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微米尺度多晶铜箔的疲劳性能及其尺寸效应

戴采云  徐进  张广平  
【摘要】:微米尺度金属广泛应用于各种微机械系统中,对其力学性能特别是疲劳性能的评价至关重要。本研究采用悬臂梁动态弯曲方法对具有不同厚度(190~20μm)的轧制和退火多晶铜箔进行了恒总应变幅控制的对称弯曲疲劳实验,并对样品的疲劳损伤行为及其位错结构进行了系统的观察与表征。研究结果表明,在微米尺度范围内,无论是具有带状晶粒结构的轧制铜箔还是具有等轴晶粒结构的退火铜箔,其疲劳强度均随着箔厚度的减小而降低,与其屈服强度随箔厚度的减小而增加的趋势相同。微米厚度铜箔的疲劳损伤仍然表现为疲劳挤出/侵入,疲劳裂纹沿着滑移带萌生并扩展。分析表明,微米尺度金属箔的疲劳抗力与箔的厚度/晶粒尺寸比有关,疲劳尺寸效应由疲劳裂纹萌生阻力与扩展阻力的竞争决定。对于较大厚度/晶粒尺寸比的铜箔,疲劳寿命有裂纹扩展抗力所控制,而对于具有较小厚度/晶粒尺寸比的铜箔,疲劳裂纹萌生抗力决定了疲劳寿命。通过将本研究结果与文献中报道的不同尺度多晶铜丝、受基底约束的铜薄膜以及超细晶铜的结果进行对比,讨论了多晶金属箔在微米尺度下的疲劳尺寸效应。

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