一种往复式倾斜冲击滑移测试仪制造技术

本发明专利技术公开了一种往复式倾斜冲击滑移测试仪，其特征在于，包括冲头、样品台、支撑板和摇杆，在往复运动的一个周期的时间内，当冲头未对样品台施压时，摇杆在固定机构的作用下保持与支撑板预先设定的相对位置关系；当冲头对样品台施压时，摇杆在该冲头的驱动下绕轴承转动；当冲头结束对样品台施压时，摇杆在固定机构的作用下绕轴承转动，使该摇杆恢复到与支撑板预先设定的相对位置关系实现复位，并保持直至冲头再次对样品台施压。该测试仪能够有效模拟材料工作条件下的受力状态，得到的失效薄膜材料其失效机制与实际工作状态下薄膜失效机制更加匹配，根据这些失效薄膜材料得出的薄膜结合性能结论也更加具有参考应用价值。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于材料结合性能测试
，更具体地，涉及一种往复式倾斜冲击滑移测试仪，该测试仪尤其适用于评价硬质薄膜与基体结合性能。
技术介绍
表面强化处理是机械制造中一种常用的工艺方法，其目的是在于使工件整个或部分表面获得较高的力学性能和物理性能，如硬度、耐磨性、耐疲劳性、导热性与抗蚀性等，并能增加美观。其中硬质薄膜涂层材料就是非常重要的表面强化处理的方法之一。但是目前影响硬质薄膜的使用寿命的最主要的因素是薄膜和基体材料的结合性能。由于薄膜的硬度、弹性模量以及材质本身一般与基体存在着较大的差异，加上在基体表面制备薄膜时，界面处不可避免的存在着污染或者划痕等缺陷。这些问题导致膜基体系在受到外界应力作用的时候，疲劳裂纹往往从膜基界面处开始发育并沿着平行与界面的方向迅速发展，从而导致薄膜在远低于其设计寿命之前发生剥落失效。目前，人们已经开发出了很多评价膜基结合性能的测试方法，例如：划痕法、压痕法、弯曲法、粘结拉伸法等。压痕法适用于薄膜材料力学性能的测量，用于测定薄膜的硬度、弹性模量等；划痕法是用金刚石压头在薄膜表面划过，使膜层开裂或剥落；弯曲法需要在界面处相应部位形成应力集中,促使裂纹萌生，而粘结拉伸法则是分别对膜层和基体施加反方向的同轴拉力，直至将膜基分离，测试时必须防止剪切应力分量。这些方法都只能获得(近)稳态下在简单应力条件下的膜基结合性能，且其结果和实际生产应用中还是存在着明显差异。在大多数机械加工条件下，材料表面
受到的往往是复合机械应力，其中以冲击应力和切向应力的复合最为常见，例如冲裁设备中的冲头，飞机起落架、汽车刹车片等。现有的薄膜结合性能的测试方法，如传统的划痕测试和洛氏硬度测试，往往无法同时施加冲击和切向应力，尤其不能基于材料工作条件下的受力状态，对薄膜在实际工作条件的受力状态下对薄膜结合性能进行有针对性的评价。
技术实现思路
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本专利技术的目的在于提供往复式倾斜冲击滑移测试仪，其中通过对该装置各组件的结构及形貌、冲击滑移测试的循环往复方式等进行改进，与现有技术相比，能够有效模拟材料工作条件下的受力状态，得到的失效薄膜材料其失效机制与实际工作状态下薄膜失效机制更加匹配，根据这些失效薄膜材料得出的薄膜结合性能结论也更加具有参考应用价值。为实现上述目的，按照本专利技术的一个方面，提供了一种往复式倾斜冲击滑移测试仪，其特征在于，包括冲头(2)、样品台(3)、支撑板(6)和摇杆(7)，其中，所述摇杆(7)为弯折形，根据弯折，该摇杆(7)整体被划分为两个区域，这两个区域分别属于两个相交的平面；在该摇杆(7)的弯折处设置有轴承，该摇杆(7)通过所述轴承与所述支撑板(6)相连，该摇杆(7)用于绕所述轴承转动，使该摇杆(7)与所述支撑板(6)的相对位置关系发生改变；所述样品台(3)固定在所述摇杆(7)上，并位于该摇杆(7)的所述两个区域的一个区域上；在该摇杆(7)的所述两个区域的另一个区域附近设置有固定机构，该固定机构用于限制所述摇杆(7)绕所述轴承的转动角度，并用于调整所述摇杆(7)绕所述轴承的转动角度，对该摇杆(7)