铜/镍复层箔微拉伸塑性变形行为研究

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微系统技术(MST)由于体积小、功能多、智能化、工作效率高等特点,可应用于多个领域,前景十分广阔。微系统迫切需要多种新材料推广广泛应用,如纳米、合金、复层材料等,新材料的开发作为微系统技术的未来发展方向之一,也大大的推动了微系统的发展。在现有的介观尺度新材料的研究工作中,对金属单层材料的力学性能、成形工艺、制件等方面取得了大量的研究成果。但对复层箔的研究更多的停留在制备的阶段,缺乏更深入的工艺研究,限制了其广泛的应用。复层箔板由于其试样厚度的减小,基体层的自由表面效应与不可忽略的界面层效应耦合使得其变形行为既不同于介观尺度单层箔板,又不同于宏观尺度复层板。由于其本身复层的形式使得其断裂行为复杂化,这些都使得对复层箔的研究很有必要。本文以50μm、100μm厚铜/镍复层箔为实验材料,通过改变热处理制度,研究铜/镍复层箔微观组织演变和界面层、基体层的厚度变化。在通过热处理之后,50μm、100μm厚铜/镍复层箔的铜层和镍层的晶粒尺寸均增大,界面层的厚度增加,基体层的厚度减少。为了探究铜/镍复层箔的塑性变形行为,对热处理之后的复层箔进行单向拉伸,研究表明,铜/镍复层箔的流动应力随热处理温度增加而减小,当热处理温度相同时,50μm厚铜/镍复层箔的流动应力大于100μm厚铜/镍复层箔的流动应力。随着热处理温度的增加,铜/镍复层箔的加工硬化率降低,并且加工硬化的各个阶段的应力区间逐渐减小。基于混合法则和表面层模型,建立了包含复层箔的试样厚度、晶粒尺寸和界面层厚度的材料本构。为了探究复层箔的断裂行为,分析了材料的屈服强度、抗拉强度和延伸率等力学性能参数的规律。结合断口形貌发现材料的基体层为单晶滑移,界面层为韧窝断裂。通过对在产生颈缩时微拉伸中断试样的厚度形貌分析发现,铜/镍复层箔首先在界面层上的孔洞萌生裂纹,随着应变的增加,界面层断裂之后,裂纹向镍层拓展,镍层先发生断裂,最后铜层断裂。
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