一种薄膜结合强度测试设备的制造方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种薄膜结合强度测试设备，包括光学平板、支撑系统、Y轴方向进给装置、角度可调节夹具、工具头、Z轴设定器、Z轴定器夹具、X轴方向进给装置、压头、声发射系统、测力系统。本实用新型所公开的薄膜结合性能测试设备可实现对不同厚度和层数的薄膜的结合性能的评价和测定。通过力信号发生突变的时间或者声发射信号来表征薄膜的结合强度，测力系统和声发射系统可以准确记录测试过程中力信号和声发射信号的变化。
【专利说明】
一种薄膜结合强度测试设备
技术领域
[0001]本实用新型涉及一种薄膜结合性能测试设备，特别是涉及一种利用力传感和声发射传感的薄膜测试设备。
【背景技术】
[0002]零件或者构件在工作过程中会发生失效行为。磨损、腐蚀和疲劳是最主要的失效形式，尤其是在高温、高压、腐蚀等条件下。在零件或者构件表面运用薄膜技术是提高其寿命的一种重要手段。随着薄膜技术的不断发展，人们对其寿命及可靠性提出了越来越高的要求。而薄膜的结合强度是评价其质量的一个重要指标。评价薄膜强度的试验方法有多达350多种，其中划痕试验法是应用最广泛的，这种方法操作简单、直观，并且可以量化。中科院兰州化学物理研究所和大连理工大学起草制定了《气相沉积薄膜与基体附着力的划痕实验法》，并于1998年实施。国内外划痕法测试的设备也已经开发了很多种，大多数是不断加大工具头与薄膜之间的压力的形式，而不同薄膜的结合力也会相差很多，结合力强的薄膜得出临界载荷的位置也会较长，无法在较短的划痕长度内得到薄膜的结合强度。本实用新型公开了一种薄膜结合强度测试设备，可以根据薄膜厚度使被测试样品倾斜一定的角度，用力信号拐点的出现和声发射信号来表征薄膜的结合性能，可以对不同厚度和层数的薄膜结合性能进行评价和测定。
【实用新型内容】
[0003]实用新型的目的在于克服现有技术之不足，提供一种薄膜结合强度测试设备，本实用新型的膜结合强度测试设备，可以根据薄膜厚度使被测试样品倾斜一定的角度，用力信号拐点的出现和声发射信号来表征薄膜的结合性能，可以对不同厚度和层数的薄膜结合性能进行评价和测定。机构简单，测试快捷，准确性高。
[0004]本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是:提供一种薄膜结合强度测试设备，包括:光学平板、支撑系统、Y轴方向进给装置、角度可调节夹具、工具头、Z轴设定器、Z轴设定器夹具、X轴方向进给装置、压头、声发射系统、测力系统;所述测力系统包括力传感器和力数据处理部分;所述声发射系统包括声发射传感器和声音数据处理部分
[0005]所述支撑系统固定光学平板上;所述X轴方向进给装置安装于支撑系统上所述Y轴方向进给装置固定于光学平板上;所述角度可调节夹具固定于Y轴方向进给装置上;所述Z轴设定器夹具安装在X轴方向进给装置上;所述Z轴设定器固定在Z轴设定器夹具上;所述力传感器通过Z轴设定器夹具与Z轴设定器相连;所述工具头固定在力传感器上;所述压头固定在工具头上;所述角度可调节夹具上用于放置被测样品，所述声发射系统内的声发射传感器固定在被测样品上;所述测力系统的力数据处理部分采集力传感器的数据;所述声发射系统的声音数据处理部分采集声发射传感器的数据。
[0006]优选的，所述压头为金刚石划针，其锥角度范围为60°?120°，圆弧半径范围为10μm ?200μπιο
[0007]优选的，所述测力系统包括:力传感器、力数据采集卡和放大器;所述力传感器与测力系统的放大器连接;放大器连接力数据采集卡。
[0008]优选的，所述声发射系统包括声发射传感器、电荷放大器和声发射数据采集卡;所述声发射传感器与电荷放大器相连;所述电荷放大器连接声发射数据采集卡。
