划痕仪使用说明书.docx

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划痕仪使用说明书

划痕仪使用说明书

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WS－２０0５涂层附着力自动划痕仪

使用说明书

一.概述

近二十多年来,耐磨、防腐涂层特别是各种功能涂层在工业、农业、国防、航天科技上得到广泛应用，收到了很大的经济效益和社会效益。

而任何涂层要发挥其功能的前提是附着强度的高低。

附着强度不高的涂层,谈论其它质量指标是没有意义的，涂层附着强度的检验，就成了涂层产品供需双方首先关注的问题。

涂层附着强度的检验方法有很多,如摩擦抛光试验,钢球滚光试验，粘接-剥离试验,锉刀试验,划线划格试验和划痕试验等,其中划痕试验是目前检验硬质涂层最常用也是较好的一种检验方法。

它是用具有光滑圆锥顶尖的标准金刚石划针,在逐渐增加载荷下刻划涂层表面,直至涂层被破坏,涂层破坏时所加的载荷称为临界载荷,并以此作为涂层与基体附着强度的度量。

二．仪器工作原理

涂层附着力划痕试验仪运用声发射检测技术、摩擦力检测技术及微机自控技术,通过自动加载机构将负荷连续加至划针（金刚石压头）上,同时移动试样，使划针刻划涂层表面。

通过各传感器获取划痕时的声发射信号、载荷的变化量、摩擦力的变化量，输入计算机进行数据转换,将测量结果绘制成图形,最终得到涂层与基体的结合强度（涂层破坏瞬间的临界载荷）。

涂层附着力划痕试验仪有两种检测模式，一种是利用声发射方法，主要适用于0．5-1０0um的硬质涂层的检测。

当划针将涂层划破或剥落时会发出微弱的声信号,此时载荷即为涂层的临界载荷,由此可得到涂层与基底的临界载荷值。

另一种是摩擦力方法，是对涂层与基底的摩擦系数差别较大的材料的测试，划针将涂层划破或脱落时,摩擦力将发生较大变化，摩擦力曲线会产生拐点，以此判定涂层的临界载荷值,此方法主要用于较软涂层。

三．仪器的测量方法

1.声发射测量方式:

计算机控制系统按设定的加载载荷、加载速率和划痕长度，自动连续加载,随着金刚石划针施加于样品表面载荷的不断增大和样品的连续移动，检测出划痕过程中样品表面涂层破损剥落时产生的声发射信号，同时绘制出声发射信号与载荷变化的对应曲线。

2.摩擦力测量方法:

当涂层较软或与基底摩擦系数差别较大时,在载荷的作用下,金刚石划针划开表面涂层与基底接触时,摩擦力将发生突变或出现拐点。

该方法适用于软质或较薄涂层。

３.恒载荷测量方法:

自动加载金刚石锥尖至样品表面到设定载荷值后,再启动试样平行往复移动。

样品移动过程中,载荷值不变。

该方法适用于较厚涂层。

4.静载荷测量方法:

随着金刚石划针施加于样品表面的载荷不断增大至设定值，不移动样品,使划针在样品表面保持静止压力一定的时间。

该方法适用于检测涂层承受静止压力的能力。

四.仪器主要技术指标

加荷范围:

０.01～200N自动连续加荷,精度0.1N

划痕长度：

2~10mm自动

加载速率:

　１０～100N/miｎ

测量范围:

0.5～１0０μm

摩擦力测量范围：

0.5~1０0０g　（或20００g）

加载压头:

金刚石。

锥角１２０度,尖端半经R＝０.2mm

显微镜:

100倍

测试操作：

键盘操作，微机控制

五.仪器结构

１.测量控制系统原理图略

2.主控箱前面板操作元件安装图

1．风扇　　　2.电源开关　３.电源指示灯　　5.声发射基线调零旋钮　　　

6．载荷调零旋钮　　７.摩擦力调零旋钮

六．仪器使用操作说明

1、准备工作

（1）检查仪器是否良好接地。

（2）各接线插头是否正确，接触良好。

（3）机架平台放置要平稳、牢靠。

（４）调整好主机加载横梁固定镙钉的松紧。

（5）将被测样品清洗干净。

2、开机

（1）检查整机接线准确无误后，打开计算机电源。

在计算机界面或进入winｄｏwsＸP资源管理器窗口,在驱动器Ｄ盘下“ＷS-划痕仪”目录中找到WS－＊＊**.exe执行文件。

双击鼠标，运行并打开程序界面。

（2）打开仪器控制箱电源，此时控制箱电源灯亮。

预热十分钟。

3、主控窗体各功能键使用说明

主控窗体如下:

