專利名稱：壓痕法測試脆性材料的硬度、斷裂韌性和殘余應力的裝置的制作方法
技術領域：
本實用新型屬于材料性能表征技術領域，特別涉及一種壓痕法測試脆性材料的硬度、斷裂韌性和殘余應力的裝置。具體涉及的是經(jīng)過對現(xiàn)有的數(shù)字圖像小負荷維氏硬度計升級改造，不僅能夠直接測試材料的顯微硬度，而且能直接測試脆性材料和脆性涂層薄膜材料界面體系的斷裂韌性及殘余應力。
背景技術：
在新材料技術領域中，脆性涂層薄膜材料具有許多基底材料所不具備的力、熱、 光、電、磁以及化學性能，已廣泛應用在微電子器件、磁存儲器、表面涂層和復合材料等領域，在國民經(jīng)濟中發(fā)揮了不可替代的重要作用，產(chǎn)生了巨大的經(jīng)濟效益。但是，由于涂層與基底之間存在較大的材料性能差異，同時在應用中外界因素(如溫度變化、疲勞載荷、高溫氧化、腐蝕介質(zhì)等)會逐漸影響涂層與基底的結合性能和強度，最終導致涂層發(fā)生不可預知性的剝落破壞而喪失保護功能，甚至可能導致重大事故發(fā)生。因此，提高涂層材料界面結合性能是改善先進涂層材料可靠性的重要方法之一。其中，如何有效測試和表征涂層材料體系的顯微硬度、表面/界面斷裂韌性以及殘余應力已成為這項工作中迫切需要解決的關鍵科學問題。目前涉及到上述三個材料參數(shù)的實驗測試方法和裝置有在材料硬度測試方面，例如吳紹明提出了一種硬度計測試材料的硬度，主要包括 支承構架；支承構架內(nèi)有空腔和同軸的導向孔(ZL 200420096539.3)。吳吉華等人提出了一種硬度檢測方法，檢測時先使用不同硬度的試塊通過VB軟件程序進行硬度計工作曲線 (即壓痕深度-硬度值曲線)的標定及繪制，然后再對待測工件進行檢測，通過將檢測得到的壓痕深度值代入硬度計工作曲線，從而獲得待測工件的硬度值(CN 101893534A)。在材料斷裂韌性方面，陳常青等人報道了一種基于光學的斷裂韌性測量方法，通過測量試件的楊氏模量E，厚度方向泊松比Vz，面內(nèi)泊松比Vxy和試件厚度B，用光學應變測量儀的拍攝裝置對裂紋尖端附近區(qū)域進行拍照，對試件進行疲勞裂紋預制和加載，直至試件斷裂停止，然后進行數(shù)值運算，得出J表面；進一步得到反映脆性斷裂的1^或得到延性斷裂韌性值，但需要對裂紋進行連續(xù)拍照(CN 101644646A)。周延春等人報道了一種評價陶瓷材料斷裂韌性的方法-單邊斜切口梁法。采用3 X 4X 36或者3 X 4X 45mm3的條狀樣品作為測試樣品，在表面拋光后，利用機械加工的方法預制一個斜切口，切口的寬度控制在300微米以下，然后用四點彎曲實驗方法測試陶瓷材料的斷裂韌性。但這種方法需要人為地預制裂紋，容易帶來人為因素的影響(CN 101210866A)。吳力航報道了一種無預制裂紋的材料斷裂韌性測試試樣，由表面光滑的待測材料試樣本體和復合在其光滑表面上的一層已知其機械性能參數(shù)的、具有較高彈性模量的、可以在加載過程中首先開裂的脆性薄層構成。但必須借助502膠粘劑粘合被測材料和脆性薄層，502膠粘劑的性能和粘結手法可能對測試結果影響較大(CN201196613Y)。在殘余應力測試方面，大部分研究人員主要考慮無損測試或微小損傷測試材料中的殘余應力，例如借助于XRD法(CN 101451965A)、沖擊壓痕法(CN1091825A)、光學全息干涉技術(CN 1415066A)等。這些測試方法專業(yè)要求高，儀器設備成本高，有些測試過程繁瑣，不利于工廠、企業(yè)推廣應用。綜上所述，目前缺乏一種高效簡便的科學方法和一臺尖端的科學儀器同時測試上述三個材料參數(shù)，這也極大限制了涂層產(chǎn)品的質(zhì)量保證和可靠性。主要現(xiàn)狀和原因是現(xiàn)有的檢測儀器功能單一或者功能欠缺，需要經(jīng)過多臺實驗儀器才可能測得涂層材料的顯微硬度、斷裂韌性、殘余應力等關鍵材料指標。而且儀器購置成本高，維護費用及測試費用也非常高，更重要的是測試過程繁瑣復雜，要求較高的專業(yè)背景和分析能力，不利于工廠、企業(yè)推廣應用，因此亟需發(fā)展更優(yōu)越的測試方法及匹配的科學儀器設備來解決這一關鍵技術問題。

