[发明专利]薄膜涂层结构的层间应力检测方法、计算机装置及计算机可读存储介质

说明书

本发明提供一种薄膜涂层结构的层间应力检测方法、计算机装置及计算机可读存储介质，该方法包括获取形成在基材上的薄膜涂层的厚度，确定热源在薄膜涂层表面的位置，以热源在薄膜涂层与基材所在的界面上的对应点为原点，计算热源以原点镜像对称的第一类对称点中的第一对称点，并计算第一对称点关于热源的第二类对称点中的第二对称点；计算第一类对称点的后续对称点以及第二类对称点的后续对称点；计算每一第一类对称点的层间应力以及第二类对称点的层间应力，形成薄膜涂层结构的层间应力曲线。本发明还提供实现上述方法的计算机装置以及计算机可读存储介质。本发明能够提高薄膜涂层结构的层间应力的计算精度。

技术领域

本发明涉及薄膜涂层结构的应力检测的技术领域，具体地，提供一种薄膜涂层结构的层间应力检测方法以及实现这种方法的计算机装置、计算机可读存储介质。

背景技术

随着金属加工技术的发展，现有很多金属件应用在高温的环境，例如高温机床、航空发动机等，金属的表面温度都非常高。由于不同金属的耐热性能不同，如果采用耐高温的金属制作工件，往往导致工件的生产成本过高，并且耐高温的金属硬度未必能够满足要求。例如，铜具有良好的耐高温性能，但硬度较低，且生产成本高，钢材的硬度高，且生产成本低，但耐高温性能较差。

为了解决这一矛盾，通常使用一种金属材料作为基材，另一种金属材料作为涂层涂覆在基材上，例如使用钢作为基材，在钢的表面上涂覆铜作为薄膜涂层。这样的涂层结构能够确保工件的硬度，并且使得工件的表面能够承受较高的温度，满足高温场景的使用需求。由于这种涂层结构具有耐磨、耐腐蚀、耐高温等优良性能，在各种工程设备中广泛应用，例如广泛应用于机械、电子、先进材料、航空航天、生物医药等领域。

然而，涂层结构存在两种材料，即基材以及薄膜涂层，基材与薄膜涂层之间形成层间应力，层间应力过于集中将导致工件断裂的问题，为此，往往需要对涂层结构，尤其是薄膜涂层结构的层间应力进行分析、计算，检测出薄膜涂层中层间应力集中点，例如计算出薄膜涂层结构的层间应力分布曲线，针对层间应力集中处采用相应的措施或者结构提高该处的强度，以避免工件容易断裂的问题。

现有计算薄膜涂层结构的层间应力的方法通常是采用有限元方法进行计算，但该方法存在计算精度较低的问题，影响薄膜涂层结构的层间应力曲线的计算精度。一旦薄膜涂层结构的层间应力曲线计算精度不够，将影响后续的补强措施，导致工件的强度不满足设定要求。

发明内容

本发明的第一目的是提供一种精度较高的薄膜涂层结构的层间应力检测方法。

本发明的第二目的是提供一种实现上述薄膜涂层结构的层间应力检测方法的计算机装置。

本发明的第三目的是提供一种实现上述薄膜涂层结构的层间应力检测方法的计算机可读存储介质。

为实现本发明的第一目的，本发明提供的薄膜涂层结构的层间应力检测方法包括获取形成在基材上的薄膜涂层的厚度，确定热源在薄膜涂层表面的位置，以热源在薄膜涂层与基材所在的界面上的对应点为原点，计算热源关于原点镜像对称的第一类对称点中的第一对称点，并计算第一对称点关于热源镜像对称的第二类对称点中的第二对称点；计算第一类对称点的后续对称点以及第二类对称点的后续对称点：每一第一类对称点关于原点与相对应的第二类对称点对称，每一第二类对称点关于热源与相对应的上一第一类对称点对称；计算每一第一类对称点的层间应力以及第二类对称点的层间应力，形成薄膜涂层结构的层间应力曲线。

由上述方案可见，通过设置多个对称点，分别计算每一个对称点上的层间应力，进而形成层间应力曲线，可以精确的计算沿薄膜涂层的纵向上多个点上的层间应力分布情况，薄膜涂层结构的层间应力计算更加精确。

一个优选的方案是，计算每一第一类对称点的层间应力以及第二类对称点的层间应力包括：应用预先给定的二维通解以及薄膜涂层的表面自由边界条件、薄膜涂层与基材连接的界面条件构成方程组，通过求解方程组来获取每一第一类对称点与第二类对称点的层间应力。