材料上，相鄰兩個原子面衍射時的X射線光程差正好是波長的整數倍。通過測量衍射角變化Δθ從而得到晶格間距變化Δd，根據胡克定律和彈性力學原理，計算出材料的殘余應力。一般在實際操作時采用盲孔法殘余應力測量、磁測法殘余應力測量和X射線衍射殘余應力測量。

薄膜殘余應力產生的原因分類有：(1)熱應力，鑄件各部分的薄厚是不一樣的，如機床床身導軌部分很厚，側壁筋板部分較薄；鑄后，薄壁部分冷卻速度快收縮大，而厚壁部分，冷卻速度慢，收縮的小。薄壁部分的收縮受到厚壁部分的阻礙，所以薄壁部分受拉力，厚壁部分受壓力。因縱向收縮差大，因而產生的拉壓也大。這時鑄件的溫度高，薄厚壁都處于塑性狀態，其壓應力使厚壁部分變粗，拉應力使薄壁部分變薄，拉壓應力，隨塑性變形而消失。鑄件逐漸冷卻，當薄壁部分進入彈性狀態而厚壁部分仍處于塑性時，壓應力使厚壁部分產生塑性變形，繼續變粗，而薄壁部分只是彈性拉長，這時拉壓應力隨厚壁部分變粗而消失。鑄件仍繼續冷卻，當薄厚壁部分進入彈性區時，由于厚壁部分溫度高，收縮量大。但薄壁部分阻止厚壁部分收縮，故薄壁受壓應力，厚壁受拉應力。應力方向發生了變化。這種作用一直持續到室溫，結果在常溫下厚壁部分受拉應力，薄壁部分受壓應力。這個應力是由于各部分薄厚不同。冷卻速度不同，塑性變形不均勻而產生的，叫熱應力。

(2)??相變應力

常用的鑄鐵含碳量在2.8-3.5%，屬于亞共晶鑄鐵，在結晶過程中：厚壁部分在1153℃共晶結晶時，析出共晶石墨，產生體積膨脹?，薄壁部分阻礙其膨脹，厚壁部分受壓應力，薄壁部分受拉應力。厚壁部分因溫度高，降溫速度快，收縮快，所以厚壁逐漸變為受拉應力。而薄壁與其相反。在共析(738℃)前的收縮中，薄厚壁均處于塑性狀態，應力雖然不斷產生，?但又不斷被塑性變形所松弛，應力并不大。當降到738℃時，鑄鐵發生共析轉變，由面心立方，變為體心立方結構(既γ-Fe變為a-Fe)，比容由0.124cm³/g增大到0.127cm³/g。同時有共析石墨析出，使厚壁部分伸入，產生壓應力。上述的兩種應力，是在1153℃?和738℃兩次相變而產生的，叫相變應力。相變應力與冷卻過程中產生的熱應力方向相反，?相變應力被熱應力抵消。在共析轉變以后，不再產生相變些力，因此鑄件由與薄厚冷卻速度不同所形成的熱應力起主要作用。

?(3)?收縮應力(亦叫機械阻礙應力)

鑄件在固態收縮時，因受到鑄型型芯澆冒口等的阻礙作用而產生的應力叫收縮應力。由于各部分由塑性到彈性狀態轉變有先有后，型芯等對收縮的阻力將在鑄件內造成不均勻的的塑性變形，產生殘余應力。收縮應力一般不大，多在打箱后消失。

納米壓痕試驗方法是在傳統的布氏和維氏硬度實驗方法的基礎上發展起來的新興的力學性能試驗方法，它通過連續控制和記錄加卸載時的載荷和位移數據，以得到材料壓痕硬度、楊氏模量、壓痕蠕變、壓痕松弛和斷裂韌性等力學性能指標。這是一種先進的微尺度的力學測量技術。它是通過測量作用在壓針上的載荷和壓入樣品表面的深度來獲得材料的載荷-位移曲線。其壓入深度一般控制在微/納米尺度，因此要求測試儀器的位移傳感器具有優于1nm的分辨率，所以稱之為納米壓痕儀。

目前，基于納米壓痕測試法的模型有Suresh理論模型、Yun-Hee模型、Swadener理論以及Xu模型等，其中Suresh理論模型最為常用。但是Suresh理論模型中的無應力試樣很難獲得，該技術意在獲得無殘余應力的薄膜試樣，以便計算薄膜的殘余應力。