實用新型內(nèi)容本實用新型的目的是經(jīng)過對現(xiàn)有的數(shù)字圖像小負荷維氏硬度計的升級改造，研發(fā)成一臺多功能一體化小負荷維氏壓痕儀。該儀器不僅直接測試材料的顯微硬度，而且能直接測試脆性材料和脆性涂層薄膜材料界面體系的斷裂韌性及殘余應力。本實用新型提供一種壓痕法測試脆性材料的硬度、斷裂韌性和殘余應力的裝置， 其特征在于，該裝置包括機架，其上設置目鏡、可升降試驗操作平臺和調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)輪，在機架內(nèi)設有加載系統(tǒng)，所述加載系統(tǒng)包括固定支座、杠桿、頂桿、吊桿、中間主軸和第二電機，其中，所述加載系統(tǒng)的固定支座與機架上的固定支座相連，用于固定杠桿的一端，杠桿另一端設置吊桿，所述吊桿由多個砝碼組成，在靠近杠桿的固定支座的一端、杠桿的下方連接中間主軸，中間主軸穿過位于轉(zhuǎn)盤上方的開孔與設置于轉(zhuǎn)盤上的維氏壓針相連，轉(zhuǎn)盤設于可升降試驗操作平臺上方，轉(zhuǎn)盤上還設有物鏡，轉(zhuǎn)盤與第一電機相連，第一電機設置于機架內(nèi)，用于控制轉(zhuǎn)盤的轉(zhuǎn)動；杠桿由頂桿支撐，頂桿與第二電機相連，頂桿和第二電機均與機架相連；通過頂桿的上下移動和砝碼的重量將載荷施加到位于連接于杠桿上的中間主軸，該中間主軸穿過位于轉(zhuǎn)盤上方的孔并把力施加到維氏壓針，用于對試樣進行壓痕測試；吊桿之下設置托板，托板與機架上的調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)輪相連，由調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)輪調(diào)節(jié)壓痕載荷大所述裝置還包括圖像采集系統(tǒng)；所述圖像采集系統(tǒng)為CXD視頻采集儀；所述加載系統(tǒng)的第一電機和第二電機經(jīng)I/O控制卡與計算機相連，所述圖像采集系統(tǒng)經(jīng)圖像采集卡與計算機相連。所述加載系統(tǒng)的壓痕載荷從1. OKgf到30. OKgf范圍內(nèi)等級加載。為了實現(xiàn)等級間距加載，可通過調(diào)節(jié)加載砝碼的數(shù)量、大小，以及杠桿的長短來實現(xiàn)，中間主軸到杠桿的固定支座的距離為5cm，中間主軸到杠桿上懸掛吊桿的砝碼掛鉤之間的距離為^cm,加載系統(tǒng)相鄰載荷等級間距為2. OKgf，作為吊桿的砝碼的總數(shù)為14個，每個砝碼的重量為2. OKgf。所述調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)輪設置于機架的下端右側，以方便調(diào)節(jié)。所述可升降試驗操作平臺包括樣品平臺和樣品平臺升降調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)輪，由樣品平臺升降調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)輪來調(diào)節(jié)升降。樣品平臺可為十字平臺。[0018]所述計算機可以與打印機相連。