CN2175934Y - 亚微压入仪 - Google Patents

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刘海军
何家文
苏启生
陆明珠
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Abstract

本实用新型在测试技术领域公开了一种亚微压 入仪，它克服了传统的材料表面性能测量采用压痕法 精度不高的缺陷，将一线圈罩和一立柱分别垂直固定 在底板上，线圈罩内装有线圈和施力杆，施力杆上、下 端与立柱上下端有两平行叶片弹簧连接，立柱的上端 有一悬梁，在悬梁的另一端与施力杆同心的孔中，装 有位移传感器。它可广泛应用于材料表面硬度及亚 微表层各种力学性能的测量上。

Description

本实用新型属于测试技术领域，更进一步属于一种测试材料表面性能的仪器。
传统的材料表面性能测量采用压痕法，只能获材料表面硬度值，如上海第二光学仪器厂生产的“71型显微硬度计”和“美国的Micromet－Ⅱ，其力按10gf、25gf、50gf……有级加载，无法实现亚微表层所需微力的连续加载，因而无法测表层各种力学性能，更不能测亚微表层性能。国外有利用扫描电镜进行硬度试验，因为扫描电镜分辩率一般为6nm，，对于只有几十到几百纳米厚的表面处理层，在不能抛光情况下（否则会破坏表面层），表面孔洞比压痕大，因此扫描电镜法只能测量表面硬度。Nano公司的Nano－Ⅱ型纳米压痕仪，可以达到力分辩率为±75nN的连续加载，但仪器价格十分昂贵，使用条件极为苛刻，必须在恒温和采取极高防震措施的地室，根据与英国伯明翰大学Bell教授坐谈得知，此仪器还必须在晚上十二点后的情况下才能使用，因而使其在实际工程的适用性受到很大限制。
本发明的目的是提供一种能够测量距表面小于1 微米深度范围材料的硬度分布曲线，弹性模量、蠕变等力学性能的仪器。
本实用新型的主要技术方案是：在一底板上分别垂直固定一线圈罩和一立柱，线圈罩的中心轴线上放置一与底板垂直的施力杆，施力杆与线圈罩之间放置线圈，施力杆下端装有压头座，压头座下端固定一压头，压头座上的紧锁装置将一叶片弹簧的一端固定在施力杆上，该叶片弹簧的另一端固定在立柱下端柱座上，施力杆上端装有一导磁性强的施力片，另一叶片弹簧的一端固定在施力片上，该叶片弹簧的另一端固定在立柱上端悬梁下，在悬梁的另一端与施力杆同心的孔中，装有位移传感器。
采用本实用新型能够对材料表面硬度及各种力学性能作高精度测量，为生产过程中产品表面性能的检验提供先进的技术手段。本实用新型设计合理，结构简单，造价低，使用条件要求较低，因而适用性强。
下面结合附图对本实用新型作进一步说明：
图1是本实用新型的结构示意图。
施力杆柱座21和施力线圈罩6通过螺钉22分别垂直紧固在底板24上，线圈7绕在线圈筒8上，在线圈筒8上下两端各压配一金属圆环形线圈挡片13，整个线圈组件装入线圈罩6中，在线圈罩6上端装有一环形调节螺母15和锁紧螺母20，上述各种件构成一加载线圈系统。松开锁紧螺母20，拧动调节螺母15可使线圈组件上下移动，并在0－5mm范围内调节线圈组件上端与施力片9之间的气隙，以确定施力范围，并保证施力杆有足够的位移量，然后用锁紧螺母20锁紧。施力杆5位于绕线筒8的中心，使用轻质材料和空心结构以减轻自重。在施力杆5上端装有导磁性强的环形施力片9，轻质非磁性螺钉12将叶片弹簧14之一端与施力杆上端紧固在一起，叶片弹簧14的另一端固定在立柱19的上端，在施力杆下端装有压头座3，其上的锁紧螺母4将另一叶片弹簧25的一端与施力杆联接成一体，叶片弹簧25的另一端固定在立柱19的下端，松开锁紧螺母4，拧动压头座3，可调节压头的上下位置。压头1装在压头座3中，更换不同压头后，用螺钉2固紧。立柱下端装在柱座21中，并用环形螺母23将叶片弹簧25、立柱19、柱座21紧固成一体，立柱19上端装有悬梁18，并用螺母16、垫圈17把叶片弹簧14、立柱19、悬梁18连成一体。压头、施力杆、两平行的叶片弹簧、立柱及柱座构成一施力杆系统，使压头悬在施力线圈系统的中心，松开螺钉22，可调节压头的中心位置。在悬梁的另一端与施力杆同心的孔中，装有微位移传感器11，根据压头压入浮度范围，调整好传感器11端面与施力杆系统中的螺钉12端面之间的间隙后，用螺钉10将微位移传感器紧固在悬梁18上。
该压入仪加载线圈系统中的线圈7与受控恒流源接通后使线圈激磁，磁力线通过施力杆系统中的施力片9使施力杆受力向下，将压头压入试样，压头压入试样的深度是通过微位移传感器11将位移讯号送入电容式位移测量仪。本压入仪是在以计算机为核心的电控系统控制下，实现加载速率，数据采集（载荷与压痕深度）、数据处理、并由绘图仪输出测试结果，加力范围为：0－200g，分辩率为0.001g。位移测量范围为：0－60μm，分辩率为1nm。由于加载是连续的。压痕深度主要是力的函数，从而绘制出位移－－力的函数曲线，通过一定的数据处理，获得材料的各种力学性能指标。

Claims (1)

1、一种亚微压入仪，其特征在于：在底板(24)上分别垂直固定线圈罩(6)和立柱(19)，线圈罩(6)的中心轴线上放置一与底板(24)垂直的施力杆(5)，施力杆(5)与线圈罩(6)之间装有线圈(7)，施力杆(5)下端装有压头座(3)，压头座(3)下端固定一压头(1)，压头座(3)上的紧锁装置将叶片弹簧(25)的一端固定在施力杆(5)上，叶片弹簧(25)的另一端固定在立柱(19)下端柱座(21)上，施力杆(5)上端装有一导磁性强的施力片(9)，叶片弹簧(14)的一端固定在施力片(9)上，另一端固定在立柱(19)上端的悬梁(18)下，在悬梁(18)的另一端与施力杆(5)同心的孔中，装有位移传感器(11)。
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