本发明专利技术公开了一种涂层样品阵列耐磨性快速评价方法及其装置，它首先基体上制备阵列式涂层，样品涂层初磨后，按照相同的磨损参数对初磨后的样品涂层进行快速磨损试验，磨损完毕，将磨损后的涂层样品阵列通过光学三维形貌仪获取涂层表面形貌信息，并通过CCD探测器转换成数字化的强度信息，传输给计算机并通过专用3D图像分析软件计算磨损体积，根据各样品阵点在相同条件下和相同时间内的磨损体积损失量来评价样品各阵点位置涂层的耐磨性，并筛选出性能最优的涂层材料。本发明专利技术克服了传统的单样品磨损试验机因样品制备、更换、安装等过程带来的人为因素的影响，并提高了磨损性能检测的效率。
【技术实现步骤摘要】
一种涂层样品阵列耐磨性快速评价方法及其装置
本专利技术涉及材料领域的涂层耐磨性性能检测，尤其是一种涂层样品阵列耐磨性的快速检测装置和价方法，用于高效率、同参数检测、评价涂层样品阵列的耐磨性能。
技术介绍
：在新型耐磨材料及涂层的开发中，影响耐磨性的因素众多，涂层中陶瓷相种类、含量、尺度、分布、形态等对涂层耐磨蚀性能有重要的影响。合理设计涂层组元、结构、陶瓷相含量、尺度、在涂层中的分布特征等因素，并通过大量摩擦磨损实验验证，比较，才能实现涂层性能的优化。采用相同的实验条件进行不同样品的摩擦磨损实验，然后比较磨损结果，是评价材料耐磨性的有效和常用方法。目前，检测涂层耐磨性的方法和检测设备有很多种，如各种球-盘结构或是销-盘结构的摩擦磨损试验机，但多为单件检测，在设定实验条件下进行长时间的磨损实验，然后通过计算磨损失重或磨损体积的变化衡量耐磨性的好坏。这些实验方法工作量大，并且一次只能表征一个样品，用于涂层耐磨性的优化效率较低，并且由于磨损实验及测量时人为因素的影响，也难以保证测量条件的完全一致性。中国专利申请号201310185920.0公开了一种转盘式多样品同步摩擦磨损试验装置，可以同时检测多个样品，在原理上仍然是采用销-盘式结构，需要将样品加工加工成标准的扇形结构，然后将多个扇形结构的样品再拼接成一个整体圆放置在转盘上进行检测，虽然检测效率相对较高，但是还是存在以下缺陷：一是由于需要将样品拼接成转盘式，这在一定程度上限制了样品的数量，无法实现大批量涂层的快速检测，需要一批批检测，效率低；二是需要事先将制备好的涂层切割成扇形，这样无疑对操作工提出了更高的要求，工序复杂，并且在对样品进行切割时是一个个进行的，切割过程中对样品造成了破坏，更重要的是破坏程度不同，导致检测结果误差大，没有可取性。目前位移调节机构被广泛用于自动控制中，一般都包括滑块、驱动电机和导轨，滑块经驱动电机与导轨滑动连接，比如中国专利申请号201810067506.2公开的一种全自动植发机，中国专利申请号201120476610.0公开了的一种二维智能运动平台等等，其中的位移调节机构便是利用这个原理实现的。
技术实现思路
为了对多涂层进行快速准确检测和评价，本专利技术提供一种涂层样品阵列耐磨性快速检测评价方法，该方法在相同的实验条件下进行样品阵列的磨损实验，然后采用光学探头提取样品磨损后的表面形貌特征，计算体积损失量，用体积损失量评价、对比各阵点位置涂层样品的耐磨性，实现涂层耐磨性能的快速优化。为达到上述目的，本专利技术采取的技术方案是：一种涂层样品阵列耐磨性快速评价方法，其特征在于：步骤如下：第一步：制备涂层样品阵列在基体上制备阵列式涂层，所谓的阵列式，就是将基体的长度设为X方向，基体的宽度设为Y方向，然后在基体上分别沿X方向和Y方向间距设置多个涂层，其中，Y方向为列，X方向为行，沿着X和Y方向，每个阵点位置涂层样品在成分、或陶瓷相尺度、或陶瓷相含量因素上按照设计要求成梯度变化。如考察成分和陶瓷相尺度对涂层耐磨性的影响，可分别令成分沿X方向变化，陶瓷相尺度沿着Y方向变化，设计出含有N个阵点的样品阵列；第二步：磨损前的准备样品制备好之后，为保证各阵点位置样品磨损实验初始条件的一致性，在小型平面磨床上磨削样品阵列表面，使得各阵点样品表面的粗糙度和平整度均保持一致。