（1）设定按钮：

用于输入初始试验参数。

用鼠标左键单击【设定】按钮,弹出参数设定窗口如下：

每次打开参数输入窗口，将显示上一次储存的参数。

如要重新输入或修改参数,用鼠标箭头指向要修改的文本框,单击左键,光标在文本框中闪动，用键盘输入修改值。

只输入数值，不输入单位。

试验参数设置完成后,用鼠标单击【确定】按钮，返回主控窗体。

实验控制参数

ａ.样品编号:

被测样品的编号。

b．加载载荷:

试验总的加载量，单位为牛顿。

一般应为整数值10、20、30、~100、120、１40、～200。

C.加载速率：

仪器自动加载荷的速率,单位为　N/min（牛顿/分钟）。

设定输入的参数最好为整数值，1０、2０、3０、~90、1０0、１２0等。

注意:

载荷值设定为100N以下时,加载速率与加载载荷值应一致,载荷值为100~２0０N范围时，加载速率最大为100N/min。

d．划痕长度：

测试中试样沿X轴方向的移动长度,单位为ｍｍ（毫米）。

一般为整数值,加载载荷为10～４0Ｎ时,划痕长度应为３mm，加载载荷为４0~80N时，划痕长度应为４mm,加载载荷为80~１00N时,划痕长度应为５mm,加载载荷为100～１50Ｎ时,划痕长度应为５~7ｍm，加载载荷为１50~２0０N时，划痕长度应为6~1０mm左右。

运行方式为动载方式时为有效值，恒载荷、静载荷方式时为无效值。

e．恒载长度：

在恒载荷运行方式下划痕的长度,单位为mm（毫米）。

一般应为整数值,1、2~10。

设定长度的方法同划痕长度。

动载荷、静载荷方式时为无效值。

f.往复次数:

恒载荷运行方式时，往复次数指在恒定载荷值下划痕的往复次数。

动载荷、静载荷方式时为无效值。

ｇ．静压时间:

在选择静载荷方式时，静压时间指在恒定载荷下金钢石压头的锥尖在样品表面施压的时间。

单位分钟。

动载、恒载方式时为无效值。

h.测量方式：

声发射测量方式、摩擦力测量方式、声发射与摩擦力同时测量方式。

运行方式为动载荷方式时可任选一种测量方式，运行方式为恒载荷、静载荷时只能选择声发射测量方式。

i.运行方式:

用户可根据自己的需要选择。

j.往复方式：

在恒载荷方式下，选单往复是指仪器自动加载到设定载荷值后,划针在样品表面上以恒定的载荷值从左向右单向划痕,结束后自动卸载，返回原点,为单往复一次。

下一次又从在原点自动加载到设定载荷值，在同一轨迹上再以恒定载荷值从左向右划一道,结束后自动卸载,返回原点。

如此单向划痕到设定的往复次数后结束试验。

双往复指仪器自动加载到设定载荷值后，在样品表面上以恒定载荷值从左向右划痕,结束后不卸载再在同一轨迹从右向左划回来，如此往复为一次，达到设定的往复次数后自动卸载。

（2）调图按钮：

鼠标单击该按钮,弹出对话框,选择要调用的文件名，单击【打开】按钮。

调用的文件以图形方式显示在屏幕上。

（3）存储按钮:

测试结束后，单击该按钮弹出对话框，输入要存储的文件名,单击【存储】按钮后以文本文件的形式保存试验结果。

（4）动载按钮：

动载荷运行方式时,单击此按钮,开始测试。

（5）清除按钮：

单击此按钮，将上一次的图形清除后,进行新的测试。

（6）恒载按钮:

