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薄膜多元化是实现高效节能减排的一项重要工程技术，在国防、汽车、通讯航空等领域均有广泛应用。由于制备工艺及承受动态载荷服役条件的特殊性，多元薄膜的宏观失效过程及寿命与其结构分布、应力状态及微观损伤机制密切相关，因此对动态服役条件下薄膜的残余应力演变规律及其对疲劳损伤机制影响的研究迫在眉睫。针对典型薄膜(Cu薄膜)和Ti基薄膜(Ti、TiN、Ti/TiN多层膜)、Fe基薄膜中的残余应力和疲劳性能等影响薄膜质量和服役安全的关键指标参数难于精确测试的问题，系统研究了利用纳米压痕技术测试薄膜的残余应力分布状态及薄膜的疲劳失效行为。基于自主设计的等双轴应力施加装置，揭示了薄膜残余应力对纳米压痕参数的影响规律；基于几何算法和微观形貌测试技术，建立了适用于压痕周围发生凸起变形的材料的真实接触面积计算模型，修正了传统Oliver模型在计算真实接触面积时的误差。精确测量出薄膜中的残余应力分布状态，揭示了多相薄膜间的结构约束对其压痕变形行为的影响机制；创新开展了薄膜疲劳性能测试，揭示了薄膜的刚度值在动态载荷的作用下的变化规律，实现了基于动态载荷测试技术对薄膜的疲劳寿命预测。