[發(fā)明專利]多功能薄膜鍍層劃痕試驗(yàn)裝置

在審

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• 申請日: 2014-04-01
• 公開（公告）號: CN103940736A
• 公開（公告）日: 2014-07-23
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 楊鳳鵬
• 申請（專利權(quán)）人: 上海交通大學(xué)
• 主分類號: G01N19/04
• 分類號: G01N19/04
• 代理公司: 上海漢聲知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 31236
• 代理人: 郭國中

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及聲發(fā)射技術(shù)檢測、圖像處理和加載力學(xué)測試領(lǐng)域，具體地，涉及一種多功能薄膜鍍層劃痕試驗(yàn)裝置。

背景技術(shù)

鍍層和薄膜是工程材料和結(jié)構(gòu)中普遍使用的表面處理技術(shù)，而耐磨、防腐等特性是各種功能鍍層和薄膜廣泛應(yīng)用的基礎(chǔ)。鍍層的附著強(qiáng)度成為相關(guān)產(chǎn)品檢驗(yàn)和性能驗(yàn)收的一個重要問題。鍍層附著強(qiáng)度的檢驗(yàn)方法有很多種，其中劃痕試驗(yàn)法是目前最常用、最穩(wěn)定的一種方法。劃痕試驗(yàn)是使用具有光滑圓錐頂尖的壓頭在逐漸增加載荷作用下刻劃鍍層表面，直至鍍層破壞時(shí)確定所施加的載荷為臨界載荷，并以此作為鍍層與基體附著強(qiáng)度的度量。通常劃痕試驗(yàn)運(yùn)用聲發(fā)射檢測技術(shù)、摩擦力檢測技術(shù)進(jìn)行檢測。聲發(fā)射技術(shù)主要適用于較厚或硬質(zhì)鍍層的檢測，當(dāng)劃針將鍍層劃破時(shí)會發(fā)出微弱的聲信號，此時(shí)加載即為鍍層的臨界載荷。摩擦力檢測適用于較軟較薄鍍層，利用鍍層與基底的摩擦系數(shù)差別較大的材料測試，劃針將鍍層劃破時(shí)，摩擦力將發(fā)生較大變化，摩擦力曲線由此也會隨即發(fā)生變化，以此判定鍍層的臨界載荷。當(dāng)鍍層較厚或較難測量時(shí)，也可采用靜壓測量方法或恒載荷測量方法。但是在實(shí)際測量過程中，由于薄膜與基體之間的特性差異，有時(shí)會直接影響對測試試驗(yàn)結(jié)果的判定，導(dǎo)致由聲發(fā)射技術(shù)和摩擦力方法測試的結(jié)果出現(xiàn)較大的差異。如對于多層界面材料，由于層與層之間的界面結(jié)合并不總是大于膜基界面，因此在劃痕實(shí)驗(yàn)中常常出現(xiàn)聲發(fā)射異常現(xiàn)象，甚至有時(shí)出現(xiàn)的強(qiáng)發(fā)射信號并不一定判定為臨界載荷點(diǎn)。而摩擦力判定方法也存在一定的適用范圍和限制。因此在劃痕試驗(yàn)過程中，同時(shí)檢測聲發(fā)射信號和摩擦力斜率并輔助必要的顯微觀察是非常必要的。這樣可以大大提高劃痕儀的適用范圍和能力。

目前已有的劃痕儀裝置可分為兩種情況，一種是進(jìn)口儀器，通常功能較多，但造價(jià)昂貴，且受到商業(yè)限制一些應(yīng)用無法擴(kuò)展；另外一種多為國產(chǎn)，成本較低，功能單一或較為簡單。在國產(chǎn)劃痕儀中，有些儀器僅可單獨(dú)實(shí)現(xiàn)聲發(fā)射技術(shù)或摩擦力方法的測試。另外一些同時(shí)具備聲發(fā)射技術(shù)和摩擦力方法的測試功能，但缺少配套的顯微觀察裝置；且限于儀器的構(gòu)造原理，通常最大的劃痕長度較短（一般只有10～20mm），無法適用于日益廣泛應(yīng)用的多性質(zhì)膜材的測量。

