[发明专利]一种划痕测试装置及划痕测试方法

权利要求书

1.一种划痕测试装置，其特征在于：包括滑轨、弹力计和位移传感器，所述弹力计与所述滑轨滑动连接，所述弹力计下端的压头用于压入测试试样，所述位移传感器用于测量所述压头压入测试试样的深度，所述弹力计沿所述滑轨滑动，使得所述压头在测试试样上形成划痕。

2.根据权利要求1所述的划痕测试装置，其特征在于：所述划痕测试装置还包括载物台，所述载物台上设置有凹槽，所述凹槽用于放置测试试样。

3.根据权利要求1所述的划痕测试装置，其特征在于：所述划痕测试装置还包括电机，所述电机驱动所述弹力计沿所述滑轨滑动。

4.根据权利要求1所述的划痕测试装置，其特征在于：所述压头呈半球形；所述压头采用不锈钢制成。

5.根据权利要求1所述的划痕测试装置，其特征在于：所述划痕测试装置还包括位移显示器，所述位移显示器与所述位移传感器电连接，所述位移显示器用于显示所述压头压入测试试样的深度。

6.根据权利要求1所述的划痕测试装置，其特征在于：所述位移传感器的线性度小于或等于0.5％。

7.根据权利要求1所述的划痕测试装置，其特征在于：所述测试试样的形状为长方体。

8.根据权利要求1所述的划痕测试装置，其特征在于：所述压头的中心线垂直于测试试样的上表面。

9.一种采用如权利要求1-8任一项所述的划痕测试装置的划痕测试方法，其特征在于：包括如下步骤：

步骤一，将弹力计的压头压入测试试样；

步骤二，滑轨带动弹力计在测试试样上水平滑动；

步骤三，通过计算得出测试试样的滑动接触刚度K为：

其中，p为电机的功率；v为压头的移动速度；k₁为压头在测试试样上移动时产生的滑动摩擦力大小与压头的移动速度v的二次方之间的比例系数；S为压头与测试试样的接触面积；R为压头的半径；δ为压头压入测试试样的深度。

10.根据权利要求9所述的划痕测试方法，其特征在于：所述步骤三中，计算测试试样的滑动接触刚度K的过程包括：

a，假设测试试样的滑动接触刚度为K，压头与测试试样的接触面积为S，则压头所受弹力F为：

F＝KS

其中，压头所受弹力F通过弹力计读出；

b，压头所在的球面投影到平面上，建立直角坐标系，构建函数关系式为：

x²+(y-R)²＝R²

其中，x为压头在X轴的投影尺寸，y为压头在Y轴的投影尺寸；

c，用积分的方法计算压头与测试试样的接触面积S，由对称性可知，积分式只需表示1/4倍的接触面积然后再乘以倍数：

d，通过换元的方法使积分式得到化简，积分上下限随之变化：

e；换元后的积分式为：

f；积分后的结果为：

g；代入参数，得到接触面积S与压痕深度δ之间的关系为：

h；压头在测试试样上移动时产生的滑动摩擦力f的大小与压头的移动速度v有关，假设为二次函数关系，即：

f＝k₁v²；

i；根据压头所受电机的推力、滑动摩擦力及弹力之间的关系，得到平衡关系式为：

j；整理后得到测试试样的滑动接触刚度K的表达式为：