316L不锈钢表面Ni-Ti合金薄膜的力学特性研究

目的 提高316L不锈钢表面的硬度及耐磨性能.方法 采用磁控溅射法在316L不锈钢表面制备Ni-Ti合金薄膜,并通过纳米压入法对316L不锈钢表面、Ni-Ti合金薄膜和Ni-Ti合金材料的力学性能进行测试,分析不锈钢基Ni-Ti薄膜的耐磨性能.应用有限元反演分析方法求解基体和薄膜的弹塑性幂本构关系.结果 316L不锈钢与Ni-Ti合金抵抗载荷的能力较弱,但316L不锈钢表面Ni-Ti薄膜抵抗外加载荷的能力较强,且抵抗塑性变形的能力得到强化.Ni-Ti薄膜、316L不锈钢基体和Ni-Ti合金的硬度分别为8.2795、5.2405、2.9498 GPa,薄膜的硬度明显大于基体和Ni-Ti合金,说明Ni-Ti薄膜使得316L不锈钢的耐磨性显著提高.薄膜的弹性性能较基体与Ni-Ti合金有明显优势.为研究薄膜的弹塑性性能,建立ABAQUS二维有限元模型,考虑Berkovich压头和试样之间摩擦系数为0.16,通过纳米压入实验和有限元分析的对比,反演分析分别计算得到基体和薄膜的特征应力、特征应变、应变强化因子,继而确定初始屈服应力,得到Ni-Ti合金薄膜和316L不锈钢基体的弹塑性幂本构关系.结论 Ni-Ti薄膜具有良好的力学特性,使316L不锈钢表面的硬度显著提高,因此有效提高了不锈钢的耐磨性能.