第三步：磨损涂层样品阵列3.1:将涂层样品阵列置于样品台上，在样品验台上方设有带有磨损头的磨杆，磨杆可以上下左右前后移动；3.2:设定好磨损样品阵点起始位置，将样品阵点按坐标进行编号，设置好磨损参数，磨损参数至少包括：磨损压力，磨损行程(往复磨损距离)、磨损速度和磨损时间；3.3：将磨杆磨损头与阵点起始位置的涂层接触，然后按照事先设置好的磨损参数，操作控制磨杆使磨杆在阵点起始位置的涂层上实现Y向和X向的往复磨损，等达到磨损时间后，上提磨杆使磨损头远离涂层，控制磨杆移向下一位置，按照相同的磨损参数重新加载、磨损，这样，依次进行下一阶段的磨损，直到完成所有样品阵点的磨损试验；整个磨损过程可由计算机系统控制自动完成，减少不同样品切换时人为因素的影响，保证磨损试验时各个阵点的样品磨损条件和磨损环境的一致性。第四步：涂层样品阵列磨损性能的评价涂层样品阵列磨损完毕，将磨损后的涂层样品阵列固定在光学三维形貌仪的XY移动工作台上，用计算机系统控制XY位移平台移动样品阵点位置，用光学探头分别扫描磨损后的各阵点样品表面，应用白光干涉原理精确测量磨损后的表面形貌信息，并通过CCD探测器转换成数字化的强度信息，传输给计算机并通过专用3D图像分析软件计算磨损体积，根据各样品阵点在相同条件下和相同时间内的磨损体积损失量来评价样品各阵点位置涂层的耐磨性，并筛选出性能最优的涂层材料。为了实现上述方法，本专利技术提供一种快速磨损装置，其技术方案是：它包括X向位移调节机构和Y向位移调节机构，其特征在于，它还包括一个带有样品平台的支架和测力及传动模块，其中：所述的X向位移调节机构和Y向位移调节机构设置在支架顶部：所述的测力及传动模块穿过Y向位移调节机构且可以相对Y向位移调节机构上下移动；进一步，还包括计算机控制系统，所述的计算机控制系统与X向位移调节机构、Y向位移调节机构和测力及传动模块电连接，通过电压信号控制X向位移调节机构和Y向位移调节机构以及测力及传动模块的位置变化；进一步：所述X向位移调节机构包括X向导轨、X向位移滑块和X向驱动电机，X向位移滑块经X向驱动电机与X向导轨滑动连接；所述Y向位移调节机构包括Y向导轨、Y向位移滑块和Y向驱动电机，Y向导轨设在X向位移滑块上，Y向位移滑块经Y向驱动电机与Y向导轨滑动连接.进一步：所述的X向驱动电机通过法兰螺栓连接的方式固定在X向位移滑块上，经安装在X向驱动电机主轴上的齿轮和安装在X向导轨上的齿条构成齿轮齿条传动副，驱动X向位移滑块在X向导轨往复移动；所述的Y向驱动电机通过法兰螺栓连接的方式固定在Y向位移滑块上，经安装在Y向驱动电机主轴上的齿轮和安装在X向位移滑块侧边上的齿条构成齿轮齿条传动副，驱动Y向位移滑块沿着X向位移滑块往复移动。进一步：所述的测力及传动模块根据螺杆传动原理设计，它理包括一个壳体、Z向驱动电机、传动螺杆、螺纹滑块、加压弹簧、压力传感器、支撑弹簧和磨杆，其中：所述的传动螺杆、螺纹滑块、加压弹簧、压力传感器、支撑弹簧依次装在圆筒形壳体内，Z向驱动电机的主轴通过联轴器和传动螺杆连接，传动螺杆的前端旋上螺纹滑块，螺纹滑块与壳体之间是滑槽连接，螺纹滑块另一端顶在加压弹簧上，加压弹簧另一端顶在压力传感器上，压力传感器另一端与支撑弹簧接触，磨杆的尾端穿过支撑弹簧后固定连接在压力传感器的测力压头上；上述各部件的传动关系是：Z向驱动电机带动传动螺杆转动，驱动螺纹滑块上移或下滑，由于壳体的约束，加压弹簧和支撑弹簧恢复原位或被压缩，从而推动带动压力传感器带着磨杆上行或下移。进一步：所述的计算机控制系统控制方法是：当磨杆下移磨损球接触样品时，接触压力由磨杆传递给压力传感器的测力压头，由压力传感器转换成电压信号，传递给计算机系统，当接触压力达到设定值时，计算机系统通过控制电压信号控制Z向驱动电机停止转动，同时控制X或Y向电机开始往复摆动进行滑动磨损实验；当到达设计好的磨损时间后，停本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种涂层样品阵列耐磨性快速评价方法，其特征在于，步骤如下：第一步：制备涂层样品阵列在基体上制备阵列式涂层，所谓的阵列式，就是将基体的长度设为X方向，基体的宽度设为Y方向，然后在基体上分别沿X方向和Y方向间距设置多个涂层，其中，Y方向为列，X方向为行，沿着X和Y方向，每个阵点位置涂层样品在成分、陶瓷相尺度或陶瓷相含量因素上按照设计要求成梯度变化；第二步：磨