恒载荷运行方式时,单击此按钮，开始测试。

（7）打印按钮：

单击此按钮,可打开MicrｏsoftExcel电子表格工具软件,重新绘图。

（8）静压按钮：

静载荷运行方式时,单击此按钮，开始测试。

（９）显示按钮:

恒载荷运行方式时,输入想要看的道数后，单击此按钮，可显示某一道的划痕图形

（10）帮助按钮：

为空。

（11）退出按钮：

退出试验程序,返回wｉndows窗口。

（１2）左移、右移按钮:

用鼠标单击按钮,可在Ｘ轴方向左、右移动样品台,调整样品与金刚石划针之间的位置。

（13）卸载、加载按钮:

用鼠标单击按钮,可上、下移动加载横梁,调整其与载荷传感器球形支点之间的位置。

主窗体中文本框注释

（１）动态载荷:

显示试验过程中样品表面的承受的载荷力值,单位牛顿。

（２）摩擦力：

当接入摩擦力传感器时,显示摩擦力的值,单位克。

（3）临界载荷：

测试结束后，用鼠标中轴（滚轮）点击图形首次起峰处，显示此点即为临界载荷值。

（４）响应道数：

在往复划痕过程中首次检测到声发射信号时,即显示当前道数值。

（５）参数设定值：

此框中显示用户设定的试验条件。

（6）　运行参数：

a.运行次数:

记录恒载荷试验过程中往复划痕的次数值。

b.输入道数：

在恒载荷试验结束后，输入想要查看某道声发射信号曲线的道数值。

c.静压时间：

在静载荷运行方式下，显示用户设定的静压时间。

七、　仪器测试操作方法

１．声发射测量方式的操作步骤

a．　将声发射夹具安装到位移平台上,把试样平稳地放在样品夹具内夹紧。

b．　系统调零

首先使载荷传感器处于空载状态，即金刚石压头锥尖悬空,逆时针旋转加载螺杆，使加载横梁前端离开载荷传感器球形支点,调整仪器控制箱前面板“调零”旋钮,使主窗体左上方“动态载荷”文本框中数值显示为“0”。

c.调整左、右移动平台旋钮,使金钢石压头锥尖处于样品表面的偏左侧位置且不触及样品表面（在测试过程中,样品台从右向左移动,划针是从样品的左侧向右侧划痕）。

d．旋转样品台升降旋钮,将载物台缓慢升起至金石压头锥尖刚触及试样表面，可根据加载横梁与传感器球形支点之间的间隙变小来判断，但两者不能接触。

e.顺时针缓慢旋转仪器主机加载螺杆使加载横梁前端接触到载荷传感器球形支点并观察动态载荷文本框中数值显示为“０.05”左右即可，准备测试。

f．点击《设定》按钮,进入“参数设定”文本框。

（1）进行“动载方式参数”的设定

（2）测量方式可选“声发射”

（3）运行方式选“动载荷”

其余文本框为无效参数，设定结束后,单击“确定”按钮。

g.单击《动载》按钮,测试开始。

程序自动检测并绘制出声发射信号曲线,待主窗体下端文本框中显示“测试结束”后，仪器自动卸载并返回原点。

h.点击《存储》按钮，在对话框中输入要保存的文件名,点击<保存>即可。

保存后的文件为文本格式，用户可用主窗体中的《调图》按钮，调取试验图形,也可用Ｅxcel读取数据,绘制图形。

注意：

保存文件中,第一列为载荷值，第二列为声发射信号值,如果“测量方式”选择的是“声发射、摩擦力”则第三列为摩擦力值。

ｉ.临界载荷的精确定位:

测试完成后，用鼠标箭头指在声发射图形曲线的首次起峰处，按下鼠标中键（滚轮），临界载荷数值自动显示在主窗体中“临界载荷”文本框里。

如图：

2.摩擦力及声发射、摩擦力测量方式的操作步骤:

a.先将声发射夹具卸下,再安装摩擦力平移台，再安装摩擦力传感器并插入信号线，最后将摩擦力夹具安装到测试平台上。

放好样品，拧紧固定旋钮。

b.系统调零

首先使摩擦力传感器处于空载状态。

将摩擦力平移台用手向左移动，使摩擦力平移台与摩擦力传感器触点离开（即摩擦力传感器不受力），调整控制箱前面板“摩擦力调零”旋钮，使主窗体上方“摩擦力”文本框中数值为‘0’（允许误差±0.５），摩擦力调零结束。

