CN112525750B - 一种微纳表面力学性能测试装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种微纳表面力学性能测试装置，包括底板和样品安装架，丝杆通过支撑板连接在底板上，导轨直线滑块上固定连接有压力控制电机，压力控制电机连接有蜗轮，蜗杆固定连接在样品安装架上，样品安装架上安装有可旋转的样品安装台，样品安装台与旋转控制电机连接，导轨直线滑块上固定连接有冲击试验物质放置箱，待测样品沿X向运动经过的底板上的区域包括磨擦模式运行区段、刮擦模式运行区段和磨擦与刮擦混合模式运行区段，磨擦模式运行区段内的底板上固定连接有砂纸、压力传感器和激光位移传感器，刮擦模式运行区段内的底板上安装有可伸缩刀片。本发明对微纳表面磨损情况实时进行检测，给微纳表面力学性能的测试带来了极大的便利。
Description
技术领域
本发明属于微纳米力学测试领域，具体涉及一种微纳表面力学性能测试装置。
背景技术
微纳表面指的是表面存在微米、纳米尺度结构的表面。由于其优异的光学、自洁、减阻、抗结冰等性能，近年来引起了研究人员的极大兴趣。然而，由于微纳表面的力学性能较差，容易在外界影响下造成磨损，从而引起表面性能的急剧下降。这种缺陷不仅严重影响其性能表面，也严重影响其寿命。因此，需要评估微纳表面的力学性能。
目前，对微纳表面进行力学测试时，由于没有通用的和多功能的测试装置，研究人员往往采用各种非标准的测试方式来评估微纳表面的力学性能，这些复杂的测试过程给微纳表面的性能评估带来了障碍。由于没有通用的测试装置，传统的力学性能测试方式往往在测试后需要将待测件转移到接触角测量仪测量表面接触角的变化来评估微纳表面的力学性能，这些复杂的测试过程使得微纳表面的力学性能评估效率低下。
发明内容
本发明提供一种微纳表面力学性能测试装置，将摩擦测试机构、刮擦测试机构和冲击测试机构结合为一体，可以进行单一测量方式或多种测量方式结合来进行微纳表面力学性能评估，对微纳表面磨损情况实时进行检测，给微纳表面力学性能的测试带来了极大的便利。
本发明的目的通过如下技术方案实现：
一种微纳表面力学性能测试装置，包括底板1和样品安装架11，所述的样品安装架11的X向运动通过滑块移动控制电机4带动丝杆6旋转实现，所述的丝杆6通过支撑板21连接在底板1上，丝杆6上安装的导轨直线滑块10上固定连接有压力控制电机7，所述的压力控制电机7连接有蜗轮，与所述的蜗轮配合的蜗杆8固定连接在样品安装架11上，所述的样品安装架11的Y向运动通过压力控制电机7驱动蜗轮蜗杆实现，所述的样品安装架11上安装有可旋转的样品安装台18，所述的样品安装台18与旋转控制电机20连接，导轨直线滑块10上固定连接有冲击试验物质放置箱9，所述的放置箱9的下端与待测样品对应处连接有管，所述的管上安装有电磁阀，所述的样品安装台18上固定安装有待测样品19，所述的待测样品19沿X向运动经过的底板1上的区域包括磨擦模式运行区段a、刮擦模式运行区段b和磨擦与刮擦混合模式运行区段c，所述的磨擦模式运行区段a内的底板1上固定连接有砂纸12、压力传感器14和激光位移传感器15，所述的刮擦模式运行区段b内的底板上安装有可伸缩刀片16。
作为本发明更优的技术方案，所述的砂纸12通过砂纸夹具13固定连接在底板1上。
作为本发明更优的技术方案，所述的底板1上安装有控制单元2，所述的控制单元2与压力控制电机7、滑块移动控制电机4、压力传感器14和激光位移传感器15、电磁阀、旋转控制电机20控制连接。
作为本发明更优的技术方案，所述的支撑板21为两个，两个支撑板21安装有支撑梁5，所述的支撑梁5平行于丝杆6，并穿过导轨直线滑块10上的通孔，支撑梁5的两端固定连接在支撑板21上。
作为本发明更优的技术方案，所述的底板1上固定有显示屏3，所述的显示屏3与控制单元2连接。
作为本发明更优的技术方案，所述的压力传感器14和激光位移传感器15与底板1之间的缝隙用PDMS封闭防水，之后整体表面镀parylene C加强防水。
有益效果如下：
本发明提供了一种自动式多功能微纳表面力学性能测试装置，将砂纸磨擦法、刀片刮擦法、沙子冲击法和水流冲击法结合到同一个装置上，进行单一测量方式或多种测量方式结合来进行微纳表面力学性能评估，给微纳表面力学性能的测试带来了极大的便利。
附图说明
图1是本发明的微纳表面力学性能测试装置的结构示意图。
图2是本发明的微纳表面力学性能测试装置的主视图。
图3是本发明的微纳表面力学性能测试装置的样品安装架的主视图。
图4是本发明的微纳表面力学性能测试装置的刀片的结构示意图。
