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涂层开裂致韧性基体损伤及防护机制研究

硬质涂层，涂层开裂，机体损伤

近年来高、精、尖电子信息器件及重大仪器装备对薄膜材料的需求与日俱增，大到航空、航天、航海、核能，小到微机械、芯片等，进而对其寿命及可靠性提出了更高要求。如何保证表面膜材料和基体材料的完整性，这是充分利用表面膜材料最为核心的问题。大量研究表明，表面膜开裂能诱发脆性基体发生开裂，但是在韧性金属基体上表面膜材料相对来说多是脆性的（包括腐蚀产物膜），表面脆性膜材料的开裂是否会对韧性基体产生损伤？如果表面膜对基体产生影响，哪些是关键因素？我们设计了一个能够在一个试样上同时实现拉应力、压应力、无应力区的实验，系统研究了不同应力下表面膜的损伤及膜损伤对基体造成的损伤。研究表明，不仅拉应力区的表面膜能开裂，在压应力区的表面膜也能开裂，影响压应力区表面膜开裂的主要是膜层弹性参数（弹性模量、泊松比）；脆性膜的开裂能够引起韧性基体的开裂；脆性膜的存在一方面可以抑制位错从界面附近的位错源发射和运动，另一方面，脆性膜的开裂可以提供一个高速运动的裂纹；影响膜致开裂的因素包括膜层的厚度、加载速度、界面结合强度、基体本身力学性能。厚膜、极快的加载速度、很强的界面结合强度、基体断裂韧性低将促进膜致韧性基体的开裂。研究了表面脆性膜层开裂对韧性基体的损伤行为和机制，为高质量表面膜层制备及膜致开裂型应力腐蚀机理提供直接证据，利用该研究成果还为核电用汽轮机叶片服役安全提供判据，节约运行成本。