一种测试纳米厚度薄膜疲劳特性的试验方法

摘要

一种测试纳米厚度薄膜疲劳特性的试验方法，其作法主要是利用压痕设备在疲劳试验中连续记录纳米厚度薄膜的载荷F和位移h_t数据，并分析得到每次加卸载循环中的接触刚度数值，当接触刚度出现连续性的急剧下降时，判定对应的循环次数即为薄膜的疲劳寿命次数。该种试验方法操作简单，试验结果准确、可靠，适用性广，能够实现对各种超薄薄膜的疲劳特性的研究，达到宏观测试所不能达到测试效果和精度，为纳米厚度薄膜疲劳性能的研究提供可靠依据。

主权项

1. 一种测试纳米厚度薄膜疲劳特性的试验方法，其步骤是：a、利用压痕设备，采用球形压头在固定峰值载荷的条件下对待测的纳米厚度薄膜进行循环径向加卸载实验，并通过传感器同时检测出加载和卸载过程中的载荷F和位移ht信号，送入数据处理设备进行以下步骤的处理；b、得到该次循环加卸载过程中的载荷F-位移ht曲线；c、对b步的载荷F-位移ht曲线的卸载段进行函数拟合，得到卸载段的载荷F与位移ht的拟合函数：F＝α(ht-hf)m，其中，hf为完全卸载后的残余深度，α和m是拟合参数；d、微分：对c步的拟合函数F进行微分计算，在最大压入深度hmax处的微分值即为待测薄膜在该次加、卸载循环过程中的接触刚度S：$S=(\mathrm{dF}/\mathrm{dh}){|}_{h=h_{\max }}=\mathrm{\alpha m}{(h_{\max }-h_f)}^{m-1};$ e、重复a、b、c、d步的步骤，得到在测试的固定峰值载荷条件下，接触刚度S随循环次数N的变化曲线；f、当接触刚度S在连续的10次测量中均出现下降，且下降幅度累计超过下降前接触刚度S的5％时，数据处理设备判定待测薄膜发生了疲劳破坏，对应的循环次数N即为该峰值载荷下薄膜的疲劳寿命。