真空环境下的高温微纳米压痕测试装置与方法

摘要

本发明涉及一种真空环境下的高温微纳米压痕测试装置与方法，属于机电一体化精密仪器领域。装置可用于真空环境，防止高温环境造成对压头和试样的氧化，削弱空气流动对试样加热的影响，保障试样加热温度稳定，进而开展对试样微观力学性能的测试分析，获取材料的硬度、弹性模量、蠕变特性以及力热耦合作用的特性参数等，以研究变温和高温环境对材料微观力学行为、变形损伤机制和微观组织结构演化的影响规律，指导材料及其制品设计制造、寿命预测和可靠性评估。装置结构紧凑，测量精度高，应用范围广，在材料科学、装备制造、钢铁冶金、国防军事和航空航天等领域具备广阔应用前景，本发明的测试方法将丰富材料微观力学性能测试的理论与技术体系。

主权项

一种真空环境下的高温微纳米压痕测试装置，其特征在于：包括Z向宏观调整模块、压痕精密加载模块、压痕测试模块、加热模块和偏心换点机构，Z向宏观调整模块装配在大理石基体(5)上，压痕精密加载模块通过柔性铰链连接架(19)安装在Z向宏观调整模块上，由压电叠堆(21)推动柔性铰链(20)使其下部结构产生精密位移，从而实现压痕的精密加载；压痕测试模块中，电容式位移传感器测量端(7)通过微动平台(10)固定在宏观调整平台(18)上，并通过位移测量板(23)的位移来实现位移信号的检测；力传感器(22)串联在柔性铰链(20)与水冷杆(24)之间，实现载荷信号的检测；加热模块由加热炉(4)、温度控制系统(50)以及热电偶(51)组成，通过在温度控制系统(50)中设定温度加载模式来实现加热炉内炉温的加载，并通过加热炉中的热电偶实时将测量的炉温反馈给温度控制系统从而实现炉温的闭环控制，加热炉(4)通过加热炉支板(3)固定在加热炉左、右支腿(32、2)上，加热炉左、右支腿(32、2)通过螺钉连接在大理石底座(1)上；热电偶(51)的测量端放置在加热炉(4)炉腔中，另一端通过导线与温度控制系统(50)相连，实时进行温度反馈，温度控制系统(50)与加热炉(4)之间通过导线传输温控信号；所述偏心换点机构的偏心换点机构电机(39)通过传动轴轴承端盖(47)固定在偏心换点机构支撑板(31)上，其产生的动力经偏心换点机构传动轴(38)、小齿轮(36)、大齿轮(29)传递给偏心换点机构冷却轴(28)，进而带动氧化铝耐热平台(27)、氧化铝耐热载物台(26)实现压痕测试过程中不同压入位置点的更换；偏心换点机构冷却轴(28)下部通过旋转接头连接法兰(33)与旋转接头(34)转子相连，旋转接头(34)定子经旋转接头固定架(35)固定在加热炉左支腿(32)上。