本實用新型還提供一種壓痕法測試脆性材料的硬度、斷裂韌性和殘余應力的方法，該方法步驟如下(1)啟動裝置，首先在計算機的分析軟件系統(tǒng)中對應的指示框內(nèi)輸入被測材料的彈性模量；(2)將試樣放到可升降試驗操作平臺上，轉(zhuǎn)動樣品平臺升降調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)輪使樣品平臺平臺緩慢上升，直至從目鏡中能觀察到清晰的試樣表面；(3)轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)輪，使試驗中壓痕載荷大小達到設定的要求，并從計算機分析軟件系統(tǒng)上顯示的力值大小判斷測試系統(tǒng)是否連接良好；(4)點擊計算機上分析軟件系統(tǒng)界面中的啟動按鍵，維氏壓針則自動旋轉(zhuǎn)到被測樣品的上方，然后緩慢進行加載、保載、卸載的程序測試，當壓痕測試完畢之后，維氏壓針自動旋轉(zhuǎn)撤離，目鏡會自動旋轉(zhuǎn)到被測樣品表面上方，便于實驗人員進行觀察和分析；(5)在計算機的分析軟件界面中，利用鼠標和采集系統(tǒng)測試殘余壓痕對角線的長度、殘余壓痕頂角處的裂紋長度，并保存；(6)通過調(diào)節(jié)可升降試驗操作平臺，移動被測樣品的表面，準備進行第二次壓痕測試，調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)輪，增大或減小壓痕載荷，重復上述第三步至第五步，完成三次或三次以上的壓痕測試，要求每次測試結束之后，分別保存對應的實驗數(shù)據(jù)；(7)在計算機的分析軟件系統(tǒng)中，讀取上述保存的實驗數(shù)據(jù)，則可以得到被測脆性涂層材料的平均顯微硬度、被測處的斷裂韌性和殘余應力。本實用新型所采取的方案是1.對現(xiàn)有的數(shù)字圖像小負荷維氏硬度計的硬件加載系統(tǒng)進行升級改造。主要改造硬度計內(nèi)加載系統(tǒng)，并進一步對加載砝碼的數(shù)量、大小以及杠桿的開孔(加載系統(tǒng)的固定支座)位置進行調(diào)整，從而調(diào)整壓痕載荷的大小，使之位于1. OKgf至30. OKgf范圍內(nèi)，且相鄰載荷等級間距為2. OKgf，這樣就實現(xiàn)了對大多數(shù)脆性材料和脆性涂層薄膜體系進行壓痕斷裂測試，既保證在被測脆性材料表面能產(chǎn)生壓痕裂紋，又不會導致被測材料徹底壓碎。具體方案為為了實現(xiàn)等級間距加載，我們通過改變杠桿的長短，中間主軸到杠桿的固定支座的距離為5cm，中間主軸到杠桿上懸掛吊桿的砝碼掛鉤之間的距離為^cm,作為吊桿的砝碼的總數(shù)為14個，每個砝碼的重量為2. OKgf。2.對現(xiàn)有的數(shù)字圖像小負荷維氏硬度計的分析軟件系統(tǒng)進行升級改造。在現(xiàn)有的硬度計分析軟件基礎上，我們將改進的壓痕斷裂力學模型植入硬度計的分析軟件內(nèi)核，擴充其分析功能。具體測試原理和過程如下顯微硬度測試原理。首先設定壓痕載荷P的大小，通過采集系統(tǒng)采集并傳送到研發(fā)的分析軟件中。完成壓痕實驗后，利用采集系統(tǒng)和分析軟件系統(tǒng)測試出殘余壓痕兩根對角線的長度D1和D2,然后根據(jù)下式算出被測點的顯微硬度
P// = 1.8544——(1)脆性材料或脆性涂層薄膜界面體系的斷裂韌性和殘余應力測試原理。先用其它實驗方法或者查手冊確定待測材料的彈性模量E，輸入到研發(fā)的分析軟件系統(tǒng)中。然后選用不同的載荷完成不同程度的壓痕斷裂實驗，獲得不同的壓痕裂紋長度。同樣通過采集系統(tǒng)
和分析軟件系統(tǒng)測試出殘余壓痕兩根對角線的長度D1和D2、每個殘余壓痕頂角處的裂紋長
度C、每次的最大加載載荷P。最后代入我們改進的壓痕斷裂力學模型，算出被測材料在壓
痕開裂過程中由壓痕載荷和殘余應力產(chǎn)生的應力強度因子Kic
