本發(fā)明涉及用納米壓痕儀研究非晶合金材料結(jié)構(gòu)演化與相關(guān)力學行為的技術(shù)，具體涉及一種與納米壓痕儀聯(lián)用的非晶合金涂層拉伸裝置及其使用方法。

背景技術(shù)：

非晶合金具有高彈、高強度等獨特的力學性能，兼具軟磁、耐腐蝕等功能性，是一類應(yīng)用前景廣闊的新材料。非晶合金同時是研究非晶態(tài)材料變形機理的一種理想的模型材料，因而非晶合金變形的材料結(jié)構(gòu)機制一直是人們的研究重點和熱點。非晶合金具有超過2％的名義彈性區(qū)段，研究表明，在名義彈性區(qū)段內(nèi)，非晶合金表現(xiàn)出黏彈性、滯彈性、彈性流變屈服等許多獨特的力學性質(zhì)，在該區(qū)段內(nèi)探索非晶合金結(jié)構(gòu)和形變機理尤為重要。研究者們基于實驗和計算模擬，提出流變單元模型來理解和解釋非晶態(tài)物質(zhì)的物理和力學問題。該模型認為，在非晶合金中存在一些納米尺度的類似于液體的區(qū)域。和周圍區(qū)域相比，類液體區(qū)域表現(xiàn)出較低的原子堆積密度、較低硬度和模量、較高的能態(tài)以及容易剪切變形和流動等特性。非晶態(tài)材料中的流動單元類似晶態(tài)材料中的缺陷，其濃度、尺寸和能量的分布決定非晶合金的力學等性能，老化及其他特性，通過調(diào)控非晶合金中的流動單元，可以有效地提高和改進非晶合金的力學等性能。盡管基于流變的彈性單元模型和內(nèi)耗方法、應(yīng)力弛豫方法可以表征流變單元激活能和大小及分布，然而，這些模型還不能被直接的實驗驗證。因為單純的傳統(tǒng)實驗方法一般通過材料對所施加荷載的力學響應(yīng)來分析材料的形變機理，這類方法很難探測到非晶合金變形過程中，特別是在名義彈性區(qū)段內(nèi)的微觀局域流動行為，同時缺乏相應(yīng)的變形過程中結(jié)構(gòu)細節(jié)隨荷載和時間的演化信息，且由于使用夾具夾持樣品，材料的初始的零應(yīng)變狀態(tài)很難精確控制，從而難以精確獲取變形過程中材料的變形量和應(yīng)變值，而外力作用下變形過程中的材料結(jié)構(gòu)的演化信息是研究材料形變機理和微觀機制的關(guān)鍵。同時，由于受到儀器設(shè)備尺寸、樣品尺寸及樣品室空間尺寸的限制，傳統(tǒng)的力學實驗設(shè)備很難與原位的結(jié)構(gòu)表征實驗裝置聯(lián)用。計算模擬雖然提供了很多重要的原子或分子尺度的變形機理，但模擬通常是基于極高的變形速率、極低的溫度或極小尺度的樣品等目前無法達到的極端條件，因而模擬結(jié)果無法用實驗進行驗證。因此，理論模型的實驗驗證缺失限制了非晶合金變形機理進一步的研究和科學理解。

