【摘要】 利用对铜箔上生长的晶粒进行XRD分析获得的晶体学特征，探讨了应力测量的可行性。

当电沉积铜箔粘附在承受循环载荷的机械元件的表面时，箔中会生长出尺寸为 10 至 100 μm 的晶粒。铜电镀法将这种晶粒长大现象应用于循环应力的测量。由于晶粒生长在箔片的微观区域内，因此该方法具有高分辨率的优点，可以应用于应力集中的局部区域。晶粒长大是机械能由于循环载荷引起的一种再结晶。由于晶体内的位错运动在再结晶过程中会导致晶粒形核和晶粒长大，因此导致位错运动的最大剪切应力控制着箔中的晶粒长大。推导了最大剪切应力、循环次数和晶粒生长密度之间关系的校准方程，表明最大剪切应力可以通过晶粒生长密度来测。此外，由于晶粒长大受环境温度的影响，还提出了考虑环境温度影响的校准公式[1]。

 

不仅最大剪应力，而且主应力对于评估机器元件的疲劳强度也很重要。众所周知，第一主应力在“II期”疲劳损伤过程中占主导地位。从这个角度来看，应变片花环广泛用于双轴应力条件下的主应力测量，但在局部应力集中点可能无法确保足够的分辨率。还提出了铜电镀法的主应力测量方法[1]。主要应力测量方法侧重于铜箔加工的微圆孔边缘生长的晶粒，需要大量的孔来保证测量精度，导致分辨率低。因此，提出了在没有加工孔的情况下测量主应力的方法。虽然基于晶粒生长方向与最大剪切应力方向重合现象的方法很方便，但其应用仅限于小晶粒密度。

 

最近提出了一种利用EBSD分析的晶粒晶体学特征的新方法，但EBSD设备需要技术技能才能操作，并且在分析前需要对箔表面进行电化学抛光，这使得测量不方便。晶体学特征也可以通过XRD方法进行分析，这意味着如果可以使用XRD方法获得的晶体学特征来测量主应力，则铜电镀方法的通用性将得到提高。

 

利用对铜箔上生长的晶粒进行XRD分析获得的晶体学特征，探讨了应力测量的可行性。首先，将厚度为20 μm的铜箔粘附在碳素工具钢制成的板状光滑试样表面，在弯曲和扭转的各种双轴应力条件下，使用疲劳试验机进行循环载荷试验。然后，通过XRD分析了每个箔中生长的晶粒的晶体特征。此外，还引入了EBSD分析，以确定从XRD分析中获得的晶体学特征的有效性。然后用Lotgering因子对这些特征进行量化，并推导出一个基本的经验公式来确定主应力。最后，对所提方法的测量精度进行了检验。

 

  • Ono Y , Morito S .Effect of Ambient Temperature on Stress Measurement Method Using Copper Foil[J].Strain, 2014, 50(4):292-300.

 

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