[实用新型]一种硬质薄膜协同变形施加装置

说明书

本实用新型为一种硬质薄膜协同变形施加装置，该装置的组成包括底座和支撑架、压力施加模块、安装试样模块和压力传感模块；支撑架由正方形端盖和4根支撑柱组成；4根支撑柱的上端分别固定在正方形端盖的下端面的四角，4根支撑柱的下端固定在底座上；所述的支撑架的顶部端盖的中心开有圆孔；所述的施加压力模块的组成包括施力螺杆、六角螺母和圆形手柄；所述的安装试样模块的组成包括拉伸弹簧、U型槽和试样固定圆柱；所述的压力传感模块的组成包括压力传感器和传感器螺杆。本实用新型结构简单，成本低廉，操作方便，可以模拟零件在装配过程中的变形过程。

技术领域

本实用新型涉及硬质薄膜结合强度测试领域，特别是对薄膜在装配或服役过程中随基体协同变形的零件。

背景技术

薄膜与基体的界面结合强度是决定薄膜是否能进行工程应用的重要因素，特别是对于硬质薄膜，虽然硬度较高，但韧性相对较低，且热胀系数与基体相差较大，如果工件在受热、服役和装配等过程中发生变形，沉积在工件表面的薄膜容易剥落，失去耐磨和减磨功能，造成设备不正常运转，产生噪声和卡顿。

现有的测试硬质薄膜与基体界面结合强度的试验方法有很多，如压痕法、划痕法、拉伸法和喷丸法等。压痕法和划痕法为最常用的两种方法，其中压痕法使用洛氏硬度计进行加载，压头为圆形或四棱锥型，载荷1471N，加载后用100倍的光学显微镜进行观察，观察是否引起压痕边缘相邻的膜层破坏，根据破坏的程度对薄膜的结合强度进行评级，如果边缘整齐，没有剥离的痕迹，说明薄膜与基体结合强度较好，该方法虽然简单易操作，但加载为固定值加载，因此只能对结合强度进行定性的评估，难以精确测定临街载荷，在实际生产中使用较多。

划痕法作为另一种常用的薄膜与基体界面强度测试方法，具有操作简单、直观、可量化的有点，目前在硬质薄膜的科学研究中具有重要的应用，且国内外生产和研制了多种型号的划痕试验机，且已形成行业标准。其原理是使用特定的金刚石锥角压头，不断增加载荷，保持压头匀速直线划刻薄膜直至薄膜破坏，通过监测整个过程中声发射信号或摩擦力信号变化标定出薄膜破坏时的临界载荷值Lc，严格意义上在整个划移过程中可分为三个阶段：一是薄膜内出现少量裂纹阶段，摩擦力和声发射信号较平稳；二是裂纹横向扩展阶段，划痕边缘出现薄膜剥落，摩擦力和声信号突变，产生失效临界载荷Lc；三是压头与基体接触，基体塑性变形，摩擦力和声发射信号缓和。但该方法是由条件限制的，只有当薄膜的抗剪切强度大于薄膜与基体的结合强度时才具有实际意义，当薄膜相对硬度较低(纳米硬度≤10GPa，厚度≤5μm，层状润滑薄膜)，剪切强度小时，划痕法测试中声信号和摩擦力曲线没有突变点，没有临界载荷Lc，因此无法进行定量分析。

因此，对于该类剪切强度较小的薄膜如何有效的测量薄膜与基体的结合强度是薄膜测试过程中的难题，虽然在实际生产和工程应用中前几种方法可以有效评估薄膜的结合强度，但对科学研究并不能给出定量分析，研究和开发更简便、有效和准确的薄膜与基体界面结合强度的装置和方法，成为本领域技术人员亟需解决的问题。

实用新型内容

本实用新型的目的为针对当前剪切强度较小的硬质薄膜无法测量结合强度的问题，提供了一种薄膜协同基体变形施加装置。该装置使用拉力弹簧和固定圆柱来固定片状试样，抛光的圆柱表面在试样弯曲收缩的过程中不会划表面的薄膜，并且可根据被测试样的弯曲强度调整拉力弹簧的量程，使被测试样处于紧固状态，在变形过程中避免被测样品在大的变形下出现两边向中间隆起导致的形变不均匀，确保形变后的试样与正下方的支撑物外轮廓贴合度良好，有效模拟实际零件的装配工况。并且加载过程为手动连续加载，底部有压力传感器，可实时显示加载力。

本实用新型的技术方案为：

一种硬质薄膜协同变形施加装置，该装置的组成包括底座和支撑架、施加压力模块、安装试样模块和压力传感模块；

所述的底座为正方形板材；支撑架由正方形端盖和4根支撑柱组成；4根支撑柱的上端分别固定在正方形端盖的下端面的四角，4根支撑柱的下端固定在底座上；所述的支撑架的顶部端盖的中心开有带螺纹的圆孔；底座和正方形端盖的中心相同；