纳米压印光栅制备技术及其在金属激光冲击强化力学行为检测中的应用研究

针对激光冲击强化修复微裂纹的力学性能研究的需求和高频光栅制作工艺发展的需要，本项目拟将纳米压印制栅技术与几何相位法相结合，在激光冲击强化后的试件表面制作高频光栅，研究微观裂纹扩展过程中变形场的演化规律。发展新型的纳米压印模板制备技术，提出纳米压印在试件表面制作高频光栅的新工艺，研制具有自主知识产权的热压式和紫外曝光式纳米压印制栅设备。发展几何相位法微观变形场测量技术，自行开发相关软件。将高精度微观变形测量的几何相位法和全场宏观变形测量的云纹干涉法相结合，研究不同尺度区域内的变形场的变化规律。通过比较、分析宏/微观区域内变形场的差异，结合理论和计算方法，深入研究激光冲击强化表面处理工艺参数对宏/微观应力产生的影响，为优化材料表面处理工艺参数、提高材料性能提供可靠的实验依据。

随着微结构和微器件的快速发展，微区力学行为的研究引起相关领域学者的高度关注，微区变形分析是微尺度力学行为分析的重要手段之一。 本项目将纳米压印制栅技术与几何相位法相结合，在薄膜/涂层/激光冲击强化试件表面制作高频光栅，测量微观裂纹变形场和残余应力对材料力学性能的影响。结合变形载体制备的需求，发展了新型的纳米压印模板制备技术，提出了基于热压印、紫外压印、溶剂辅助压印技术的纳米压印制备光栅新工艺，研制了具有自主知识产权的热压式和紫外曝光式纳米压印制栅设备。经验证，结合自行研制的高频光栅硬模板或高频光栅软模板和纳米压印设备，可在不同平面度、粗糙度试的件表面进行光栅制备, 相关成果为微尺度变形测量传感元件的大面积制备提供了新的途径。同时，还开发了具有自主知识产权的几何相位分析法（GPA）计算软件，结合高密度光栅，实现了微观变形场的高精度GPA测量。.为了解决微区光栅定位问题，基于聚焦离子双束(FIB-EB)系统，发展了聚焦离子束沉积和刻蚀变形载体的制备新技术，实现了高质量的微米／亚微米光栅和微尺度散斑的制备，并对薄膜裂纹扩展变形场、硬质涂层表面残余应力、激光冲击强化的金属玻璃表面残余应力进行了精确测量。结合理论和计算方法，系统地研究了激光冲击强化表面处理工艺参数对宏/微观应力产生的影响，为优化材料表面处理工艺参数、提高材料性能提供了可靠的实验依据。