基于纳米压入法无铅焊料力学参数的有效表征

论文摘要

科学技术的快速发展不断促使着各种新型材料的诞生,通过拉压、扭转等传统测试手段表征材料的力学性能已经不适用于某些特定的新型材料/结构,如微纳制造领域中的薄膜涂层、微小焊点等。纳米压入法通过对材料的表面微区进行局部原位压入测试可以获得材料的相关力学性能参数,其具有较强的通用性,但目前纳米压入法在表征工程材料的力学性能方面存在着准确性及有效性问题,相关分析手段仍需进一步完善。本文以无铅焊料合金（SnAg3.5）为研究对象,给出了基于纳米压入法,有效表征金属弹塑性力学参数及应变率敏感性的方法,主要研究内容与结果如下:通过纳米压入法结合有限元数值模拟提取无铅焊料的弹塑性力学参数。采用一种圆柱形压头和两种锥角压头对无铅焊料进行纳米压入测试,利用柱形压头测试获得焊料合金的模量值。基于应变梯度塑性理论对两种锥角压头的测试结果予以修正并通过反演分析得到相应的特征应力和特征应变值,经求解方程组得到焊料合金的初始屈服应力与应变强化指数,进而得到无铅焊料的幂强化弹塑性本构关系并给出了纳米压入法表征金属材料弹塑性力学参数的有效方法。基于纳米压入法研究了无铅焊料的应变率敏感性。在四种不同的压入应变率（（?）/P）0.005s-1、0.01s-1、0.05s-1和0.1s-1下结合连续刚度测试法对焊料合金进行纳米压入测试,通过计算求得不同压深区段的应变率敏感指数m;基于应变梯度塑性理论剔除四种压入应变率加载过程中所受压入尺度效应的影响,经计算得到不受压入尺度效应影响的应变率敏感指数m0,将其与未剔除尺度效应影响不同压深区段的应变率敏感指数进行对比分析,结果表明剔除压入尺度效应后的应变率敏感指数值较大,同时随着压入深度的增加,应变率敏感指数不断增大,表明了分析其压入应变率敏感性时剔除压入尺度效应的必要性。

论文目录

• 摘要
• abstract
• 第一章 绪论
•   1.1 选题背景和意义
•   1.2 纳米压入测试的研究进展
•     1.2.1 纳米压入测试法的研究现状
•     1.2.2 纳米压入研究中存在的难点
•   1.3 纳米压入测试原理
•   1.4 基于反演分析法求解材料的本构关系
•     1.4.1 反演分析法
•     1.4.2 特征应力和特征应变
•   1.5 尺度效应与应变梯度理论
•     1.5.1 尺度效应
•     1.5.2 应变梯度理论
•   1.6 本文主要研究内容
• 第二章 基于纳米压入法提取无铅焊料的弹塑性本构关系
•   2.1 引言
•   2.2 SnAg3.5无铅焊料的纳米压入测试
•     2.2.1 纳米压入测试
•     2.2.2 纳米压入测试系统
•     2.2.3 连续刚度测量法
•   2.3 锥角压头压入测试的数值模拟
•     2.3.1 有限元模型的建立
•     2.3.2 有限元模拟中的影响因素
•   2.4 无铅焊料的纳米压入测试结果分析
•     2.4.1 柱形压头测试结果分析
•     2.4.2 不同锥角压头测试结果分析
•     2.4.3 压入尺度效应的剔除
•     2.4.5 特征应力与特征应变的确定
•     2.4.6 幂强化本构关系的确定及验证
•   2.5 本章小结
• 第三章 基于纳米压入法无铅焊料的率敏感性研究
•   3.1 引言
•   3.2 纳米压入测试
•   3.3 结果和讨论
•     3.3.1 不同压入应变率下的载荷-压深曲线及加载常数
•     3.3.2 不同压入应变率下的硬度和弹性模量
•     3.3.3 不同压深区段的压入应变率敏感性研究
•     3.3.4 尺度效应对压入应变率敏感性的影响
•   3.4 本章小结
• 第四章 全文总结与展望
•   4.1 全文总结
•   4.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 刘勇勇

导师: 树学峰

关键词: 纳米压入,无铅焊料,尺度效应,反演分析,率敏感性

来源: 太原理工大学

年度: 2019

分类: 基础科学

专业: 力学

单位: 太原理工大学

分类号: O341

总页数: 70

文件大小: 9939K

下载量: 44