机刻中阶梯衍射光栅厚铝膜通过真空蒸镀方法获得,其内部存在残余应力,与基底效应耦合作用,增加纳米压入测试与刻划成槽模拟仿真的研究难度。为此,基于材料变形弹塑性接触理论和量纲分析方法,建立具有内部残余应力的光栅厚铝膜模型,研究内部残余应力与基底效应耦合作用对纳米压痕硬度与隆起高度的影响规律。结果显示,随着薄膜内部残余应力变大,铝膜载荷和表面隆起高度减小;受基底效应耦合影响,其二者变化趋势逐渐增大。此研究为机刻衍射光栅厚铝膜力学性能纳米压入测试及刻划成槽研究提供重要参考。

铝薄膜硬度对机械刻制中阶梯母光栅质量影响显著。常采用纳米压入方法进行硬度测试。由于薄膜“三明治”式复合结构，进一步增加薄膜硬度表征的困难。为探究光栅厚铝薄膜的硬度特性，对其做浅压深和大压深纳米压痕实验，基于Nix-Gao模型和压痕功法。进行实验数据拟合与分析。结果显示。衍射光栅铝膜的本征硬度为0．4806GPa，浅压深拟合得到的尺度效应特征长度为0．38μm，大压深拟合得到的尺度效应长度为2．22μm，此研究揭示出基底存在尺度效应。为中阶梯衍射光栅厚铝膜的硬度研究提供参考和指导。