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薄膜技术用极少量的材料赋予材料特殊的优越性能，充分发挥基体材料和薄膜材料的潜能，是当前科学研究前沿。膜基界面结合性能在很大程度上决定了薄膜应用的可靠性和和使用寿命，是影响薄膜技术发展与应用的关键性的甚至决定性指标，膜基界面结合性能检测技术是薄膜技术发展的瓶颈和研究热点。本文从方法、理论、装备、试验四个方面开展界面结合强度激光划痕检测技术基础研究。
首先，针对激光层裂法和划痕试验法表征界面结合强度研究与应用的现状，提出界面结合强度激光划痕检测技术，其核心思想是：在加载技术上，以红外激光非接触加载取代划痕试验法中的金刚石压头接触加载，以长脉冲激光的准静态直接加载薄膜表面取代激光层裂法的对无膜面高应变率动态加载；在界面结合状态检测诊析技术方面，以X射线衍射技术、表面热镜技术和椭偏技术替代划痕试验法的声发射诊析技术和激光层裂法的干涉仪诊析技术。长脉冲红外激光直接准静态加载薄膜表面，在其表面形成深度逐渐增加的划痕，并实时检测划痕过程的膜基系统和激光束参数，借以判断膜基界面破坏的临界点，用界面破坏临界点所对应的激光束参数结合检测参数和膜、基体材料物性参数来表征膜基界面的结合性能。
其次，开展了激光划痕过程膜基系统温度场与应力场有限元模拟与分析，研究了匀强激光、高斯模激光在固定加载和划痕加载条件下，膜基系统的温度场和应力场变化规律。在此基础上，开展激光划痕机理研究与界面失效破坏机理研究，提出了“裂纹萌生与脱粘、裂纹扩展、翘曲、断裂、剥落”的膜基界面失效模型，提出界面失效进程中的界面脱粘、裂纹扩展、失稳翘曲、断裂剥落阶段的物理模型，得出膜基系统失效的基本形式，进一步提出膜基界面破坏临界位置的诊析判别准则。
然后，开展了膜基界面结合状况检测诊析方法与技术研究，提出了X射线衍射、表面热镜及反射椭偏检测诊析理论模型，优化检测诊析参数，进一步开展红外热成像、CCD成像、功率计检测诊析技术研究，并在激光划痕检测系统装备研发中予以实现。
接着，针对激光划痕检测要求和特点，从激光先进制造综合研究平台的层面研发了激光划痕检测系统装备，其由激光器系统、工作台系统、界面结合状况检测诊析系统、信号采集系统、控制系统与数据分析处理系统及系统主程序等部分组成。实现了激光划痕装备各组成部分的硬件、数据采集、信号分析与处理、自动控制等功能的集成与协同，开发出激光划痕系统主程序软件，开发出连续激光能量实时自动调节软件功能模块。
最后，在研发成功的激光划痕检测装置上，进行了典型膜基系统激光划痕试验研究和检测工艺试验研究。以丙烯酸漆膜/SUS304不锈钢基体为研究对象，开展了界面结合性能红外激光划痕检测实验研究，提出判别临界状态的二次划痕检测工艺，并得出使界面分离的最小激光功率31.92W，直接反映了膜基界面的结合强度。开展了YAG脉冲激光冲击划痕TiN/40Cr膜基系统实验研究，得出了激光冲击划痕过程中的应力变化规律，为用膜基临界状态下的激光能量及其产生的冲击应力波来表征界面结合性能奠定基础。
总结本文的研究工作，取得的创新性成果如下：
1、以激光非接触加载取代划痕试验法中的金刚石压头接触加载，以激光直接加载薄膜表面取代激光层裂法的加载无膜面，结合X射线衍、表面热镜、反射椭偏界面结合状态检测诊析技术，提出具有自主知识产权的界面结合强度激光划痕检测技术。
2、初步探明了激光划痕机理和界面失效破坏机理，建立了“裂纹萌生与脱粘、裂纹扩展、翘曲、断裂、剥落”的激光划痕膜基界面失效模型，以及界面失效进程中界面脱粘、裂纹扩展、失稳翘曲、断裂剥落等各阶段的物理模型。
3、结合膜基界面分离临界点的诊析判别准则，提出了X射线衍射、表面热镜、反射椭偏界面结合状况检测诊析理论模型，实现了红外热成像、CCD成像、功率计界面结合状况检测诊析技术。
4、研发了界面结合性能激光划痕检测装置，其具有红外连续激光、四波长(1064、532、355、266)脉冲激光加载功能，及X、Y、Z、U四轴联动功能。实现了激光划痕装备各组成部分的硬件、数据采集、信号分析与处理、自动控制等功能的集成与协同，开发出激光划痕系统软件，开发出激光能量连续实时自动调节软件功能模块。
5、在激光划痕检测装置上，采用红外连续激光研究丙烯酸漆膜/SUS304不锈钢膜基系统的界面结合性能，提出判别的临界状态的二次划痕检测工艺，提高了界面破坏临界状态判别的准确性，得出使界面破坏的最小激光功率31.92W，直接反映了膜基界面结合强度。采用YAG激光，对TiN/40Cr进行了脉冲激光冲击划痕的初步试验研究，探索了冲击划痕过程中的应力变化规律。