另一方面，采用傳統(tǒng)的宏觀力學實驗設(shè)備研究非晶合金這類率相關(guān)行為表現(xiàn)不如某些聚合物材料顯著的材料的室溫黏彈性行為等微納米力學響應(yīng)時，設(shè)備精度、數(shù)據(jù)采集等方面的缺陷不利于捕捉材料流變力學行為的細節(jié)。同時，宏觀實驗需要大量的實驗樣品，這在一定程度上提高了對材料制備工藝的要求，因而，實驗結(jié)果的離散性由于樣品制備的過程差異將很難避免。大量研究已經(jīng)證實，采用納米壓痕儀研究非晶合金的微納米力學行為是非常合適的。由于具備無損性、高精度等優(yōu)點，基于納米壓痕儀的力學行為表征特別適應(yīng)于尺寸受限、室溫脆性、率相關(guān)性不顯著的非晶合金等材料的流變力學行為研究。利用壓頭納米壓痕儀，人們可以捕捉到非晶合金的流變變形細節(jié)，而這些變形細節(jié)是材料微觀結(jié)構(gòu)的直觀反映。但是，由于納米壓痕儀樣品室的空間尺寸受限，且測試過程中，測試精度對樣品室溫度變化非常敏感，即輕微的溫度擾動也會產(chǎn)生顯著的溫漂。因此，很難將傳統(tǒng)的大尺寸力學實驗設(shè)備與納米壓痕儀進行聯(lián)用以探測受力過程中的微納米力學行為演化。此外，采用納米壓痕儀進行微納米力學行為測試，特別是低載模式下，壓入深度通常在納米級，因而對樣品表面的平整度要求非常高，一般的大尺寸樣品表面機械打磨等方法很難達到測試對樣品表面的要求。

如果能在材料變形過程中，或在恒定應(yīng)變狀態(tài)下(即應(yīng)力松弛過程中)，實時表征材料的微納米力學響應(yīng)，并基于相應(yīng)的力學響應(yīng)分析材料的結(jié)構(gòu)演化信息，將是研究對過程和速率敏感的非晶態(tài)材料變形機理的重要突破。所以理想中的適用于研究非晶合金在變形過程中結(jié)構(gòu)演化與相關(guān)力學行為的裝置需要能夠?qū)崿F(xiàn)非晶合金可控且精度高的變形，并且能夠與納米壓痕儀聯(lián)用，用以研究變形過程中或應(yīng)力松弛過程中非晶合金的微納米力學行為變化，探索非晶合金的微觀結(jié)構(gòu)及形變機理。本發(fā)明一種與納米壓痕儀聯(lián)用的非晶合金涂層拉伸裝置可以滿足上述要求。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

針對現(xiàn)有實驗裝置的不足，本發(fā)明的目的在于提供一種與納米壓痕儀聯(lián)用的非晶合金涂層拉伸裝置及其使用方法，該裝置能夠研究在不同溫度下、不同成分的非晶合金涂層樣品在拉伸過程中、不同恒定應(yīng)變拉伸狀態(tài)下的微納米力學性質(zhì)變化，進而反映材料在變形過程中的結(jié)構(gòu)演化信息。

根據(jù)本發(fā)明的第一個實施方案，提供一種與納米壓痕儀聯(lián)用的非晶合金涂層拉伸裝置。

一種與納米壓痕儀聯(lián)用的非晶合金涂層拉伸裝置，該裝置包括底座、高精度渦輪式粗微調(diào)微分頭、固定立柱、活動擋板、固定擋板、彈性基片、電機、電機電源。底座的一端設(shè)有固定擋板。底座的另一端設(shè)有固定立柱。高精度渦輪式粗微調(diào)微分頭設(shè)置在固定立柱上，并且由伸縮桿連接件與活動擋板連接?；顒訐醢逦挥诠潭〒醢搴凸潭⒅g。彈性基片被夾持于活動擋板與固定擋板之間，且不與底座接觸。電機與高精度渦輪式粗微調(diào)微分頭連接并驅(qū)動高精度渦輪式粗微調(diào)微分頭。電機電源與電機連接(或者實現(xiàn)電連接)。

優(yōu)選的是，該裝置還包括控制系統(tǒng)。控制系統(tǒng)包括接收裝置和遙控裝置?？刂葡到y(tǒng)連接并控制電機電源和/或電機。

在本發(fā)明中，電機通過齒輪或皮帶與高精度渦輪式粗微調(diào)微分頭連接。

在本發(fā)明中，高精度渦輪式粗微調(diào)微分頭包括微調(diào)鈕、粗調(diào)鈕、粗微調(diào)切換鈕和伸縮桿。伸縮桿的一端與活動擋板上的伸縮桿連接件固定連接。微調(diào)鈕與粗調(diào)鈕均與伸縮桿連接并控制伸縮桿的伸長或縮短。或者，微調(diào)鈕與粗調(diào)鈕控制伸縮桿的移動。粗微調(diào)切換鈕控制電機與微調(diào)鈕或粗調(diào)鈕交替連接。