再将摩擦力平台向右移动轻轻靠上传感器的触点。

此时主窗体上方“摩擦力”文本框中有数值即可。

（允许范围1０克）

c．调整左、右移动平台旋钮，使金钢石压头锥尖处于样品表面的偏左侧位置且不触及样品表面（在测试过程中,样品台从右向左移动,划针是从样品的左侧向右侧划痕）。

d.旋转样品台升降旋钮，将载物台缓慢升起至金石压头锥尖刚触及试样表面,可根据加载横梁与传感器球形支点之间的间隙变小来判断,但两者不能接触。

e.顺时针缓慢旋转仪器主机加载螺杆使加载横梁前端接触到载荷传感器球形支点并观察动态载荷文本框中数值显示为“０.05”左右即可，准备测试。

ｆ.点击《设定》按钮,进入“参数设定”文本框。

（1）进行“动载方式参数”的设定

（2）测量方式可选“摩擦力”或“声发射、摩擦力”

（３）运行方式选“动载荷”

其余文本框为无效参数，设定结束后,单击“确定”按钮。

g.　单击《动载》按钮,测试开始。

程序自动检测并绘制出声发射、摩擦力信号曲线，待主窗体下端文本框中显示“测试结束”后,仪器自动卸载并返回原点。

ｈ.点击《存储》按钮,在对话框中输入要保存的文件名，点击<保存>即可。

保存后的文件为文本格式,用户可用主窗体中的《调图》按钮，调取试验图形，也可用Ｅxcｅｌ读取数据,绘制图形。

注意：

保存文件中,第一列为载荷值，第二列为声发射信号值,第三列为摩擦力值。

i.临界载荷的精确定位:

测试完成后,用鼠标箭头指在摩擦力信号曲线的第一个拐点处,如有声发射信号曲线，可将两条曲线对照判断。

按下鼠标中键（滚轮）,临界载荷数值自动显示在主窗体中“临界载荷”文本框里。

如图：

３.恒载荷方式操作方法:

a.将声发射夹具安装到位移平台上，把试样平稳地放在样品夹具内夹紧。

b.~ｅ.步骤与“声发射测量方式”相同，略去。

f．点击《设定》按钮,进入“参数设定”文本框。

（1）进行动载方式的参数设定

（2）进行恒载静压参数的设定:

恒载长度、往复次数，静压时间为无效参数；

（３）测量方式选“声发射”；

（4）运行方式选“恒载荷”

（5）往复方式可选“单往复”或“双往复”

其余文本框为无效参数,设定结束后,单击“确定”按钮。

g.单击《恒载》按钮,开始测试。

程序自动检测并绘制出每一次往复划痕时的声发射信号曲线。

达到设定的往复次数后，测试结束。

这时屏幕上显示首次出现声发射信号的那道曲线，如没有采集到声发射信号,则显示第一道划痕曲线。

待主窗体下端文本框中显示“测试结束”后,仪器自动卸载并返回原点。

h.测试结束后,在主窗体右下方“运行参数”中的“输入道数”文本框中键入划痕的道数值后，点击主窗体上方的《显示》按钮,此道的划痕结果便显示出来，用户可根据需要，选择保存图形。

例如:

“往复方式”为单往复，“往复次数”=2，单击《恒载》按钮

仪器自动加载到设定载荷值后，进行第一道划痕测试，完成后卸载、返回原点；

之后,仪器又自动加载到设定载荷值,进行第二道划痕测试之后卸载、返回原点;