图5是本发明的微纳表面力学性能测试装置的样品安装架的左视图。
图6是本发明的实施例1-5的控制单元逻辑图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进一步详细说明。
如图1-5所示，本发明提供一种微纳表面力学性能测试装置，包括底板1和样品安装架11，所述的样品安装架11的X向运动通过滑块移动控制电机4带动丝杆6旋转实现，所述的丝杆6通过支撑板21连接在底板1上，丝杆6上安装的导轨直线滑块10上固定连接有压力控制电机7，所述的压力控制电机7连接有蜗轮，与所述的蜗轮配合的蜗杆8固定连接在样品安装架11上，所述的样品安装架11的Y向运动通过压力控制电机7驱动蜗轮蜗杆实现，所述的样品安装架11上安装有可旋转的样品安装台18，所述的样品安装台18与旋转控制电机20连接，导轨直线滑块10上固定连接有冲击试验物质放置箱9，所述的放置箱9的下端与待测样品对应处连接有管，所述的管上安装有电磁阀，所述的样品安装台18上固定安装有待测样品19，所述的待测样品19沿X向运动经过的底板1上的区域包括磨擦模式运行区段a、刮擦模式运行区段b和磨擦与刮擦混合模式运行区段c，所述的磨擦模式运行区段a内的底板1上固定连接有砂纸12、压力传感器14和激光位移传感器15，所述的刮擦模式运行区段b内的底板上安装有可伸缩刀片16。
在一些实施例中，所述的砂纸12通过砂纸夹具13固定连接在底板1上。
在一些实施例中，所述的底板1上安装有控制单元2，所述的控制单元2与压力控制电机7、滑块移动控制电机4、压力传感器14和激光位移传感器15、电磁阀、旋转控制电机20控制连接。
在一些实施例中，所述的支撑板21为两个，两个支撑板21安装有支撑梁5，所述的支撑梁5平行于丝杆6，并穿过导轨直线滑块10上的通孔，支撑梁5的两端固定连接在支撑板21上。
在一些实施例中，所述的底板1上固定有显示屏3，所述的显示屏3与控制单元2连接。
在一些实施例中，所述的压力传感器14和激光位移传感器15与底板1之间的缝隙用PDMS封闭防水，之后整体表面镀parylene C加强防水。
如图6所示，本发明的一种微纳表面力学性能测试装置将砂纸磨擦法、刀片刮擦法、沙子冲击法和水流冲击法结合到同一个装置上，进行单一测量方式或多种测量方式结合来进行微纳表面力学性能评估。
实施例1、砂纸磨擦试验。
首先将待测试的微纳表面样品19固定安装于样品安装台18上，之后用砂纸夹具13固定砂纸12，然后启动装置，在控制台2中选择“砂纸磨擦模式”，之后设置所需压力、速度和循环次数，压力调节由压力控制电机7控制，滑块移动控制电机4通过丝杆6带动样品19做往复运动，电机配合丝杆将工作区间限定在a区段内。样品在a路径范围内，从一端移动到另一端为一个循环，由控制台2记录循环次数。样品19经过激光位移传感器15时，样品19将不再和底部接触，如图3所示。此时，激光位移传感器15将记录砂纸摩擦前后样品19表面微观形貌的变化，并通过粗糙度R值来判定样品的磨损情况，并将实时数值输出到显示屏。
实施例2、刀片刮擦试验。
首先将待测的微纳表面样品19安装于样品安装台18，之后用砂纸夹具13固定砂纸12。 装置启动后，在控制台2中选择“刀片刮擦模式”，刀片将自动伸出，如图4所示的刀片伸出的状态。之后设置所需压力、速度和循环次数，压力调节由压力控制电机7控制，滑块移动控制电机4通过丝杆6带动样品19做往复运动，电机配合丝杆将工作区间限定在b区段内。样品在b路径范围内，从一端移动到另一端为一个循环，由控制台2记录循环次数。样品19经过激光位移传感器15时，激光位移传感器15将记录刮擦试验前后样品19的表面微观形貌的变化，并通过粗糙度R值来判定样品的磨损情况，并将实时数值输出到显示屏。
实施例3、砂纸磨擦/刀片刮擦混和试验
首先将微纳表面样品19安装于样品安装台18，之后用砂纸夹具13固定砂纸12。 装置启动后，在控制台2中选择“砂纸摩擦/刀片刮擦混和模式”，刀片将自动伸出，如图4所示的刀片伸出的状态。之后设置所需压力、速度和循环次数，压力调节由压力控制电机7控制，滑块移动控制电机4通过丝杆6带动样品19做往复运动，电机配合丝杆将工作区间限定在c区段内。样品在c路径范围内,从一端移动到另一端为一个循环，由控制台2记录循环次数。样品19经过激光位移传感器15时，激光位移传感器19将记录样品19表面微观形貌的变化，并通过粗糙度R值来判定样品的磨损情况，并将实时数值输出到显示屏。
实施例4：沙子冲击试验。