损前的准备样品制备好之后，为保证各阵点位置样品磨损实验初始条件的一致性，在小型平面磨床上磨削样品阵列表面，使得各阵点样品表面的粗糙度和平整度均保持一致；第三步：磨损涂层样品阵列3.1:将涂层样品阵列置于样品台上，在样品验台上方设有带有磨损头的磨杆，磨杆可以上下左右前后移动；3.2:设定好磨损样品阵点起始位置，将样品阵点按坐标进行编号，设置好磨损参数，磨损参数至少包括：磨损压力，磨损行程、磨损速度和磨损时间；3.3：将磨杆磨损头与阵点起始位置的涂层接触，然后按照事先设置好的磨损参数，操作控制磨杆使磨杆在阵点起始位置的涂层上实现Y向和X向的往复磨损，等达到磨损时间后，上提磨杆使磨损头远离涂层，控制磨杆移向下一位置，按照相同的磨损参数重新加载、磨损，这样，依次进行下一阶段的磨损，直到完成所有样品阵点的磨损试验；第四步：涂层样品阵列磨损性能的评价涂层样品阵列磨损完毕，将磨损后的涂层样品阵列固定在光学三维形貌仪的X Y移动工作台上，通过控制XY位移平台移动样品阵点位置，用光学探头分别扫描磨损后的各阵点样品表面，应用白光干涉原理精确测量磨损后的表面形貌信息，并通过CCD探测器转换成数字化的强度信息，传输给计算机并通过专用3D图像分析软件计算磨损体积，根据各样品阵点在相同条件下和相同时间内的磨损体积损失量来评价样品各阵点位置涂层的耐磨性，并筛选出性能最优的涂层材料。...
【技术特征摘要】
1.一种涂层样品阵列耐磨性快速评价方法，其特征在于，步骤如下：第一步：制备涂层样品阵列在基体上制备阵列式涂层，所谓的阵列式，就是将基体的长度设为X方向，基体的宽度设为Y方向，然后在基体上分别沿X方向和Y方向间距设置多个涂层，其中，Y方向为列，X方向为行，沿着X和Y方向，每个阵点位置涂层样品在成分、陶瓷相尺度或陶瓷相含量因素上按照设计要求成梯度变化；第二步：磨损前的准备样品制备好之后，为保证各阵点位置样品磨损实验初始条件的一致性，在小型平面磨床上磨削样品阵列表面，使得各阵点样品表面的粗糙度和平整度均保持一致；第三步：磨损涂层样品阵列3.1:将涂层样品阵列置于样品台上，在样品验台上方设有带有磨损头的磨杆，磨杆可以上下左右前后移动；3.2:设定好磨损样品阵点起始位置，将样品阵点按坐标进行编号，设置好磨损参数，磨损参数至少包括：磨损压力，磨损行程、磨损速度和磨损时间；3.3：将磨杆磨损头与阵点起始位置的涂层接触，然后按照事先设置好的磨损参数，操作控制磨杆使磨杆在阵点起始位置的涂层上实现Y向和X向的往复磨损，等达到磨损时间后，上提磨杆使磨损头远离涂层，控制磨杆移向下一位置，按照相同的磨损参数重新加载、磨损，这样，依次进行下一阶段的磨损，直到完成所有样品阵点的磨损试验；第四步：涂层样品阵列磨损性能的评价涂层样品阵列磨损完毕，将磨损后的涂层样品阵列固定在光学三维形貌仪的XY移动工作台上，通过控制XY位移平台移动样品阵点位置，用光学探头分别扫描磨损后的各阵点样品表面，应用白光干涉原理精确测量磨损后的表面形貌信息，并通过CCD探测器转换成数字化的强度信息，传输给计算机并通过专用3D图像分析软件计算磨损体积，根据各样品阵点在相同条件下和相同时间内的磨损体积损失量来评价样品各阵点位置涂层的耐磨性，并筛选出性能最优的涂层材料。2.一种实施权利要求1所述的涂层样品阵列耐磨性快速评价方法的快速磨损装置，它包括X向位移调节机构和Y向位移调节机构，其特征在于，它还包括一个带有样品平台的支架和测力及传动模块，其中：所述的X向位移调节机构和Y向位移调节机构设置在支架顶部：所述的测力及传动模块穿过Y向位移调节机构且可以相对Y向位移调节机构上下移动。3.如权利要求2所述的快速磨损装置，其特征在于，还包括计算机控制系统，所述的计算机控制系统与X向位移调节机构、Y向位移调节机构和测力及传动模块电连接，通过电压信号控制X向位移调节机构和Y向位移调节机构以及测力及传动模块的位置变化。4.如权利要...
【专利技术属性】
技术研发人员：王灿明，崔洪芝，张文娅，宋强，冯晓莉，
申请(专利权)人：山东科技大学，
类型：发明
国别省市：山东,37
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。