[实用新型]拉伸‑四点弯曲预载荷下纳米压痕测试装置

摘要

本实用新型公开了一种拉伸‑四点弯曲预载荷下纳米压痕测试装置，本实用新型集成了纯拉伸测试、纯四点弯曲测试及基于上述两种单一载荷形式的复合载荷测试，同时在拉伸‑四点弯曲基础上集成了纳米压痕测试机构。测试平台由精密拉伸预载荷驱动传动单元和检测夹持单元；精密四点弯曲预载荷驱动传动单元和夹持检测单元等组成。原位纳米压痕测试机构包括XYZ方向位移平台、压电叠堆、柔性铰链、压力传感器、位移传感器和金刚石压头夹持杆等组成。本实用新型体积小，结构紧凑，可在光学显微镜的实时显微观测下开展试验测试。并可通过原位拉弯复合测试获得材料的力学性能参数，对材料的微观变形、损伤和断裂过程进行原位监测。

主权项

一种拉伸‑四点弯曲预载荷下纳米压痕测试装置，其特征在于：包括拉伸预载荷加载机构、四点弯曲预载荷加载机构和原位纳米压痕测试机构；所述的拉伸预载荷加载机构中的精密直流伺服电机(36)通过法兰盘(38)固定安装在测试平台基座(1)上，与蜗轮蜗杆副Ⅱ(39)形成一级减速和换向；双向滚珠丝杠螺母副(37)将蜗轮蜗杆副Ⅱ(39)的旋转运动转化为同步双向直线运动，进而带动安装在螺母副上面的试件夹具支撑座Ⅰ(14)和夹具支撑座Ⅱ(30)实现同步双向直线运动，试件夹具支撑座Ⅰ(14)和夹具支撑座Ⅱ(30)安装在下面的拉伸机构直线导轨(29)上，其中夹具Ⅱ(34)与拉伸机构力传感器(31)通过连接T型块(32)连接，连接T型块(32)安装在交叉滚柱导轨(33)上；两个试件的夹具Ⅰ(13)和夹具Ⅱ(34)分别固定安装在对应的试件夹具支撑座Ⅰ(14)和夹具支撑座Ⅱ(30)上，从而对试件两端施加拉伸力保证试件中心位置不动；拉伸位移检测是由拉伸位移传感器(40)测量夹具支撑座Ⅱ(30)的位移实现的；所述的四点弯曲预载荷加载机构中的弯曲机构交流伺服电机(2)通过电机法兰盘(3)固定安装在测试平台基座(1)上，与蜗杆蜗轮副Ⅰ(4)形成一级减速和换向，蜗轮安装在弯曲机构丝杠蜗固定座(7)上的单向丝杠螺母副(48)上，然后通过单向丝杠螺母副(48)将蜗轮蜗杆副Ⅰ4的旋转运动转化为单向直线运动，带动导轨连接台(9)上的弯曲机构力传感器(10)和四点弯曲压头(35)做往复直线运动，其中弯曲机构力传感器(10)和四点弯曲压头(35)通过连接块(12)相连；弯曲机构直线导轨(49)安装在导轨连接台(9)上，通过四点弯曲压头(35)的往复直线运动，实现对试件的弯曲加载与卸载；弯曲位移检测是由安装在位移传感器支架(6)上的弯曲位移 蜗传感器(5)通过测量位移传感器挡板(11)的位移实现的；所述的弯曲预载荷加载机构采用四点弯曲压头(35)，实现对试样的两端固定式四点弯曲加载；所述的原位纳米压痕测试机构包括XYZ三轴电动微调滑台、压电叠堆(44)、柔性铰链(16)、压力传感器(15)、位移传感器(45)和金刚石压头夹持杆(47)；所述的原位纳米压痕测试机构在测试过程中通过调整XYZ微调移动平台使金刚石压头位于压入前最佳距离；压电叠堆(44)通过安装在连接板(19)上的柔性铰链(16)将力和位移传递给压力传感器(15)，压力传感器(15)连接的金刚石压头夹持杆(47)带动金刚石压头压入，最终实现压头压入试样测试；压力传感器(15)和金刚石压头夹持杆(47)之间具有连接挡板(46)，利用位移传感器(45)通过测量连接挡板(46)的位移变形间接测量出压头的位移，即得出金刚石压头的压入深度，实现微位移信号检测；柔性铰链(16)和L型连接块(17)安装在Z轴位移平台(18)上，位移传感器(45)通过L型连接块(17)夹持；所述的原位纳米压痕测试机构采用XYZ三轴电动微调滑台，其是由电动移动滑台和XYZ手动微调平台组成，其中XYZ手动微调平台又由X轴移动平台(23)、Y轴移动平台(22)、Z轴移动平台(20)和连接支座(21)组成，电动移动滑台利用安装在平台底座(28)上的步进电机(27)驱动压痕机构丝杠固定座(25)上的丝杠螺母组件(43)将旋转运动转化成直线运动，其中精密直线导轨(26)起导向作用；在进行原位观测时，通过电机移动滑台将XYZ手动平台及其上的连接单元移开一段距离，将显微镜镜头对准试样进行拉弯下的观测；电动滑台底座(24)上安装XYZ手动微调平台，对连接 其上的零部件进行手动位移调节，精密调节XYZ三个方向的位移，以便在试件不同位置利用压头做相关压痕实验；原位纳米压痕测试机构位于拉伸‑四点弯曲加载机构之上，实现对试样的拉伸测试、四点弯曲测试、压痕测试及其复合加载测试。