Zastosowanie nanosekundowych impulsów laserowych do oceny naprężeń własnych cienkich warstw

• Autorzy: Radziejewska J.

Identyfikatory

DOI

10.26628/ps.v90i3.868

Warianty tytułu

EN

The use of nanosecond laser pulses to assess the residual stresses of thin films

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Przeprowadzono badania naprężeń własnych cienkich warstw metodą Laser Spallation Technnique – LST. Krótkie, nanosekundowe impulsy o dużej energii zostały zastosowane do wywołania delaminacji cienkich warstw a geometria odspojenia do oceny naprężeń własnych. Badania przeprowadzono dla miękkiej i plastycznej warstwy tytanu oraz twardej i kruchej warstwy TiN. Obie warstwy zostały nałożone metodą PVD na podłoże ze stali kwasoodpornej 304. Wartość naprężenia otrzymana metodą LST została zweryfikowana na podstawie badań metodą rentgenowską. Uzyskane wyniki badań wykazały, że krótkie impulsy laserowe o odpowiedniej energii mogą być stosowane do oceny naprężeń własnych w przypadku cienkich warstw o dużej wartości naprężeń ściskających.

EN

The laser spallation technique was applied for measutement of residual stress of thin films. Two films of different properties, ductile and soft Ti, and hard and brittle TiN, were studied. The films were produced on 304 steel substrate by PVD method. The residual stress value obtained by laser spallation technique LST were compared with stress value from X-ray diffraction method. Good agreement of stress values measured by both methods was attained. It was shown that shock wave induced by a nanosecond laser pulse adequately determines properties of PVD thin films on metal substrate.

Słowa kluczowe

PL

naprężenie własne; cienka warstwa; impuls laserowy

EN

residual stress; thin film; laser pulse

• Wydawca: Stowarzyszenie Inżynierów i Techników Mechaników Polskich
• Czasopismo: Przegląd Spawalnictwa
• Rocznik: 2018
• Tom: R. 90, nr 3
• Strony: 46--49
• Opis fizyczny: Bibliogr. 21 poz., il., tab.

Twórcy

autor

Radziejewska J.

• Politechnika Warszawska

Bibliografia

• [1] Gupta V., Argon A.S., Parks D.M., Cornie J.A.: Measurement of interface strength by a laser spallation technique, J. Mech. Phys., Solids 40, 1992, pp. 141-147.
• [2] Vossen L.: Adhesion Measurement of Thin Films, Thick Films and Bulk Coatings, ASTM STP640, 1978, pp. 122-133.
• [3] Montross Ch.S., Wei T., Ye T., Clark G., Mai Y-W.: Laser shock processing and its effect on microstructure and properties of metal alloys; a review, Int. J. of Fatique 24, 2002, pp. 1021-1036.
• [4] Napadłek W., Sarzyński A.: Umacnianie warstwy wierzchnie stopu tytanu WT1-3 falą uderzeniową generowaną impulsem laserowym zjawiska fizyczne i wybrane właściwości, Inżynieria Materiałowa 3, 2007, s. 228-232.
• [5] Radziejewska J., Kalita W.: Badanie wpływu parametrów obróbki hybrydowej na mikrostrukturę warstw wierzchniej, Przegląd Spawalnictwa Vol. 81, Nr 10, 2009, s. 20-26.
• [6] Radziejewska J.: Stan warstwy wierzchniej po laserowej oraz laserowo-mechanicznej modyfikacji powierzchni, Przegląd Spawalnictwa, Vol. 88, Nr 3, 2016, s. 9-13.
• [7] Berthe R., Fabbro R., Peyre P., Tollier L., Bartnicki E.: Shock waves from a water confined laser-generated plasma, J. Appl. Phys. 82, 1997, pp. 2826-2832.
• [8] Oros C.: Investigations involving of shock wave generations and shock pressure measurement in direct ablation regime and confined ablation regime, Shock waves 11, 2002, pp. 393-397.
• [9] Berthe R., Fabbro R., Peyre P., Bartnicki E.: Wave length dependen to flaser shock-wave generation in the water-confinement regime, J. Appl. Phys., 85, No. 11, 1999, pp. 7552-7555.
• [10] Radziejewska J.: Application of a nanosecond laser pulse to evaluate dynamic hardness under ultra-high strain rate, Optics and Laser Technology, 78, 2016, pp. 125-133.
• [11] Wang J., Weaver R.L., Sottos N.R.: A parametric study of laser induced thin film spallation, Experimental Mechanics 42 (1), 2002, pp. 74-83.
• [12] Tang C., Zhu J.: The measurement of interface strength of TiN coating/substrate by laser spallation, Int. J. Refract. Hard Metals 14, 1996, pp. 203-206.
• [13] Youtsos A.G., Kiriakopoulos M., Timke T.: Experimental and theoretical/numerical investigations of thin films bonding strength, Theoretical and Applied fracture Mechanics 31, 1999, pp. 47-59.
• [14] Yuan J., Gupta V.: Measurement of interface strength by the modified laser spallation technique. I. Experiment and simulation of the spallation process, J. Appl. Phys. 74, 1993, pp. 2388-2396.
• [15] Zhang L., Yang H., Pang X., Gao K., Volinsky A. A.: Microstructure, residual stress, and fracture of sputtered TiN films, Surface & Coatings Technology 224, 2013, pp. 120-125.
• [16] Bégué G., Fabre G., Guipont V., Jeandin M., Bilhe P., Guédou J.Y., Lepoutre F.: Laser Shock Adhesion Test (LASAT) of EB-PVD TBCs: Towards an industrial application, Surface and Coatings Technology, 237, 2013, pp. 305-312.
• [17] Ikeda R., Uchiyama T., Cho H., Ogawa T., Takemoto M.: An advanced method for measuring the residual stress of deposited film utilizing laser spallation technique. Science and Technology of Advanced Materials 7, 2006, pp. 90-96.
• [18] http://www.surftec.pl/firma/powlekanie-pvd/
• [19] http://asm.matweb.com/search/SpecificMaterial.asp?bassnum=mq304a
• [20] Leoni M., Scardi P., Rossi S., Fedrizzi L., Massiani Y.: (Ti,Cr)N and Ti/TiN PVD coatings on 304 stainless steel substrates: Texture and residual stress, Thin Solid Films, 345, 2, 1999, pp. 263-269.
• [21] Carvalho N.J.M., Zoestbergen E., Kooi B.J., De Hosson J.Th.M.: Stress analysis and microstructure of PVD monolayer TiN and multilayer TiNy(Ti,Al)N coatings, Thin Solid Films 429, 2003, pp. 179-189.

Uwagi

Opracowanie rekordu w ramach umowy 509/P-DUN/2018 ze środków MNiSW przeznaczonych na działalność upowszechniającą naukę (2018).