發(fā)明內(nèi)容

針對現(xiàn)有技術(shù)中的缺陷，本發(fā)明的目的是提供一種多功能薄膜鍍層劃痕試驗(yàn)裝置，可以實(shí)現(xiàn)聲發(fā)射信號、摩擦力，以及顯微圖像的同時(shí)測量和采集，以便可以綜合運(yùn)用這些測量手段精確地得到薄膜鍍層破壞臨界載荷值。同時(shí)利用特殊的裝置結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)較大的劃痕長度范圍，并可根據(jù)裝置特點(diǎn)拓展其應(yīng)用范圍，可實(shí)現(xiàn)載荷的靜態(tài)加載，往復(fù)載荷作用，并可拓展顯微硬度測試等功能。本發(fā)明采用特殊設(shè)計(jì)，較易制作加工，成本低廉，測試操作簡單方便。

根據(jù)本發(fā)明提供的一種多功能薄膜鍍層劃痕試驗(yàn)系統(tǒng)，包括計(jì)算機(jī)控制裝置、底座、支架、載荷施加裝置、攝像裝置以及載物臺；

其中，所述支架的一端和所述載物臺設(shè)置在所述底座上；所述載荷施加裝置和所述攝像裝置均連接在所述支架的另一端且電氣連接所述計(jì)算機(jī)控制裝置。

優(yōu)選地，所述載荷施加裝置包括載荷傳感器、金剛石壓頭以及壓頭安裝桿；所述壓頭安裝桿的一端設(shè)置有所述金剛石壓頭，另一端與所述支架相連，所述載荷傳感器設(shè)置在所述壓頭安裝桿上且電氣連接在所述金剛石壓頭和所述計(jì)算機(jī)控制裝置之間，所述載荷傳感器用于隨時(shí)采集軸向載荷信號和切向載荷信號。

優(yōu)選地，還包括聲發(fā)射裝置，所述聲發(fā)射裝置設(shè)置在所述底座內(nèi)部且電氣連接所述計(jì)算機(jī)控制裝置，所述聲發(fā)射裝置用于發(fā)射和采集聲波信號。

優(yōu)選地，所述支架包括垂直相連的固定桿和橫桿，所述固定桿垂直設(shè)置在所述底座上，所述橫桿連接所述載荷施加裝置的壓頭安裝桿和所述攝像裝置；所述橫桿與所述底座之間的高度可調(diào)。

優(yōu)選地，還包括第一電機(jī)和第二電機(jī)，所述第一電機(jī)和所述第二電機(jī)設(shè)置在所述底座的內(nèi)部，所述第一電機(jī)和所述第二電機(jī)分別用于驅(qū)動載物臺在X方向和Y方向移動。

優(yōu)選地，還包括設(shè)置在底座的側(cè)面上的X方向速度調(diào)節(jié)旋鈕和Y方向速度調(diào)節(jié)旋鈕，所述X方向速度調(diào)節(jié)旋鈕和所述Y方向速度調(diào)節(jié)旋鈕分別電氣連接所述第一電機(jī)和所述第二電機(jī)。

優(yōu)選地，所述攝像裝置采用CCD攝像系統(tǒng)。

優(yōu)選地，還包括圖像采集卡，所述攝像裝置通過所述圖像采集卡連接所述計(jì)算機(jī)控制裝置。

優(yōu)選地，還包括第一信號放大器和第二信號放大器，所述載荷傳感器通過第一信號放大器連接所述計(jì)算機(jī)控制裝置，所述聲發(fā)射裝置通過第二信號放大器連接所述計(jì)算機(jī)控制裝置。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下的有益效果：