通过纳米压痕试验测得316L不锈钢基体、纯钛薄膜与TiN薄膜的弹性模量、硬度和压痕过程载荷-位移曲线;采用ANSYS有限元分析软件建立纳米压痕试验的有限元模型, 通过量纲分析方法推导出上述材料在纳米尺度下的双线性应力-应变关系, 并计算得到相应载荷-位移曲线;利用有限元模型分析了两种薄膜/基体间的结合性能。结果表明: 纳米压痕试验和有限元模拟得到的载荷-位移曲线吻合较好, 利用模型定性判断TiN薄膜与基体的结合性能优于纯钛薄膜的, 与划痕试验结果相符, 验证了此方法的可行性。

所属栏目

物理模拟与数值模拟国家自然科学基金资助项目(11172195)

收稿日期

2012/8/92013/6/15

作者单位

张星:太原理工大学应用力学与生物医学工程研究所, 太原 030024
王鹤峰:太原理工大学应用力学与生物医学工程研究所, 太原 030024
袁国政:太原理工大学应用力学与生物医学工程研究所, 太原 030024
树学峰:太原理工大学应用力学与生物医学工程研究所, 太原 030024

备注

张星(1986-), 男, 河南禹州人, 硕士研究生。

引用该论文:

ZHANG Xing,WANG He-feng,YUAN Guo-zheng,SHU Xue-feng.Finite Element Simulation of Bonding Properties for Ti, TiN Films on 316L Stainless Steel Based on Nanoindentation Experiments[J].Materials for mechancial engineering,2013,37(9):90～95
张星,王鹤峰,袁国政,树学峰.基于纳米压痕试验的316L不锈钢表面钛、TiN薄膜结合性能的有限元模拟[J].机械工程材料,2013,37(9):90～95

被引情况:

【1】

徐晓燕,梁明,王鹏飞,焦高峰,李成山, "测试位置对纳米压痕法测Nb/Cu复合材料线材硬度的影响",机械工程材料 39, 39-42(2015)
参考文献

【1】

BOUZAKIS K-D, MICHAILIDIS N, ERKENS G. Thin hard coatings stress-strain curve determination through a FEM supported evaluation of nanoindentation test results[J].Surface and Coatings Technology, 2001, 142: 102-109.

【2】

BOUZAKIS K-D, MICHAILIDIS N. An accurate and fast approach for determining materials stress-strain curves by nanoindentation and its FEM-based simulation[J].Materials Characterization, 2006, 56: 147-157.

【3】

冀国俊, 使志铭.氧化钛涂膜玻璃的纳米压痕实验及有限元模拟[J].稀有金属材料与工程, 2007, 36(增2): 560-563.

【4】

黄跃飞, 张俊杰, 周军晖.单晶铜薄膜纳米压痕过程的分子动力学模拟[J].机械工程材料, 2008, 32(4): 81-83.

【5】

李慧君, 许荔, 江晓禹.环氧聚氨酯梯度功能耐磨涂层性能的有限元分析[J].机械工程材料, 2008, 32(7): 79-81.

【6】

MA Z S, ZHOU Y C, LONG S G. On the intrinsic hardness of a metallic film/substrate system: Indentation size and substrate effects[J].International Journal of Plasticity, 2012, 34: 1-11.

【7】

PELLETIER H. Predictive model to estimate the stress-strain curves of bulk metals using nanoindentation[J].Tribology International, 2006, 39: 593-606.

【8】

DAO M, CHOLLACOOP N, VAN VLIET K J. Computational modeling of the forward and reverse problems in instrumented sharp indentation[J].Acta Mater, 2001, 49: 3899-3918.

【9】

戎俊梅, 柴国钟, 郝伟娜.基于纳米压痕技术及有限元模拟的薄膜力学性能研究[J].浙江工业大学学报, 2011, 39(6): 674-678.

【10】

田正磊, 金杰, 田省委.薄膜/基体结构的纳米压痕实验及其有限元分析[J].工具技术, 2012, 46(2): 16-19.