(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210661052.8 (22)申请日 2022.06.13 (71)申请人 长三角先进材 料研究院 地址 215100 江苏省苏州市相城区太阳路 2266号2号楼 (72)发明人 范国华　缪克松　牛浩伊　孙为　 刘壮壮　吴鹤　夏夷平　 (74)专利代理 机构 哈尔滨市阳光惠远知识产权 代理有限公司 2321 1 专利代理师 张金珠 (51)Int.Cl. G01L 5/00(2006.01) G01L 1/25(2006.01) G06F 30/23(2020.01) (54)发明名称 一种高效、 高空间分辨率的残 余应力测量方 法 (57)摘要 本发明公开了一种高效、 高空间分辨率的残 余应力测量方法， 属于材料分析测试技术领域。 本发明解决了现有常用材料残余应力测试方法 很难实现微米尺度上的空间定位， 阻碍了材料中 “微观组织 ‑残余应力 ”关系构筑的技术问题。 本 发明方法： 在待测区沉积散斑点以帮助识别； 在 环切位置内侧沉积保护环以校准和防反沉积； 用 聚焦离子束逐层切削环槽， 并使用电子成像； 用 有限元软件计算切削带来的理论应变释放； 使用 数字图像关联技术计算实际切削过程中的应变 释放； 对比理论和实际应变释放， 计算测试位置 的残余应力。 本发明具有高效、 高空间分辨率、 适 用于大部分固体材料的特点， 可测单晶、 非晶、 薄 膜等X射线 难测样品。 权利要求书2页 说明书8页 附图2页 CN 115165182 A 2022.10.11 CN 115165182 A 1.一种高效、 高空间分辨 率的残余应力测量方法， 其特 征在于， 包括以下步骤： A.实验部分 A.1对待测样品表面处理至没有划痕， 然后置于配有聚焦离子束的扫描电子显微镜内 的样品台上； A.2用电子束或离 子束在待测区沉积指定占空比的、 随机分布的散斑； A.3在待切削环槽内环用电子束或离子束沉积一个直径等于环芯直径D、 宽度 大幅小于 直径的圆环； A.4使用离 子束进行深度为Δ h， 且Δh＜＜D的环切； A.5使用电子束和离子束束成像， 并保存采取了倾转角度补偿的扫描电子显微图片， 补 偿角度与样品台倾 转角度一 致； A.6交替重复上述A.4与A.5步骤直至环槽的总深度h与环芯直径D的比值， 暨相对深度 h/D达到目标值， 通常h/D大于1/2后圆柱内应变释放完全， 环芯表面应变趋于稳定， 切削结 束； B.有限元计算部分 B.1在有限元计算软件中建立完整和聚焦离子束逐层切除环槽后的材料模型， 每道切 除的深度无需和实验过程 一致； B.2对模型施加任意已知等双轴应力， 经平衡计算得到不同的环槽相对深度h/D下的环 芯表面应 变分布； B.3取不同有效直径对应的圆内应变分布， 并分别计算随着环槽加深， 应变释放的演 化； B.4根据应变释放得到应变释放函数SRμ(h/D)， 并关于完整模型内的均匀应变进行归 一 得到不受材 料属性影响、 受计算有效系数影响的通用归一 化应变释放函数SRμ,norm.(h/D)； B.5通过应 变释放函数得到体平均残余应力释放系数γ； B.6对归一化应变释放函数SRμ,norm.(h/D)求导， 得到指定有效直径下的应变响应函数 SIμ(h/D)； B.7通过实验测得的应变相应函数与上述响应函数在相同深度区间内的比值得到该深 度区间内残余应力对环芯表面应 变的影响； C.后处理部分 C.1使用数字图像关联技术对扫描电子显微图像进行计算， 得到环芯圆柱表面随环槽 相对深度增 加而演化的应 变场； C.2取指定有效直径并沿指定方向计算相应圆内平均应变释放， 关于相对深度作图， 得 到实验应 变释放曲线； C.3将实验应变释放曲线的释放平台， 暨相对深度趋于无限时的应变释放带入步骤B.5 中的理论关系进行计算， 计算圆柱体积 内该方向的平均残余应力， 过程中保持有效直径一 致； C.4根据实验应变释放曲线计算实验应变响应函数， 与 步骤B.6中的理论应变响应函数 进行对比， 以得到任意两张S EM图像对应深度区间内的平均残余应力， 过程中保持有效直径 一致； C.5改变DIC计算的应 变方向并重复步骤C.1至 C.4， 得到不同方向的应力分量。权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 115165182 A 22.根据权利要求1所述方法， 其特征在于， 在步骤A.1中， 表面处理包括但不限于电解抛 光或机械抛光常见表面处 理方法。 3.根据权利要求1所述法， 其特 征在于， 在步骤A.2中， 散斑点的占空比为15％～85％。 4.根据权利要求1所述方法， 其特征在于， 在步骤A.2和A.3中， 散斑点和保护环的厚度 为0.05 μm及以上。 5.根据权利要求1所述方法， 其特征在于， 在步骤A.2和A.3中， 沉积散斑点和保护环覆 盖的范围是0.5 μm～10 0 μm。 6.根据权利要求1所述方法， 其特征在于， 在步骤A.4中， 聚焦离子束切削的内环直径范 围为0.5 μm～ 95 μm， 外环的直径范围为0.5 μm～10 0 μm。 7.根据权利要求1所述方法， 其特 征在于， 在步骤A.4中， 切削步进值Δ h为25nm～ 2 μm。 8.根据权利要求1所述方法， 其特征在于， 在步骤B.4中， 应变释放函数SRμ(h/D)的计算 方法为： 其中SRμ(h/D)为计算有效系数为μ时应变释放关于相对深度h/D的函数， h为环槽总深 度， D为环芯圆柱 直径， δ ε为应变释放， r为环芯圆柱表 面圆心为原点的圆柱极坐标系的径向 坐标， ε(r， h /D)为圆柱 表面内任意 点的局部应 变。 9.根据权利要求1所述方法， 其特征在于， 在步骤B.5中， 体平均残余应力释放系数γ的 计算方法为： 其中γ为体平均残余应力释放系数， SRμ(h/D)为计算有效系数为 μ时应变释放 关于相对 深度h/D的函数， h为环槽总深度， D为环芯圆柱 直径， σapp为数值计算时施加的已知等双轴应 力。 10.根据权利要求1所述方法， 其特征在于， 在步骤B.6中， 指定有效直径下的应变响应 函数SIμ(h/D)的计算方法为： 权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 115165182 A 3