[发明专利]一种压痕测试装置压头倾斜角度的确定方法及系统

说明书

本发明公开了一种压痕测试装置压头倾斜角度的确定方法及系统。该方法包括：将圆锥压头安装于压痕测试装置中，并在材料上进行压痕测试；测量压痕的残余深度；对压痕进行图像采集，得到压痕图像；基于所述压痕图像，确定压痕的形状；当所述压痕的形状为圆形时，确定所述圆锥压头的倾斜角度为0；当所述压痕的形状为椭圆形时，测量所述压痕的长轴，基于所述压痕的长轴、残余深度以及圆锥压头的圆锥角，计算所述圆锥压头的倾斜角度。本发明提供的压痕测试装置压头倾斜角度的确定方法及系统解决了现有技术中测试方法单一、测试仪器操作不便且测量结果不精确的问题，对后续材料力学性能计算公式的修正具有重大意义。

技术领域

本发明涉及压入仪器精度修正领域，特别是涉及一种压痕测试装置压头倾斜角度的确定方法及系统。

背景技术

仪器化压入测试技术主要是通过连续记录载荷和压入深度从而获得载荷-位移关系曲线，最终通过分析曲线获得被测材料的硬度和弹性模量等参数。目前纳米压痕测试已经可以获得硬度、弹性模量、应力-应变曲线、断裂韧性、蠕变特性、疲劳特性、粘附性等参数。但是倾斜对载荷位移曲线和相应的通过纳米压痕测量的力学性能结果有很大的影响。压痕测试仪器是具有多种功能的复杂仪器，因此也就存在多种潜在因素引起压头与试件表面之间的倾斜，进而导致测试误差。例如：压头安装单元不垂直、轴定位平台安装不垂直、机架安装不垂直、定位平台安装不垂直、试件制备或安装不平整等，这些因素最终都会导致压头与试件表面之间的倾斜。此外，仪器的机架柔度、压头的几何误差及与轴的安装误差等等也是导致压头与试件表面倾斜的潜在因素。倾斜会导致接触面积和接触刚度增加，最终导致材料的弹性模量和硬度被高估。目前市场上的压入仪器一般很少去校准倾斜角度，究其原因是缺乏很好的倾斜角度测试方案，且已有的测试方法应用局限性很高。

发明内容

本发明的目的是提供一种应用范围广、精度高的压痕测试装置压头倾斜角度的确定方法及系统。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种压痕测试装置压头倾斜角度的确定方法，包括：

将圆锥压头安装于压痕测试装置中，并在材料上进行压痕测试；

测量压痕的残余深度；

对压痕进行图像采集，得到压痕图像；

基于所述压痕图像，确定压痕的形状；

当所述压痕的形状为圆形时，确定所述圆锥压头的倾斜角度为0°；

当所述压痕的形状为椭圆形时，测量所述压痕的长轴，基于所述压痕的长轴、残余深度以及圆锥压头的圆锥角，计算所述圆锥压头的倾斜角度。

可选的，所述基于所述压痕的长轴、残余深度以及圆锥压头的圆锥角，计算所述圆锥压头的倾斜角度，具体包括：

根据计算残余深度h_p处所对应的圆锥压头的直径b，其中，为圆锥压头的圆锥角；

根据计算所述圆锥压头的倾斜角度θ，其中，a为压痕的长轴。

可选的，采用光学显微镜或者金相显微镜采集所述压痕的图像。

可选的，采用压痕测试装置自带的光学成像系统采集所述压痕的图像。

可选的，所述圆锥压头为洛氏圆锥压头。

本发明还提供了一种压痕测试装置压头倾斜角度的确定系统，包括：

压痕测试模块，用于将圆锥压头安装于压痕测试装置中，并在材料上进行压痕测试；

残余深度测量模块，用于测量压痕的残余深度；

压痕图像采集模块，用于对压痕进行图像采集，得到压痕图像；

压痕形状确定模块，用于基于所述压痕图像，确定压痕的形状；