小尺度下先进材料弹塑性性能纳米压痕表征分析

《小尺度下先进材料弹塑性性能纳米压痕表征分析》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、学校代码10530学号201110081255分类号TB35密级公开硕士学位论文小尺度下先进材料弹塑性性能纳米压痕表征分析学位申请人罗君梅指导教师毛卫国教授学院名称材料与光电物理学院学科专业材料科学与工程研究方向防护涂层材料的制备及其应用二零一四年六月万方数据InvestigationofNanoscaleElasto-plasticCharacteristicsofAdvancedMaterialsunderNanoscalesbyNanoindentationCandidateJunmeiLuoSupervis

2、orProfessorWeiguoMaoCollegeFacultyofMaterials,OptoelectronicsandPhysicsProgramPreparationandApplicationofProtectiveCoatingMaterialsSpecializationMaterialsScienceandEngineeringDegreeEngineeringMasterUniversityXiangtanUniversityDateJune,2014万方数据湘潭大学学位论文原创性声明本人郑重

3、声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。作者签名：日期：年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权湘潭大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可

4、以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。涉密论文按学校规定处理。作者签名：日期：年月日导师签名：日期：年月日万方数据摘要纳米压痕技术是研究材料力学性能的主要测试方法之一，不仅可以研究材料的弹性变形行为，而且可以测试材料的塑性及断裂特性。其中，在纳米尺度下表征先进材料纯弹性、弹塑性转变行为对于其耐磨性能和耐冲蚀性能的评价具有非常重要的科学意义和工程价值。相比于其它宏微观测试表征尺寸，在纳米尺度下对压痕仪器的性能指标要求更高，对样品表面粗糙度要求更加苛刻。本文在考虑压针形状、加载速率、保载时间、样品热处理

5、时间、样品表面粗糙度等因素影响下，测试了等离子喷涂热障涂层、电子束物理气相沉积热障涂层、Zr64.5Cu15.75Ni10.12Al6非晶合金和Ti-22Nb-Ta多晶合金等几种典型先进材料的纯弹性、弹塑性转变特征，讨论了每种材料的硬度尺度效应，并采用赫兹接触理论估算了材料弹塑性转变点处应力场及临界剪切强度。主要研究内容如下：第一，在小尺度下对热循环前后的等离子喷涂热障涂层的弹塑性力学性能进行了测试表征分析。由于样品具有气孔性和不均匀性，导致测试数据的离散性很严重。采用韦伯统计分布方程对样品的硬度和弹性模量进行分析

6、。原始样品的硬度随着压痕深度的增加，在h<64.6nm时具有逆向尺度效应，在64.6

7、兹接触理论分析得到弹塑性转变点的最大剪应力分布。用赫兹接触理论计算得到原始样品、热循环50次样品、热循环100次样品、热循环150次样品和热循环175次样品的最大剪应力分别是6.4、5.8、5.2、4.8和6.1GPa。第二，研究了在不同热处理条件下电子束物理气相沉积热障涂层样品的弹塑性力学性能。由于样品具有气孔性和不均匀性，导致测试数据的离散性比较大。采用韦伯模数分析方法对样品的硬度和弹性模量进行分析。当P<3mN，样品硬度随着压痕载荷的增加而增加，表现出一种逆向尺度效应；弹性模量值比较稳定，原始样品、热循环20

8、0次样品和恒温氧化400小时样品的弹性模量平均值分别是146、195和199GPa。热处理之后样品的硬度和弹性模量都增加，其中恒温氧化400小时的样品测试数据比热循环200次的数值偏大。用压痕能量原理计算得到的原始样品、热处理200次样品和恒温氧化400小时样品的真实硬度值分别是27.9、36.5和92.2GPa。用赫兹接触理论计算得到原始样品、热处理200