[发明专利]一种原位微型力学测试台

说明书

本发明涉及材料力学性能和显微组织结构原位表征技术领域，提供了一种原位微型力学测试台，包括电机执行机构、弹簧辅助加载机构、位置传感机构、力传感机构和基座，电机执行机构固定于基座，电机绕轴向的旋转输出经转向和传动转化为弹簧辅助加载机构的直线运动，弹簧辅助加载机构施加载荷于样品上，位置传感机构实时探测弹簧辅助加载机构的相对位置变化量即样品形变量，力传感机构实时探测样品承受的应力值。本发明夹具支撑架和丝杠螺母副在丝杆轴向为弹性连接，在此基础上增加载荷振荡器可实现对样品的疲劳性能测试与材料在疲劳载荷作用下的显微组织形貌、化学成分、晶体结构和相结构信息的原位表征，结构合理紧凑，利于力控制模式下的精细控制。

技术领域

本发明涉及材料力学性能和显微组织结构原位表征技术领域，特别涉及一种原位微型力学测试台。

背景技术

原位微型力学测试台是兼容于扫描电子显微镜(SEM)、背散射电子衍射(EBSD)、X-射线衍射仪(XRD)和光学显微镜(OM)等显微组织结构测试平台的一种小型力学性能测试仪器。利用原位微型力学测试台可以对材料进行力学测试，获得相应的应力应变曲线，借助上述微观测试平台可以对材料在特定载荷下的显微组织形貌、化学成分、晶体结构和相结构信息进行表征分析，分析范围跨越宏观肉眼可见至纳米尺度。基于上述优势，美国MTI、英国Deben和德国Kammrath-Weiss等公司均发展了以扫描电镜为主要应用平台的原位微型力学测试台。

商业化的各种原位微型力学测试台都是采用螺母座与夹具支撑架刚性固定的结构，丝杆的旋转运动直接转化为螺母座的直线运动，不考虑系统柔度的情况下，夹具上样品形变量等于一对螺母座的直线相对移动距离。这种丝杠螺母与夹具支撑架在沿丝杆轴向上刚性连接的驱动结构不够理想，只能实现拉伸、压缩等静力试验，不能实现疲劳动力试验。

有统计数据表明，机械零件的失效有约70％是疲劳引起的，此类失效往往造成灾难性事故。借助SEM、XRD和OM等微观测试平台，实现金属材料的疲劳性能测试与材料在疲劳载荷作用下的显微组织形貌、化学成分、晶体结构和相结构信息的原位表征，对于深入研究金属材料的抗疲劳性能和疲劳失效机制有重要意义。

发明内容

本发明的目的就是克服现有技术的不足，提供了一种原位微型力学测试台，即能实现拉伸、压缩等静力试验，又能实现疲劳测试。

本发明采用如下技术方案：

一种原位微型力学测试台，包括：

电机执行机构，用于为所述原位微型力学测试台提供动力；

弹簧辅助加载机构，接收来自所述电机执行机构的动力输出，并转化为所述弹簧辅助加载机构的直线运动，用于对被测试样品进行加载；

位置传感机构，实时探测所述弹簧辅助加载机构的相对位置，得出被测试样品的形变量；

力传感机构，实时探测被测试样品所承受的应力值；

基座，用于安装所述电机执行机构、弹簧辅助加载机构、位置传感机构及力传感机构。

进一步的，所述电机执行机构包括电机、减速器、第一机架和传动机构；

所述电机的输出端与减速器的输入端连接，所述减速器的输出端与所述传动机构连接，所述传动机构与所述弹簧辅助加载机构连接；所述电机和所述减速器安装固定于所述第一机架，所述第一机架安装于所述基座。

进一步的，所述传动机构包括主动轮、从动轮、蜗杆、蜗轮、丝杆、螺母、第二机架及第三机架；

所述主动轮套装固定在所述减速器的输出轴，所述从动轮套装固定在所述蜗杆的一端，所述主动轮、从动轮相互啮合；所述蜗杆的两端安装于所述第二机架，所述第二机架安装于所述基座；