薄膜—基体复合材料在许多工程领域得到广泛应用,因而,材料表面改性和薄膜材料成为近年来材料科学的一个重要发展新方面,对其进行研究具有重要的意义。但是薄膜与基底的良好结合是薄膜得以发挥其作用的基本条件。膜基结合强度是评价薄膜质量最关键的指标,是保证薄膜满足机械、物理和化学等使用性能的基本前提。薄膜脱落的主要原因是由于在法向力和切向力共同作用下,膜层内部的塑性变形积累产生的裂纹所引起的,过大的界面应力是造成薄膜脱落的主要因素,目前主要用划痕法定量的测量膜基的结合力,由于作用较为复杂,很难建立相应的力学模型。本文参考划痕法的试验过程以及前辈们的工作成果,建立一种新的分析薄膜界面应力应变响应的力学模型,即模仿划痕实验过程中刚开始的运动情况,先施加一定的法向力,使压头与薄膜接触,再同时施加法向力和切向力,使压头对薄膜产生一个向右运动的作用。本文计算模型简化成了一个平面应变问题,把三维的Vickers压头简化成二维的夹角136°的楔形压头,并假设压头是刚性的,材料假设成各向同性的理想弹塑性材料,并遵循Mises屈服条件,压头与膜层的接触考虑摩擦。本文在FEPG有限元自动生成系统平台上,自行编制了符合本文需要的计算程序,由于这是一个非线性问题,所以采用了增量迭代计算方法。本文利用该模型计算了TiN薄膜在不同基底材料上,同基底不同厚度膜层和不同法向力作用情况下的应力场分布,表明TiN薄膜应力与基底材料、薄膜厚度、法向力大小等因素有关,计算结果为划痕法的理论分析提供了参考依据。覆层膜在长时间使用过程中,在膜层内尤其是在界面处容易出现因工作疲劳引起的裂纹,另外,在膜的制备过程中也会产生微小的裂纹,裂纹的扩展导致膜层的脱落是致使膜层体完全失效的主要形式之一,评价一种覆层膜的好坏,还应考虑覆层—界面间的裂纹的扩展情况。因此,本文用计算模型分析了裂纹长度不同对TiN/HSS薄膜的影响和裂纹宽度不同对TiN/HSS薄膜的影响,以及裂纹位置不同对TiN/Au/HSS双层膜的影响,表明薄膜应力与裂纹有关。