ρ οKIC=Kp + Kr=x-^ + ^rC1'2(2)其中\(zhòng)表示被測點處的殘余應力，X = 0.015(E/H)"2，E和H分別表示被測單一脆性材料的彈性模量和硬度。如果是測試脆性涂層薄膜材料界面復合體系的斷裂韌性和殘余應力，則需要用以下公式進行修正
, 、1/2 (EIH)r1'2 (EIH)''2(EIH) =^-j^n+--1^JT(3)
1 h ^(Hc/Hsf l + (Hs/Hcf2其中，公式(3)中的下標c和s分別表示脆性涂層和基底材料。對公式( 變換后得到；=爭-擊 1,2(4)這樣就得到關于C172和P/CV2的線性函數(shù)。通過對脆性材料進行三次或三次以上的不同載荷條件下的壓痕斷裂測試，系統(tǒng)將自動測量和采集出每次實驗中的載荷大小、殘余壓痕對角線的長度、殘余壓痕頂角處的裂紋長度。然后將每次實驗測試的載荷和裂紋長度數(shù)據(jù)，以(Pi/C,2，C1"2)，(P2/C2372 , C2"2)，(P3/C33/2, C3172).. · (Pn/Cn3/2, Cn"2)形式進行線性擬合，從擬合出的直線斜率和截距分別求出被測點的殘余應力和斷裂韌性。本實用新型成功地實現(xiàn)自動分析出被測脆性材料表面處的顯微硬度、斷裂韌性及殘余應力三個重要的材料參數(shù)。本實用新型裝置的優(yōu)點是(1)在現(xiàn)有的數(shù)字圖像小負荷維氏壓痕儀中，本裝置率先在1. OKgf至30. OKgf范圍內(nèi)實現(xiàn)多級特殊加載技術。( 本裝置能在小尺度下直接測試脆性薄膜涂層材料的顯微硬度、斷裂韌性和殘余應力，融合了多種測試方法和科學儀器于一體，大大降低了儀器購置成本、維護成本和測試費用。據(jù)我們所知，在現(xiàn)有的數(shù)字圖像小負荷維氏壓痕儀中，尚未見報道具有此種功能的儀器。( 該裝置能表征高結合強度、高硬度的脆性材料和脆性涂層薄膜體系的力學性能，完善了現(xiàn)有測試方法的不足。(4)制樣簡單，無需人為預制裂紋，操作簡便，分析快捷，便于在研發(fā)部門、質(zhì)量檢測機構和生產(chǎn)企業(yè)推廣應用，能快速有效地評價脆性涂層材料體系的質(zhì)量和可靠性。

圖1是本實用新型裝置的整體示意圖；圖2是本實用新型裝置的部分結構示意圖；圖3是本實用新型裝置加載系統(tǒng)示意圖；圖4本實用新型裝置測試熱障陶瓷涂層樣品界面區(qū)域后的光學顯微鏡原位觀察圖片；圖5熱障陶瓷涂層斷裂韌性測試結果與熱循環(huán)次數(shù)的變化關系；[0046]圖6熱障陶瓷涂層殘余應力測試結果與熱循環(huán)次數(shù)的變化關系；其中，圖中標號1.加載系統(tǒng)，2.圖像采集系統(tǒng)，3.圖像采集卡，4.分析軟件系統(tǒng)， 5.可升降試驗操作平臺，6.計算機，7.打印機，8. I/O控制卡，11.加載系統(tǒng)的固定支座， 12.杠桿，13.頂桿，14.吊桿，15.砝碼，16.托板，17.第一電機，18.第二電機，19.轉(zhuǎn)盤， 20.中間主軸，21. CXD視頻采集儀，22.樣品平臺，23.樣品平臺升降調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)輪，24.壓痕載荷大小調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)輪，25.維氏壓針，26.目鏡，27.物鏡，28.機架上的固定支座，30.機架。
具體實施方式