整个测试过程结束。

这时在“运行参数”中的“输入道数”文本框中键入“1”，点击《显示》按钮，再点击《存储》按钮,保存第一道划痕曲线；

在“输入道数”文本框中键入“2”，点击《显示》按钮,再点《存储》按钮，保存第二道划痕曲线;这样两次的划痕结果都被保存下来了。

i.　用户可用主窗体中的《调图》按钮，调取试验图形,也可用Exｃｅl读取数据，绘制图形。

ｊ.　就临界载荷的精确定位：

判断方法同声发射测量方式。

　４.静载荷方式操作方法：

a.将声发射夹具安装到位移平台上,把试样平稳地放在样品夹具内夹紧。

ｂ．～ｅ.步骤与前面相同，略去。

f.点击《设定》按钮,进入“参数设定”文本框。

（１）进行动载方式参数的设定

（2）进行恒载静压参数的设定,选择静压时间；　

（3）测量方式选“声发射”;

（4）运行方式选“静载荷”

其余文本框为无效参数，设定结束后,单击“确定”按钮。

g.单击《静压》按钮,开始测试，仪器自动加载到设定载荷值,保持并达到静压时间后，卸载、返回原点，测试结束。

程序自动检测并绘制出静压时的声发射信号曲线。

h.点击《存储》按钮,在对话框中输入要保存的文件名,点击<保存＞即可。

保存后的文件为文本格式，用户可用主窗体中的《调图》按钮,调取试验图形,也可用Eｘｃｅl读取数据,绘制图形。

八、测量数据的图表制作

测试数据为实际测量值,以文本文件的格式存储。

测量数据文件的参数和数据存储顺序如下：

1┉１7行为试验条件,从18行开始为试验数据,共分三列：

第一列　载荷测量值

第二列声发射信号测量值

第三列摩擦力测量值

数据文件可以***.txt文本文件方式打开。

也可用MicrosoftExcel电子表格工具软件打开，进行绘图并转换为电子图表文件存储格式。

数据文件的图形制作的操作方法：

（1）.打开Exｃel电子图表工具软件，进入操作界面。

（2）．选择文件菜单中的“打开”选项，出现打开对话框，将文件类型改为.txｔ类型，找到并选择所要制图的＊**.ｔxt测试数据文件，点击“打开”；出现文本导入向导对话框，设定导入起始行为18（删除输入的参数）,点击下一步,选择“逗号”为分隔符，点击下一步,在列数据格式中选择“文本”，之后点击“完成”　。

测量数据全部显示在A１,B１,C１列上。

A1列为加载载荷,B1列为声发射信号强度,Ｃ1列为摩擦力。

（3）.选取任意两列或全部列,点击工具栏图表向导,弹出图表向导窗体，选择图表类型中的折线图,并选择第一个子图表类型。

鼠标左键点击“下一步”，弹出图表向导窗体，再点击“下一步”，弹出图表向导窗体,在“图表标题：

分类（X）轴:

数值（Y）轴中分别填写完成后点击“下一步”,再点击“完成”。

图表制作好了以后，用户可根据情况修改绘图区或分类轴的刻度等。

详细操作说明请参阅MiｃｒoｓofｔExcel软件应用参考书。

九、关机

（1）用鼠标单击程序窗口《退出》按钮和右上角关闭按钮，退出控制程序。

（2）先关闭控制箱开关,再关闭计算机。

十、仪器的调整和保养

仪器在出厂前，载荷及摩擦力传感器均已校准,如有故障，厂家负责维修。

本仪器应存放在干燥，温差小的室内。

定期在主机的发黑部件上擦少量油脂,以防生锈。

仪器使用一段时间后请在加载丝杆和平台移动丝杆上加适当的润滑脂,转动部分滴少量润滑油。

定期检查金刚石压头是否磨损，及时更换,以保证测试的准确性。

十一、注意事项：

1.仪器使用的计算机为专用控制机。

严禁更改操作系统、格式化硬盘、上网、游戏和影

　响计算机安全的操作。

2.仪器使用完毕后,必须先关闭主控制箱电源,以免主控电机长期通电过热烧毁。

3.定期向仪器运动部件滑轨、丝杠、轴承、齿轮等加注润滑脂。

4.保持仪器表面干燥或涂少许润滑油，防止生锈。

单位：

中国科学院兰州化学物理研究所

兰州中科凯华科技开发有限公司

地址:

甘肃省兰州市天水中路18号

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