[发明专利]可原位进行X射线光电子能谱分析的微动磨损试验装置

说明书

一种可原位进行X射线光电子能谱分析的微动磨损试验装置，其主要结构是：微动磨损试验机的施力杆的中下部及以下的所有部件均密封包裹在真空腔内；真空腔上安装有真空计，真空腔的左部通过连接管与X射线光电子能谱分析仪的真空进样腔连接；真空腔后部与真空泵连接；真空腔的右部与磁力杆密封连接；磁力杆的内腔套有推杆，磁力杆的外周面套合带磁性的磁力环；推杆的右部带磁性，推杆的左端部安装有可与微动磨损试验机的下夹具卡合的卡合装置。该装置能够真空微动磨损试验结束后，随即在同一真空环境下，对磨痕表面和磨屑成分进行原位X射线光电子能谱分析，从而更准确、更可靠第得出材料在真空环境的微动服役性能及其损伤机理。

技术领域

本发明涉及微动磨损试验装置，尤其涉及属于一种在真空工况下测量材料切向微动磨损性能的真空微动磨损试验方法，特别研究磨屑成分演化规律。

技术背景

微动磨损是指由于外界振动引起紧密结合的表面发生微米量级幅度的往复运动。微动引起的机械零部件接触表面破坏或引起的裂纹萌生、扩展与断裂，将导致整个运转系统失效。其中磨屑的形成及氧化在微动磨损过程中起到重要影响。

在不同真空度、氧分压和惰性气氛环境下，相互接触的材料之间磨屑的形成及氧化存在差异，使微动磨损性能发生显著变化。现有的微动磨损试验机，包含了切向、径向、扭转、滚动等四类，能够实时测试出在大气环境或腐蚀溶液中材料的摩擦系数，并在试验完成后计算出材料的磨损率。也可在试验完成后，取出试件用X射线衍射相分析或X射线光电子能谱分析(XPS，X-ray photoelectron spectroscopy)，对磨痕表面和磨屑进行成分分析。但试件的试验、取运过程均暴露在大气环境中，空气极易附着在试件表面，试件的磨痕表面受到空气污染，不能准确测出试件在真空环境下微动服役性的磨屑成分及其演变规律。

随着航天航空的发展，越来越多的机械(飞机、火箭、卫星)在真空及低气压环境下服役。需要更准确地测出试件在真空环境下微动服役性的磨屑成分及其演变规律，从而得出材料在真空环境的微动服役性能及其损伤机理，为提高其服役寿命提供可靠的数据支撑。

发明内容

本发明的发明目的在于提供了一种可原位进行X射线光电子能谱分析的微动磨损试验装置。该装置能够进行不同真空度环境下，不同平面材料与球形材料的微动磨损试验；且试验结束后，能在同一真空环境下，对磨痕表面和磨屑成分进行原位的X射线光电子能谱分析，从而更准确、更可靠第得出材料在真空环境的微动服役性能及其损伤机理。

本发明实现上述目的所采用的技术方案是，一种可原位进行X射线光电子能谱分析的微动磨损试验装置，包括X射线光电子能谱分析仪、微动磨损试验机、微动磨损试验机上的施力杆、三维力传感器、上夹具、下夹具和下夹具固定机构，其特征在于：

所述的施力杆的中下部及三维力传感器、上夹具、下夹具和下夹具固定机构均密封包裹在真空腔内，真空腔的底部安装在箱型的基座的顶部；

所述的真空腔上安装有真空计，真空腔的左部设有水平的连接管，连接管通过法兰与X射线光电子能谱分析仪的真空进样腔连接；所述的真空腔还通过后部的接口法兰与真空泵连接；

所述的真空腔的右部与磁力杆密封连接；磁力杆的内腔套有方形的推杆，磁力杆的外周面套合带磁性的磁力环；推杆的右部带磁性，推杆伸入真空腔的左端部安装有可与微动磨损试验机的下夹具卡合的卡合装置。

本发明的工作过程和原理是：

将球形的上试件夹持于上夹具上，块状的下试件夹持于下夹具上；再将下夹具固定于下夹具固定机构上；然后施力杆向下移动球形、块状试件接触，并通过施力杆竖直向下施加设定的载荷。开启真空泵，当真空计读数达到设定值时，关闭真空泵。通过下夹具固定机构驱动下夹具及其球形试件在水平方向往复微动，进行两试件间的微动磨损试验；同时，三维力传感器测出两试件间的正应力和摩擦力。