进行复位；所述冲头(2)位于所述样品台(3)的附近，该冲头(2)与冲头驱动机构(1)相连，周期性的靠近和远离所述样品台(3)，从而用于周期性的对所述样品台(3)施压，并周期性的驱动所述摇杆(7)绕所述轴承转动；在该往复式倾斜冲击滑移测试仪工作的一个周期的时间内，当所述冲头(2)未对所述样品台(3)施压时，所述摇杆(7)在所述固定机构的作用下保持与所述支撑板(6)预先设定的相对位置关系；当所述冲头(2)对所述样品台(3)施压时，所述摇杆(7)在该冲头(2)的驱动下绕所述轴承转动；当所述冲头(2)结束对所述样品台(3)施压时，所述摇杆(7)在所述固定机构的作用下绕所述轴承转动，使该所述摇杆(7)恢复到与所述支撑板(6)预先设定的相对位置关系实现复位，并在该预先设定的相对位置关系下继续保持，直至所述冲头(2)再次对所述样品台(3)施压。作为本专利技术的进一步优选，该往复式倾斜冲击滑移测试仪还包括压力传感器(11)和采样模块(12)，该压力传感器(11)位于所述样品台上，用于对所述冲头(2)向该样品台(3)施加的压力进行测量；所述采样模块(12)与该压力传感器(11)相连，用于采集该压力传感器(11)测量得到的压力值。作为本专利技术的进一步优选，所述摇杆(7)弯折形成的夹角为150°～160°。作为本专利技术的进一步优选，该往复式倾斜冲击滑移测试仪还包括缓冲垫(4)，该缓冲垫(4)设置在所述支撑板(6)上，用于当所述摇杆(7)与该支撑板(6)碰触时对所述摇杆(7)进行缓冲。作为本专利技术的进一步优选，所述样品台(3)与所述摇杆(7)相接触的接触区域的中心距所述轴承的距离与所述固定机构与该摇杆(7)的相接触的接触点距所述轴承的距离两者之比大于等于10。作为本专利技术的进一步优选，所述冲头(2)为半球形，该冲头(2)采用AISI 52100钢、氧化铝、Si3N4或铝合金；该冲头(2)的洛氏硬度为60～65。作为本专利技术的进一步优选，所述固定机构包括接触块(8)、复位弹簧(9)和外壳，该复位弹簧(9)嵌在所述外壳内，并与所述接触块(8)相连；该接触块(8)用于与所述摇杆(7)相接触，限制或调整该摇杆(7)绕所述轴承的转动角度；该外壳上设置有螺纹，并通过定位螺母调整该外壳与所述支撑板(6)的距离。作为本专利技术的进一步优选，所述摇杆(7)为弯折的平板结构；优选的，所述摇杆(7)的所述两个区域中与所述固定机构相接触的区域在所述摇杆(7)的旋转轴所在直线上的投影长度小于该摇杆(7)的所述两个区域中与所述样品台(3)相接触的区域在所述摇杆(7)的旋转轴所在直线上的投影长度。通过本专利技术所构思的以上技术方案，与现有技术相比，本专利技术中的往复式倾斜冲击滑移测试仪能够通过对膜基结合系统同时施加冲击和切向应力，并模拟材料工作条件下的受力状态，使得该薄膜的结合性能结论更加准确。另外，本专利技术中的往复式倾斜冲击滑移测试仪，受冲头打击的样品(该样品置于样品台上)的表面是受到循环应力作用的，这也与材料实际工作状态相匹配，即本专利技术中的测试仪能够在动态条件下对样品进行循环多次测试，更加贴近材料在实际应用环境中的受力行为，从而得到的测试结论也更加准确。本专利技术中的往复式倾斜冲击滑移测试仪，尤其适用于模拟测试硬质薄膜和金属基体之间在冲击-剪切复合应力作用下的结合性能；本专利技术通过压力传感器、以及与该压力传感器连接的采样模块，可以对冲头施加给样品台的压力进行预先测量，将测量到的Fi和Fpmax与在实际工况下的受力情况相对应(Fi为冲头与样品台，包括样品台上的样品，接触瞬间冲头施加的瞬
