表面工程中，薄膜和涂层材料的断裂失效源于高应力集中部位。薄膜和基体的热膨胀系数、硬度和弹性模量的比值越大，越容易产生残余应力和高应力集中区，加速薄膜与基体的剥离、断裂，为此，需要对残余应力进行研究［11，12］。采用纳米压痕和划痕实验研究残余应力作用下氮化硅（SiN）力学性能和薄膜的界面黏结能［12］。实验中减少残余压应力并增加残余拉应力，界面结合能从1．8J／m2下降到1．5J／m2，发现残余压应力可以钝化裂纹，抑制裂纹的扩展，而拉应力则会促进裂纹的扩展。

赵翔［13］等用纳米冲击方法研究了半电池结构NiO－YSZ／YSZ不同位置的载荷－位移曲线和残余应力。膜基体系由制备温度冷却到室温时，考虑残余应力简单薄膜结构的屈服强度模型，热膨胀系数不同和变形程度不同而产生的应力为

式中 σr——残余应力；

E——薄膜的弹性模量；

α1，α2——薄膜和基体的热膨胀系数；

ΔT——室温和制备温度之差。(www.daowen.com)

残余压痕形貌对比试验中，分别在无残余应力与有残余应力两种情况下得到压痕形貌，如图2－3所示。

由图2－3可以看出，有残余压应力的压痕最大深度达到了213．7nm，而无残余应力的压痕最大深度仅为161．7nm；每一次卸载后，有残余应力的压痕体积均较大。由此可知，纳米冲击的压痕形貌与膜基系统的残余应力有关。

图2－3 残余应力对残余压痕形貌的影响［13］

纳米级动态载荷测试结束，为残余应力的研究提供了新手段［14，15］。纳米压痕法可以准确地获得复杂成分材料的应力常数、压痕实验中的压入载荷、压入深度和压痕体积等压痕参数，可以判断薄膜和基体有无残余应力存在。