[0009]优选的，被测样品要经过研磨抛光处理，表面粗糙度优于Ra0.Ιμπι，被固定在角度可调夹具前要用超声清洗机进行清洗。
[0010]优选的，所述的X轴方向进给装置，应具有较高的定位精度，一般要求定位精度优于 Iym ο
[0011]优选的，所述的Y轴方向进给装置，应具有较高的定位精度，一般要求定位精度优于0.1ym0
[0012]优选的，所述的Z轴设定器，为高精度Z轴设定器，且其定位精度优于0.Ιμπι。
[0013]优选的，所述的角度可调夹具，可调节角度精度优于0.02°。
[0014]优选的，通过控制Y轴方向进给装置和X轴方向进给装置调整工具头与角度可调夹具上的被测样品之间的相对位置;调整Z轴设定器调节压头与被测样品的距离，使压头与被测样品刚好接触;调节角度可调夹具的倾斜角度;打开测力系统和声发射系统，驱动Y轴方向进给装置;测力系统采集压头在被测样品上的划擦过程中力的动态变化，声发射系统采集划擦过程中力的声发射信号。
[0015]优选的，判断压头与被测样品刚好接触包括如下步骤:
[0016]Al、通过控制器移动X轴和Y轴进给装置，调整被测样品的相对位置使金刚石划针正对被测试试样的目标位置；
[0017]Α2、通过控制器移动Z轴设定器使靠被测样品近金刚石划针，至肉眼无法分辨两者相对位置后用塞尺确定两者相对位置，调节Z轴设定器至塞尺最小尺寸；
[0018]A3、打开测力系统，调节Z轴设定器，每次点动的位移量为调节Z轴设定器的最小位移，观察接触力的实时变化，当接触力到达临界值时停止移动调节Z轴设定器。
[0019]本实用新型的有益效果是:本实用新型所公开的薄膜结合性能测试设备可实现对不同厚度和层数的薄膜的结合性能的评价和测定。通过力信号发生突变的时间或者声发射信号来表征薄膜的结合强度，测力系统和声发射系统可以准确记录测试过程中力信号和声发射信号的变化。
[0020]以下结合附图及实施例对本实用新型作进一步详细说明；但本实用新型的一种薄膜结合强度测试设备不局限于实施例。
【附图说明】
[0021]图1为本实用新型的主视图；
[0022]图2为本实用新型的侧视图。
【具体实施方式】
[0023]实施例1
[0024]参见图1至图2所示，本实用新型的一种薄膜结合强度测试设备，包括:光学平板1、支撑系统2、Υ轴方向进给装置3、角度可调节夹具4、工具头6、Ζ轴设定器8、Ζ轴设定器夹具9、X轴方向进给装置10、压头11、声发射系统12、测力系统;所述测力系统包括力传感器7和力数据处理部分;所述声发射系统包括声发射传感器12和声音数据处理部分
[0025]所述支撑系统2固定光学平板I上;所述X轴方向进给装置10安装于支撑系统2上所述Y轴方向进给装置3固定于光学平板I上;所述角度可调节夹具4固定于Y轴方向进给装置3上;所述Z轴设定器夹具8安装在X轴方向进给装置10上;所述Z轴设定器8固定在Z轴设定器夹具9上;所述力传感器7通过Z轴设定器夹具9与Z轴设定器8相连;所述工具头6固定在力传感器7上;所述压头11固定在工具头6上;所述角度可调节夹具4上用于放置被测样品5，所述声发射系统内的声发射传感器12固定在被测样品5上;所述测力系统采集力传感器7的数据;所述声发射系统12采集声发射传感器的数据。
[0026]更进一步，所述压头11为金刚石划针，其锥角度范围为60°?120°，圆弧半径范围为 ΙΟμπι ?200μηι。
[0027]更进一步，所述测力系统包括:力传感器7、力数据采集卡和放大器;所述力传感器与测力系统的放大器连接;放大器连接力数据采集卡。
[0028]更进一步，所述声发射系统包括声发射传感器12、电荷放大器和声发射数据采集卡;所述声发射传感器与电荷放大器相连;所述电荷放大器连接声发射数据采集卡。
[0029]更进一步，所述的X轴方向进给装置10，应具有较高的定位精度，一般要求定位精度优于Iym。
[0030]更进一步，所述的Y轴方向进给装置3，应具有较高的定位精度，一般要求定位精度优于0.1ymο
