高速冲击薄膜摩擦学试验机及评价薄膜冲击摩擦性的方法

摘要

本发明提供了一种具有新型结构的高速冲击薄膜摩擦学试验机，包括由高精度气悬浮电机构成的高速旋转薄膜样品台，悬臂梁定位装置、安装在悬臂梁前端的冲击摩擦对偶样，和用于监测冲击摩擦对偶样与薄膜样品间距离的显微镜构成的冲击运动系统，以及由多普勒激光测振仪和声波测振仪传感器构成的信号采集系统。与现有技术相比，本发明的冲击薄膜摩擦学试验机能够在超高速运动和超轻冲击载荷条件下精确评价微米/纳米尺度薄膜的冲击摩擦性、耐久寿命和接触力特征等性能。

主权项

一种高速冲击薄膜摩擦学试验机，其特征是：主要由高速旋转薄膜样品台、冲击运动系统以及信号采集系统构成；所述的高速旋转薄膜样品台由高精度气悬浮电机（1）构成，待测薄膜样品（3）套接在气悬浮电机（1）的转子上部，所述的气悬浮电机（1）的转子上部的凹槽中设有负压孔（2），用于动态吸住旋转薄膜样品；所述的冲击运动系统包括悬臂梁定位装置、安装在悬臂梁前端的冲击摩擦对偶样夹具以及冲击摩擦对偶样夹具夹持的冲击摩擦对偶样，以及用于监测冲击摩擦对偶样与薄膜样品（3）间距离的显微镜（17）；所述的悬臂梁定位装置包括沿水平面滑移的一维滑移台（4）；安装在一维滑移台（4）上、沿垂直方向升降的垂直升降台（5）；安装在一维滑移台（4）上、沿垂直方向升降的手动微调升降器（6）；与垂直升降台（5）相连接、平行于水平面的第一支架（18）；通过纳米级伸缩压电陶瓷管（8）与第一支架（18）相连接、平行于水平面的第二支架（19）；安装在第二支架前端的悬臂梁（7）；与手动微调升降器（6）相连接、平行于水平面的第三支架（20）；以及分别安装在第二支架和第三支架（19）后端的纳米电容传感器（9）；所述的信号采集系统包括多普勒激光测振仪（13）和声波测振仪传感器（11）；多普勒激光测振仪（13）位于冲击摩擦对偶样夹具的正上方一定距离处，用于非接触式采集冲击振动的频谱信号；声波测振仪传感器（11）位于冲击摩擦对偶样上方并且与冲击摩擦对偶样的上表面接触，用于接触式采集冲击振动的频谱信号；进行冲击摩擦实验时，启动气悬浮电机（1），转子上部凹槽内的负压孔（2）动态吸附薄膜样品（3）带动其高速旋转，纳米级伸缩压电陶瓷管（8）伸缩运动，驱动冲击摩擦对偶样朝薄膜样品（3）做轻载冲击运动，冲击高速旋转的薄膜样品（3），冲击瞬间产生的振动波经冲击摩擦对偶样传给接触式声波测振仪传感器（11），同时，多普勒激光测振仪（13）被触发，通过多普勒激光的频移现象非接触采集冲击摩擦对偶样的振动信号，从而获得薄膜样品（3）在高速冲击作用下的摩擦性能。