下面的實施例可以使本專業(yè)技術人員更全面的理解本實用新型，但不以任何方式限制本實用新型。實施例1一種壓痕法測試脆性材料的硬度、斷裂韌性和殘余應力的裝置，其特征在于，該裝置包括機架30，其上設置目鏡沈、可升降試驗操作平臺5和調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)輪M，在機架30內(nèi)設有加載系統(tǒng)1 ；所述加載系統(tǒng)1包括固定支座11、杠桿12、頂桿13、吊桿14和第二電機18，其中，所述加載系統(tǒng)1的固定支座11與機架30上的固定支座觀相連，用于固定杠桿12 的一端，杠桿12另一端設置吊桿14，所述吊桿14由多個砝碼15組成，在靠近杠桿12的固定支座11的一端、杠桿12的下方連接中間主軸20，中間主軸20穿過位于轉(zhuǎn)盤19上方的開孔與設置于轉(zhuǎn)盤19上的維氏壓針25相連，轉(zhuǎn)盤19設于可升降試驗操作平臺5上方，轉(zhuǎn)盤 19上還設有物鏡27，轉(zhuǎn)盤19與第一電機17相連，第一電機17設置于機架30內(nèi)；杠桿12 由頂桿13支撐，頂桿13與第二電機18相連，頂桿13和第二電機18均與機架30相連；通過頂桿13的上下移動和砝碼15的重量將載荷施加位于連接于杠桿12上的中間主軸20，該中間主軸20穿過位于轉(zhuǎn)盤19上方的孔并把力施加到維氏壓針25，用于對試樣進行壓痕測試；吊桿14之下設置托板16，托板16與機架30上的調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)輪M相連，由調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)輪 24調(diào)節(jié)壓痕載荷大??；所述裝置還包括圖像采集系統(tǒng)2 ；所述圖像采集系統(tǒng)2為CXD視頻采集儀21 ；所述加載系統(tǒng)1的第一電機17和第二電機18經(jīng)I/O控制卡8與計算機6相連， 所述圖像采集系統(tǒng)2經(jīng)圖像采集卡3與計算機6相連。所述加載系統(tǒng)1的壓痕載荷從1. OKgf到30. OKgf范圍內(nèi)等級加載。加載系統(tǒng)相鄰載荷等級間距為2. OKgf。中間主軸20到杠桿的固定支座11的距離為5cm，中間主軸20 到杠桿12上懸掛吊桿14的砝碼掛鉤之間的距離為28cm，加載系統(tǒng)相鄰載荷等級間距為 2. OKgf，作為吊桿的砝碼的總數(shù)為14個，每個砝碼的重量為2. OKgf。所述調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)輪M設置于機架30的下端右側，以方便調(diào)節(jié)。所述可升降試驗操作平臺5包括樣品平臺22和樣品平臺升降調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)輪23，由樣品平臺升降調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)輪23來調(diào)節(jié)升降。樣品平臺22為十字平臺。所述計算機與打印機7相連。實施例2采用實施例1的裝置可以測試材料的顯微硬度，同時還可以測試脆性材料和脆性涂層薄膜體系界面的斷裂韌性、被測位置處的殘余應力，具體實施例的步驟如下第一步，制備試樣。采用等離子噴涂工藝，在高溫鎳合金基底上噴涂熱障涂層陶瓷材料。樣品的涂層系統(tǒng)組成是過渡層材料為NiCrAIY合金，其厚度約為150μπι ；陶瓷粉末材料為含8wt % Y2O3-ZrO2,噴涂的陶瓷層厚度約為350 μ m。為了考慮高溫氧化對熱障涂層系統(tǒng)界面結合性能的影響，再對部分原始樣品在1100°C進行高溫熱處理。然后對樣品進行精細金相處理，包括粗磨、細磨、拋光、去除加工硬化、超聲波清洗等程序，使被測試樣表面盡量平整，沒有劃痕，達到測試要求。