[發明專利]一種評估多層薄膜膜基結合強度的方法

在審

• 申請號: 201710161069.6
• 申請日: 2017-03-17
• 公開（公告）號: CN107463720A
• 公開（公告）日: 2017-12-12
• 發明（設計）人: 樓白楊;潘健
• 申請（專利權）人: 浙江工業大學
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50;G01N19/04;G01N19/02;G01N1/28
• 代理公司: 杭州之江專利事務所(普通合伙)33216
• 代理人: 朱楓

1.一種評估多層薄膜膜基結合強度的方法，其特征在于通過以下步驟：

步驟1）通過磁控離子鍍在H13基體沉積CrN層獲得單層CrN薄膜；所述磁控離子鍍的參數設置為Cr靶電流4A，偏壓-75V，沉積時間600s；

步驟2）通過磁控離子鍍在H13基體沉積CrN-CrMoAlN多層薄膜；所述磁控離子鍍的參數設置為Cr靶電流4A，Al靶及Mo靶電流6A，偏壓-75V，CrN過渡層沉積600s，CrMoAlN功能層沉積1800s；

步驟3）采用納米壓痕儀分別對H13基體、步驟1）制得的單層CrN薄膜及步驟2）制得的CrN-CrMoAlN多層薄膜以連續剛度法測量彈性模量；具體是在最大壓深為1000nm時，通過所述的納米壓痕儀測量彈性模量值；

步驟4）采用涂層附著力自動劃痕儀獲取涂層分離臨界載荷L_C及涂層分離軌跡寬度d_c；實驗參數設置為最大載荷為30N，加載速率為30mN/s，劃痕長度為1mm；

步驟5）采用銷盤磨損試驗儀對步驟2）制得的CrN-CrMoAlN多層薄膜進行摩擦磨損實驗測出其摩擦系數；實驗參數設置為載荷15 N，對磨件為直徑4 mm的W-6%Co球，轉速637 r/min，測試時間1800 s, 磨痕直徑6mm, 測試溫度25 ℃；

步驟6）通過ABAQUS 6.13軟件對CrN-CrMoAlN多層薄膜進行建模及膜基結合性能的分析，具體過程如下：

步驟6.1）建模：打開ABAQUS 6.13軟件，在part單元分別構建剛性壓頭、CrN-CrMoAlN多層薄膜模型；模型采用二維軸對稱結構；CrN-CrMoAlN多層薄膜模型在基體與薄膜之間構建一層Cohesive單元；其中：剛性壓頭為維式壓頭，CrN-CrMoAlN多層薄膜中CrN及CrMoAlN膜厚比1：3，Cohesive單元厚度為0.1μm，H13基體厚度為50μm；

步驟6.2）參考點設置：定義剛性壓頭與薄膜接觸點為參考點；

步驟6.3）材料屬性：在Property單元，定義CrN過渡層、CrMoAlN功能層為線彈性材料即只需定義材料泊松比、彈性模量；定義H13基體為理想彈塑性材料即只需定義材料泊松比、彈性模量及屈服強度；定義Cohesive單元層損傷準則采用最大應力損傷準則，并采取能量法則控制，Cohesive單元的剛度與基體模量一致，Cohesive單元的斷裂強度按如下公式（Ⅰ）計算：

式中：Lc：涂層分離臨界載荷，單位N；d_c：涂層分離軌跡寬度，單位μm；μ：薄膜摩擦系數；涂層泊松比；

Cohesive單元的斷裂能根據公式（Ⅱ）計算：

式中：涂層斷裂強度，單位MPa；t：涂層厚度，單位μm；涂層彈性模量，單位MPa；

步驟6.4）設置分析步：在Step單元中設置分析步，第一步設置加載，第二步設置卸載，并定義相應的輸出變量；

步驟6.5）定義接觸：在Interaction單元中定義壓頭與薄膜接觸為光滑無摩擦；

步驟6.6）施加載荷與邊界條件：固定模型的對稱軸水平位移及基體底邊縱向位移；在定義的參考點處用壓入深度來代替施加的靜載荷；

步驟6.7）網格劃分：在Mesh單元中，H13基體與CrN-CrMoAlN多層薄膜的網格單元類型采用CAX4R型；凝聚性單元模塊單元網格采用COHAX4型；

步驟6.8）后處理分析：在Job單元中遞交任務獲取模型載荷位移曲線及應力云圖。