[發明專利]高/低溫-電磁場復合條件加載的納米壓痕測試儀器

有效

• 申請號: 201810093613.2
• 申請日: 2018-01-31
• 公開（公告）號: CN108072581B
• 公開（公告）日: 2023-09-15
• 發明（設計）人: 呼詠;王軍炎;張建海;趙宏偉;王順博;謝英杰;郭錦洲;王趙鑫
• 申請（專利權）人: 吉林大學
• 主分類號: G01N3/54
• 分類號: G01N3/54;G01N3/02
• 代理公司: 吉林長春新紀元專利代理有限責任公司 22100
• 代理人: 王怡敏

本發明涉及一種高/低溫?電磁場復合條件加載的納米壓痕測試儀器，屬于機電一體化精密儀器領域。包括縱向精密納米壓痕驅動加載模塊、橫向磁加載模塊、低溫縱向磁場模塊、高溫電場模塊和隔震臺，結構簡單，可用于真空或惰性氣體環境中，既防止低溫對試驗臺結冰造成的實驗誤差，也避免高溫造成對壓頭和試件的氧化。縱向精密壓入驅動模塊實現壓頭精密壓入，通過位移信號和力信號進行精密納米壓痕檢測；橫向磁加載模塊隨壓頭在縱方向同步移動確保壓入時試件與壓頭區域橫向磁場的穩定性；低溫縱向磁場模塊實現材料在低溫場中，加載縱向磁場，并與橫向磁加載模塊共同實現對材料的雙向磁場環境；高溫電場模塊主要實現在高溫環境中對材料施加電場。

技術領域

本發明涉及機電一體化精密儀器、納米壓痕領域，特別涉及一種真空或惰性氣體等多氛圍環境下的高/低溫-電磁場復合條件加載的納米壓痕測試儀器，尤指一種高/低溫-電磁場復合條件加載的納米壓痕測試儀器。本發明涉及多物理場下的納米壓痕技術，尤其是低溫雙向磁場和高溫電場、橫向磁場的測試，為材料的力學性能測試提供更復雜的測量環境，成為接近服役狀態下的多場納米壓痕測量儀。

背景技術

隨著我國科技的發展，對工業材料性能的研究和測試成為當今學術界的熱點方向之一，傳統對材料在宏觀上的研究分析已經不能滿足當今對材料的需求；納米壓痕技術可以在微觀的角度闡述材料的力學性能，并且可以對材料的使用壽命等重要指標進行預測。

隨著我國工業對材料的要求不斷提升，越來越多的新材料孕育而生，能夠對材料性能進行預測和控制，也是當今材料學界的重要研究方向，可以為新材料設計出復雜環境下的力學性能測試裝置，是機械行業的主要任務之一。

現階段，我國單種或雙種物理場下的納米壓痕設備已趨于成熟和穩定，而可以提供兩種以上物理場的納米壓痕設備仍處于起步階段，尤其磁場下復雜環境的納米壓痕設備較為短缺。

傳統的力學性能測試儀器不能真實的測量出材料在實際工況下的性能，其測試方法、理論和測試儀器相對落后，可信度低，對材料微觀組織變化的內在機理與材料宏觀力學性能的綜合分析難以表述清楚，已經不能滿足現在工業材料的需要。

發明內容

本發明的目的在于提供一種高/低溫-電磁場復合條件加載的納米壓痕測試儀器，解決了現有技術存在的上述問題。本發明綜合兩種實驗臺模塊，提供磁場下高溫、低溫連續可控的綜合性實驗平臺，大大提升了儀器的使用效率，為納米壓痕設備的研制奠定基礎。本發明可以對材料微觀力學性能進行測量，并提出相應的測試方法，已成為新型材料測試儀器的發展趨勢。本發明集精密驅動、磁場控制、溫度控制等技術為一體，可應用于真空或惰性氣體等多氛圍環境下，防止低溫環境造成結冰現象，對測試精度產生影響；其中由于在真空環境內，避免了高溫環境造成對壓頭和試件的氧化，從而減小由溫漂造成的測試誤差，進而研究材料微觀的力學性能；本發明基于微納米壓痕測試技術，從而獲取材料的硬度、彈性模量、蠕變特性等重要材料屬性，通過低溫力磁耦合、高溫力電磁耦合作用，對材料微觀力學行為和微觀組織結構演化進行研究，用以對料設計制造、及其制品的壽命預測和可靠性評估。測試裝置結構緊湊、具有模塊化的結構特點，操作簡便，測量精度高，在材料研制、裝備制造、鋼鐵冶金、國防軍事和航空航天等領域具備廣闊的應用前景。

本發明的上述目的通過以下技術方案實現：

高/低溫-電磁場復合條件加載的納米壓痕測試儀器，包括縱向精密納米壓痕驅動加載模塊1、橫向磁加載模塊2、低溫縱向磁場模塊3、高溫電場模塊4和隔震臺5，所述縱向精密納米壓痕驅動加載模塊1、橫向磁加載模塊2、低溫縱向磁場模塊3和高溫電場模塊4安裝在隔震臺5上；所述縱向精密納米壓痕驅動加載模塊1通過輔助連接架113及緊定螺釘與橫向磁加載模塊2連接，以保證在縱向宏觀運動上，橫向磁加載模塊2產生的磁感線中心與金剛石導電壓頭115的壓尖在一條直線上，并通過立板104與隔振臺5連接，從而固定在隔震臺5上；所述低溫縱向磁場模塊3通過滑塊承接板Ⅱ306與隔震臺5上的橫向滑軌連接，以保證低溫縱向磁場模塊3沿著橫向滑軌橫向移動；所述高溫電場模塊4通過滑塊承接板407與橫向滑軌固連，以保證高溫電場模塊4沿著橫向滑軌橫向移動。