第二步，啟動本實用新型裝置，首先在計算機的分析軟件系統(tǒng)4中對應的指示框內(nèi)輸入被測材料的彈性模量。第三步，將試樣放到樣品十字平臺22上，轉(zhuǎn)動樣品平臺升降調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)輪23使十字平臺22緩慢上升，直至從目鏡沈中能觀察到清晰的試樣表面，表明正好調(diào)整到物鏡的焦點位置處，可以進行后面的壓痕測試。第四步，轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)輪24，使試驗中壓痕載荷大小達到設定的要求，并從計算機6分析軟件4上顯示的力值大小判斷測試系統(tǒng)是否連接良好。第五步，點擊計算機6上分析軟件系統(tǒng)4界面中的啟動按鍵，維氏壓針25則自動旋轉(zhuǎn)到被測樣品的上方，然后緩慢進行加載、保載、卸載的程序測試。當壓痕測試完畢之后， 維氏壓針自動旋轉(zhuǎn)撤離，目鏡沈會自動旋轉(zhuǎn)到被測樣品表面上方，便于實驗人員進行觀察和分析。第六步，在計算機的分析軟件界面中，利用鼠標和采集系統(tǒng)測試殘余壓痕對角線的長度、殘余壓痕頂角處的裂紋長度，并點擊“保存”此次的壓痕載荷大小、殘余壓痕對角線的長度、殘余壓痕頂角處的裂紋長度的實驗數(shù)據(jù)，假設暫時命名為testdatal。第七步，通過調(diào)節(jié)十字平臺22，移動被測樣品的表面，然后準備進行第二次壓痕測試。調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)輪對，增大或減小壓痕載荷，重復上述第三步至第六步，完成三次或三次以上的壓痕測試。要求每次測試結束之后，分別保存對應的實驗數(shù)據(jù)，主要包括每次測試的壓痕載荷大小、殘余壓痕對角線的長度、殘余壓痕頂角處的裂紋長度，假設保存的實驗數(shù)據(jù)文件名暫時命名為 testdata2, testdata3 等。第八步，在計算機的分析軟件系統(tǒng)中，讀取上述保存的實驗數(shù)據(jù)庫testdatal， testdata2, testdata3等，點擊分析軟件4中“綜合處理”按鈕，則可以得到被測脆性涂層材料的平均顯微硬度、被測處的斷裂韌性和殘余應力。圖4、圖5和圖6是一些代表性的測試結果，樣品是經(jīng)歷高溫熱循環(huán)后的熱障涂層樣品。應用本實用新型裝置成功獲得了陶瓷涂層體系斷裂韌性和殘余應力，并分析了這兩個參數(shù)隨熱循環(huán)次數(shù)變化而變化的關系。以上所述，僅為本實用新型較佳的具體實施方式
，但本實用新型的保護范圍并不局限于此，任何熟悉本技術領域的技術人員在本實用新型揭露的技術范圍內(nèi)，可輕易想到的變化或替換，都應涵蓋在本實用新型的保護范圍之內(nèi)。因此，本實用新型的保護范圍應該以權利要求的保護范圍為準。
權利要求1.一種壓痕法測試脆性材料的硬度、斷裂韌性和殘余應力的裝置，其特征在于，該裝置包括機架(30)，其上設置目鏡(沈)、可升降試驗操作平臺( 和調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)輪(M)，在機架 (30)內(nèi)設有加載系統(tǒng)(1)，所述加載系統(tǒng)(1)包括固定支座(11)、杠桿(12)、頂桿(13)、吊桿(14)、中間主軸(20)和第二電機(18)，其中，所述加載系統(tǒng)(1)的固定支座(11)與機架(30)上的固定支座08)相連，用于固定杠桿(12)的一端，杠桿(12)另一端設置吊桿(14)，所述吊桿(14)由多個砝碼(15)組成， 在靠近杠桿(1 的固定支座(11)的一端、杠桿(1 的下方連接中間主軸(20)，中間主軸 (20)穿過位于轉(zhuǎn)盤(19)上方的開孔與設置于轉(zhuǎn)盤(19)上的維氏壓針05)相連，轉(zhuǎn)盤(19) 設于可升降試驗操作平臺( 上方，轉(zhuǎn)盤(19)上還設有物鏡(27)，轉(zhuǎn)盤(19)與第一電機 (17)相連，第一電機(17)設置于機架(30)內(nèi)；杠桿(12)由頂桿(13)支撐，頂桿(13)與第二電機(18)相連，頂桿(1 和第二電機(18)均與機架(30)相連；吊桿(14)之下設置托板(16)，托板(16)與機架(30)上的調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)輪04)相連；所述裝置還包括圖像采集系統(tǒng)O)，所述圖像采集系統(tǒng)( 為CCD視頻采集儀01)。
2.根據(jù)權利要求1所述的裝置，其特征在于所述加載系統(tǒng)(1)的第一電機(17)和第二電機(18)經(jīng)I/O控制卡⑶與計算機(6)相連，所述圖像采集系統(tǒng)(2)經(jīng)圖像采集卡 ⑶與計算機(6)相連。
3.根據(jù)權利要求1所述的裝置，其特征在于所述加載系統(tǒng)(1)壓痕載荷從1.OKgf到 30. OKgf范圍內(nèi)等級加載。
4.根據(jù)權利要求1所述的裝置，其特征在于所述加載系統(tǒng)相鄰載荷等級間距為 2. OKgf0
5.根據(jù)權利要求1所述的裝置，其特征在于中間主軸OO)到杠桿的固定支座(11)的距離為5cm，中間主軸OO)到杠桿(12)上懸掛吊桿(14)的砝碼掛鉤之間的距離為^cm, 加載系統(tǒng)相鄰載荷等級間距為2. OKgf，作為吊桿的砝碼的總數(shù)為14個，每個砝碼的重量為 2. OKgf0
6.根據(jù)權利要求1所述的裝置，其特征在于所述調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)輪04)設置于機架(30)的下端右側，以方便調(diào)節(jié)。
7.根據(jù)權利要求1所述的裝置，其特征在于所述可升降試驗操作平臺(5)包括樣品平臺0 和樣品平臺升降調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)輪，由樣品平臺升降調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)輪來調(diào)節(jié)升降，所述樣品平臺02)為十字平臺。
8.根據(jù)權利要求1所述的裝置，其特征在于所述計算機與打印機(7)相連。
專利摘要本實用新型公開了屬于材料性能表征技術領域的一種壓痕法測試脆性材料的硬度、斷裂韌性和殘余應力的裝置。該裝置包括機架其上設置目鏡、可升降試驗操作平臺和調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)輪，在機架內(nèi)設有加載系統(tǒng)，所述加載系統(tǒng)包括固定支座、杠桿、頂桿、吊桿、中間主軸和第二電機；所述裝置還包括圖像采集系統(tǒng)；所述加載系統(tǒng)的第一電機和第二電機經(jīng)I/O控制卡與計算機相連。經(jīng)過對現(xiàn)有的數(shù)字圖像小負荷維氏硬度計升級改造，不僅能夠直接測試材料的顯微硬度，而且能直接測試脆性材料和脆性涂層薄膜材料界面體系的斷裂韌性及殘余應力，能廣泛應用于廠礦企業(yè)、高校科研院所等部門快速完成相關指標檢測。
文檔編號G01N3/02GK202177557SQ20112028020
公開日2012年3月28日 申請日期2011年8月3日 優(yōu)先權日2011年8月3日
發(fā)明者萬杰, 周益春, 戴翠英, 毛衛(wèi)國, 肖敏, 陳強 申請人:湘潭大學