首先将微纳表面样品19安装于样品安装台18下方。装置启动后，在控制台2中选择“沙子冲击模式”，此时滑块移动控制电机4通过丝杆6带动样品台18移动到激光位移传感器15正上方，如图3所示的位置，此时激光位移传感器将纪录样品表面微观形貌的初始值。之后样品安装台18将在电机20的带动下旋转，将微纳表面样品19旋转到样品安装台18的上表面，如图5所示的位置。在放置箱9中放置沙子，之后设置冲击时间，电磁阀打开，沙子开始冲击样品表面。冲击结束后，电子阀关闭，之后样品安装台18将在电机20的带动下旋转，将微纳表面样品19旋转到样品安装台18的下表面，如图3所示的状态，此时激光位移传感器15将记录样品表面微观形貌的值，并通过初始值进行比较分析得出微观形貌的变化，并将实时数值输出到显示屏。
实施例5、水流冲击试验。
首先将微纳表面样品19安装于样品安装台18下方。装置启动后，在控制台2中选择“水流冲击模式”，此时滑块移动控制电机4通过丝杆6带动样品台18移动到激光位移传感器15正上方图3,此时激光位移传感器将纪录样品表面微观形貌的初始值。之后样品安装台18将在电机20的带动下旋转，将微纳表面样品19旋转到样品安装台18的上表面，如图5所示的位置。在放置箱9中放置一定量的水，之后设置冲击时间，电磁阀打开，水流开始冲击样品表面。冲击结束后，电子阀关闭，之后样品安装台18将在电机20的带动下旋转，将微纳表面样品19旋转到样品安装台18的下表面，此时激光位移传感器将15记录冲击前后样品19表面微观形貌的值，并通过初始值进行比较分析得出微观形貌的变化，并将实时数值输出到显示屏。
以上所述仅为本发明的优选实例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡对本发明所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多种实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。
以上所述本发明的具体实施方式，并不构成对本发明保护范围的限定。任何根据本发明的技术构思所作出的各种其他相应的改变与变形，均应包含在本发明权利要求的保护范围内。
Claims (5)
1.一种微纳表面力学性能测试装置，其特征在于：包括底板（1）和样品安装架（11），所述的样品安装架（11）的X向运动通过滑块移动控制电机（4）带动丝杆（6）旋转实现，所述的丝杆（6）通过支撑板（21）连接在底板（1）上，丝杆（6）上安装的导轨直线滑块（10）上固定连接有压力控制电机（7），所述的压力控制电机（7）连接有蜗轮，与所述的蜗轮配合的蜗杆（8）固定连接在样品安装架（11）上，所述的样品安装架（11）的Y向运动通过压力控制电机（7）驱动蜗轮蜗杆实现，所述的样品安装架（11）上安装有可旋转的样品安装台（18），所述的样品安装台（18）与旋转控制电机（20）连接，导轨直线滑块（10）上固定连接有冲击试验物质放置箱（9），所述的放置箱（9）的下端与待测样品对应处连接有管，所述的管上安装有电磁阀，所述的样品安装台（18）上固定安装有待测样品（19），所述的待测样品（19）沿X向运动经过的底板（1）上的区域包括磨擦模式运行区段（a）、刮擦模式运行区段（b）和磨擦与刮擦混合模式运行区段（c），所述的磨擦模式运行区段（a）内的底板（1）上固定连接有砂纸（12）、压力传感器（14）和激光位移传感器（15），所述的刮擦模式运行区段（b）内的底板上安装有可伸缩刀片（16）。
2.如权利要求1所述的一种微纳表面力学性能测试装置，其特征在于：所述的砂纸（12）通过砂纸夹具（13）固定连接在底板（1）上。
3.如权利要求1所述的一种微纳表面力学性能测试装置，其特征在于：所述的底板（1）上安装有控制单元（2），所述的控制单元（2）与压力控制电机（7）、滑块移动控制电机（4）、压力传感器（14）和激光位移传感器（15）、电磁阀、旋转控制电机（20）控制连接。
4.如权利要求1所述的一种微纳表面力学性能测试装置，其特征在于：所述的支撑板（21）为两个，两个支撑板（21）安装有支撑梁（5），所述的支撑梁（5）平行于丝杆（6），并穿过导轨直线滑块（10）上的通孔，支撑梁（5）的两端固定连接在支撑板（21）上。
5.如权利要求1所述的一种微纳表面力学性能测试装置，其特征在于：所述的底板（1）上固定有显示屏（3），所述的显示屏（3）与控制单元（2）连接。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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