金属镀层处理是材料表面改性的重要方法,随着产品质量的新要求,逐步形成了“先对基材表面镀层处理,后对带金属表面镀层材料精密塑性成形”的加工方式。金属镀层材料塑性成形时将在镀层中产生复杂的加工变形及残余应力,它们改变影响镀层的力学性能,从而影响产品的质量及最终表面改性效果。本文研究变形及残余应力对金属镀层力学性能的影响。实际中出现的很多变形都比较复杂,对它们研究难以掌握规律。本文以镍镀层为研究对象,对其在拉伸变形状态下的硬度和弹性模量等进行研究。对维氏压痕周围不均匀塑性变形引起的残余应力也进行了相应的研究。最后用有限元模拟了镍镀层在等双轴拉伸和压缩状态时的力学性能。主要研究内容及结果如下:(1)用纳米压痕法研究了镍镀层样品在拉伸变形状态下的硬度和弹性模量等力学性能。结果发现在拉伸变形,硬度和弹性模量随变形量的增加而减小,但小的变形下它们减少的快,而大的变形时减少的慢。使用原子力显微镜对纳米压痕进行扫描,观察到镍镀层的纳米压痕有堆积现象,而且不同变形量下压痕的堆积不同。由于堆积效应使得用传统Oliver-Pharr方法低估了接触面积的计算,也即影响从仪器直接测量的硬度和弹性模量,所以重新计算了接触面积,并用新接触面对硬度和弹性模量进行了修正。新的结果显示,硬度随变形先减小后增大,弹性模量在大的变形下也有轻微的增加。(2)研究了镍镀层在维氏压痕残余应力场中的力学性能。实验结果显示,在靠近维氏压痕边附近硬度和弹性模量都比较小,而在远离维氏压痕处硬度和弹性模量不变。用原子力显微镜扫描纳米压痕压并对接触面积、硬度和弹性模量进行了修正。新的结果显示,硬度在维氏压痕附近的值比较低,在远离维氏压痕的区域硬度不变,弹性模量在维氏应力场中也不变。(3)利用ABAQUS有限元软件建立了纳米压痕的有限元模型,并通过对镍镀层材料拉伸和压缩变形研究其力学性能。结果显示,在拉伸变形小于屈服应变时,硬度随拉伸变形的增加而有轻微的减小,当拉伸变形超过屈服应变时,硬度随拉伸变形的增加而呈增大趋势,这与实验中硬度随拉伸变形的增大而先减小后增加相吻合,并且硬度在先减小后增大的转变点正是材料的屈服点。(4)对两种线性强化材料在拉伸变形下的力学性能进行了模拟,结果发现,拉伸变形超过屈服应变后,硬度随拉伸变形的增加量和材料的应变硬化指数有关,材料的硬化指数越大硬度的增加量也越大。对镍镀层和两种线性强化材料的模拟显示,变形对弹性模量都没有影响。通过本文的研究,得到了镍镀层在拉伸变形和维氏残余应力场中的力学性能,并用有限元对实验结果进行了验证。研究结果对材料加工和使用,变形和残余应力的测试具有一定的指导意义,可以对金属镀层在工程使用中的设计及它们在实际应用中提供依据。