时冲击力，能够模拟薄膜在倾斜冲击力下的结合性能；Fp是冲头施加的逐渐增加的压力和剪切力，可以模拟薄膜在剪切力下的结合性能；Fpmax是Fp的最大值，一般为冲头远离样品台，包括样品台上的样品，远离瞬间薄膜受到的压力值)，并通过调整冲头驱动机构的驱动力、以及冲头和样品台间距以分别调节Fi和Fpmax，从而实现模拟在实际工况下的受力情况。例如，冲裁时，Fi和Fpmax都很大；而刹车片的常规工况下，Fi比较小，Fpmax很大。在Fi和Fpmax调节本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种往复式倾斜冲击滑移测试仪，其特征在于，包括冲头(2)、样品台(3)、支撑板(6)和摇杆(7)，其中，所述摇杆(7)为弯折形，根据弯折，该摇杆(7)整体被划分为两个区域，这两个区域分别属于两个相交的平面；在该摇杆(7)的弯折处设置有轴承，该摇杆(7)通过所述轴承与所述支撑板(6)相连，该摇杆(7)用于绕所述轴承转动，使该摇杆(7)与所述支撑板(6)的相对位置关系发生改变；所述样品台(3)固定在所述摇杆(7)上，并位于该摇杆(7)的所述两个区域的一个区域上；在该摇杆(7)的所述两个区域的另一个区域附近设置有固定机构，该固定机构用于限制所述摇杆(7)绕所述轴承的转动角度，并用于调整所述摇杆(7)绕所述轴承的转动角度，对该摇杆(7)进行复位；所述冲头(2)位于所述样品台(3)的附近，该冲头(2)与冲头驱动机构(1)相连，周期性的靠近和远离所述样品台(3)，从而用于周期性的对所述样品台(3)施压，并周期性的驱动所述摇杆(7)绕所述轴承转动；在该往复式倾斜冲击滑移测试仪工作的一个周期的时间内，当所述冲头(2)未对所述样品台(3)施压时，所述摇杆(7)在所述固定机构的作用下保持与所述支撑板(6)预先设定的相对位置关系；当所述冲头(2)对所述样品台(3)施压时，所述摇杆(7)在该冲头(2)的驱动下绕所述轴承转动；当所述冲头(2)结束对所述样品台(3)施压时，所述摇杆(7)在所述固定机构的作用下绕所述轴承转动，使该所述摇杆(7)恢复到与所述支撑板(6)预先设定的相对位置关系实现复位，并在该预先设定的相对位置关系下继续保持，直至所述冲头(2)再次对所述样品台(3)施压。...

【技术特征摘要】
1.一种往复式倾斜冲击滑移测试仪，其特征在于，包括冲头(2)、样品台(3)、支撑板(6)和摇杆(7)，其中，所述摇杆(7)为弯折形，根据弯折，该摇杆(7)整体被划分为两个区域，这两个区域分别属于两个相交的平面；在该摇杆(7)的弯折处设置有轴承，该摇杆(7)通过所述轴承与所述支撑板(6)相连，该摇杆(7)用于绕所述轴承转动，使该摇杆(7)与所述支撑板(6)的相对位置关系发生改变；所述样品台(3)固定在所述摇杆(7)上，并位于该摇杆(7)的所述两个区域的一个区域上；在该摇杆(7)的所述两个区域的另一个区域附近设置有固定机构，该固定机构用于限制所述摇杆(7)绕所述轴承的转动角度，并用于调整所述摇杆(7)绕所述轴承的转动角度，对该摇杆(7)进行复位；所述冲头(2)位于所述样品台(3)的附近，该冲头(2)与冲头驱动机构(1)相连，周期性的靠近和远离所述样品台(3)，从而用于周期性的对所述样品台(3)施压，并周期性的驱动所述摇杆(7)绕所述轴承转动；在该往复式倾斜冲击滑移测试仪工作的一个周期的时间内，当所述冲头(2)未对所述样品台(3)施压时，所述摇杆(7)在所述固定机构的作用下保持与所述支撑板(6)预先设定的相对位置关系；当所述冲头(2)对所述样品台(3)施压时，所述摇杆(7)在该冲头(2)的驱动下绕所述轴承转动；当所述冲头(2)结束对所述样品台(3)施压时，所述摇杆(7)在所述固定机构的作用下绕所述轴承转动，使该所述摇杆(7)恢复到与所述支撑板(6)预先设定的相对位置关系实现复位，并在该预先设定的相对位置
\t关系下继续保持，直至所述冲头(2)再次对所述样品台(3)施压。2.如权利要求1所述往复式倾斜冲击滑移测试仪，其特征在于，该往复式倾斜冲击滑移测试仪还包括压力传感器(11)和采样模块(12)，该压力传感器...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈颖，吴甲民，余圣甫，史玉升，李昱，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：湖北;42