[0031 ]更进一步，所述的Z轴设定器8，为高精度Z轴设定器，且其定位精度优于0.Ιμπι。
[0032]更进一步，所述的角度可调夹具4，可调节角度精度优于0.02°。
[0033]更进一步，通过控制Y轴方向进给装置3和X轴方向进给装置10调整工具头6与角度可调夹具4上的被测样品5之间的相对位置；调整Z轴设定器8调节压头11与被测样品5的距离，使压头11与被测样品5刚好接触;调节角度可调夹具4的倾斜角度;打开测力系统和声发射系统，驱动Y轴方向进给装置3;测力系统采集压头11在被测样品5上的划擦过程中力的动态变化，声发射系统采集划擦过程中力的声发射信号。
[0034]更进一步，判断压头11与被测样品5刚好接触包括如下步骤:
[0035]Al、通过控制器移动X轴方向进给装置10和Y轴方向进给装置3，调整被测样品5的相对位置使压头11正对被测试试样5的目标位置；
[0036]Α2、通过控制器移动Z轴设定器8使被测样品5靠近压头11，至肉眼无法分辨两者相对位置后用塞尺确定两者相对位置，调节Z轴设定器8至塞尺最小尺寸；
[0037]A3、打开测力系统，调节Z轴设定器8，每次点动的位移量为调节Z轴设定器8的最小位移，观察接触力的实时变化，当接触力到达临界值时停止移动调节Z轴设定器8。
[0038]上述实施例仅用来进一步说明本实用新型的一种薄膜结合强度测试设备，但本实用新型并不局限于实施例，凡是依据本实用新型的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均落入本实用新型技术方案的保护范围内。
【主权项】
1.一种薄膜结合强度测试设备，其特征在于，包括:光学平板、支撑系统、Y轴方向进给装置、角度可调节夹具、工具头、Z轴设定器、Z轴设定器夹具、X轴方向进给装置、压头、声发射系统、测力系统;所述测力系统包括力传感器和力数据处理部分;所述声发射系统包括声发射传感器和声音数据处理部分； 所述支撑系统固定光学平板上;所述X轴方向进给装置安装于支撑系统上所述Y轴方向进给装置固定于光学平板上;所述角度可调节夹具固定于Y轴方向进给装置上;所述Z轴设定器夹具安装在X轴方向进给装置上;所述Z轴设定器固定在Z轴设定器夹具上;所述力传感器通过Z轴设定器夹具与Z轴设定器相连;所述工具头固定在力传感器上;所述压头固定在工具头上;所述角度可调节夹具上用于放置被测样品，所述声发射系统内的声发射传感器固定在被测样品上;所述测力系统的力数据处理部分采集力传感器的数据;所述声发射系统的声音数据处理部分采集声发射传感器的数据。2.根据权利要求1所述的一种薄膜结合强度测试设备，其特征在于:所述压头为金刚石划针，其锥角度范围为60°?120°，圆弧半径范围为ΙΟμπι?200μπι。3.根据权利要求1所述的一种薄膜结合强度测试设备，其特征在于:所述测力系统包括:力数据采集卡和放大器;所述力传感器与测力系统的放大器连接;放大器连接力数据采集卡。4.根据权利要求1所述的一种薄膜结合强度测试设备，其特征在于:所述声发射系统包括声发射传感器、电荷放大器和声发射数据米集卡;所述声发射传感器与电荷放大器相连；所述电荷放大器连接声发射数据采集卡。5.根据权利要求1所述的一种薄膜结合强度测试设备，其特征在于:通过控制Y轴方向进给装置和X轴方向进给装置调整工具头与角度可调夹具上的被测样品之间的相对位置；调整Z轴设定器调节压头与被测样品的距离，使压头与被测样品刚好接触;调节角度可调夹具的倾斜角度;打开测力系统和声发射系统，驱动Y轴方向进给装置;测力系统采集压头在被测样品上的划擦过程中力的动态变化，声发射系统采集划擦过程中力的声发射信号。
【文档编号】G01N19/04GK205483974SQ201620112146
【公开日】2016年8月17日
【申请日】2016年2月4日
【发明人】王宁昌, 姜峰, 张涛
【申请人】华侨大学