優(yōu)選的是，粗微調(diào)切換鈕位于高精度渦輪式粗微調(diào)微分頭背離活動擋板一端的端部。

優(yōu)選的是，該裝置還包括限位螺母。其中高精度渦輪式粗微調(diào)微分頭通過限位螺母固定在固定立柱上，伸縮桿穿過固定立柱和限位螺母與活動擋板上的伸縮桿連接件連接。

在本發(fā)明中，該裝置長為45-155mm，優(yōu)選75-125mm，更優(yōu)選為85-115mm，例如106mm。寬為25-85mm，更優(yōu)選35-75mm，優(yōu)選為45-70mm，例如60mm。高為5-55mm，優(yōu)選10-45mm，更優(yōu)選為15-35mm，例如26mm。

在本發(fā)明中，高精度渦輪式粗微調(diào)微分頭的位移精度達到0.5μm。高精度渦輪式粗微調(diào)微分頭的應(yīng)變精度達到2.5*10^-5。

根據(jù)本發(fā)明的第二個實施方案，提供一種與納米壓痕儀聯(lián)用的非晶合金涂層拉伸裝置的使用方法。

一種與納米壓痕儀聯(lián)用的非晶合金涂層拉伸裝置的使用方法，該方法包括以下步驟：

1)預(yù)壓：通過高精度渦輪式粗微調(diào)微分頭的微調(diào)鈕和粗調(diào)鈕對彈性基片進行預(yù)壓，旋緊粗微調(diào)切換鈕；

2)鍍膜：在彈性基片上進行非晶合金鍍膜，在彈性基片上形成厚度均勻的連續(xù)涂層樣品；

3)卸載：將鍍有連續(xù)涂層樣品的非晶合金涂層拉伸裝置放入納米壓痕儀的工作室，對彈性基片進行卸載；

4)微納米力學行為測試：通過控制電機的轉(zhuǎn)速而控制彈性基片的卸載速率，非晶合金涂層樣品拉伸達到預(yù)設(shè)應(yīng)變量后，電機停止轉(zhuǎn)動，納米壓痕儀對非晶合金涂層樣品進行微納米力學行為測試；

5)微納米力學行為連續(xù)測定：重新啟動微型電機，重復(fù)步驟4)，連續(xù)測定不同拉伸應(yīng)變狀態(tài)下涂層樣品的的微納米力學行為；

6)定量測定：啟動電機至預(yù)設(shè)的應(yīng)力松弛初始應(yīng)變值后，電機停止工作，開始記錄時間，納米壓痕儀以一定的時間間隔測定非晶合金的微納米力學行為，實現(xiàn)材料在應(yīng)力松弛過程中力學響應(yīng)變化的定量測定。

在本發(fā)明中，其中步驟1)所述的預(yù)壓是通過高精度渦輪式粗微調(diào)微分頭實現(xiàn)，高精度渦輪式粗微調(diào)微分頭的微調(diào)鈕和粗調(diào)鈕精確控制壓縮位移量至預(yù)設(shè)值，待預(yù)壓彈性基片至預(yù)定值后，由粗微調(diào)切換鈕固定粗調(diào)鈕。

優(yōu)選的是，所述的對彈性基片的預(yù)壓力由高精度渦輪式粗微調(diào)微分頭頂壓施加，微分頭頂壓力可達到39.2N。

在本發(fā)明中，其中步驟3)所述的對彈性基片進行卸載的具體操作為：將非晶合金涂層拉伸裝置整體放入納米壓痕儀的工作室，待溫度場保持穩(wěn)定后，通過遙控裝置和接收裝置，開啟電機，帶動高精度渦輪式粗微調(diào)微分頭的微調(diào)鈕轉(zhuǎn)動，對彈性基片進行卸載。

在本發(fā)明中，其中非晶合金涂層拉伸的變形的控制由高精度渦輪式粗微調(diào)微分頭的微調(diào)鈕實現(xiàn)，位移精度達到0.5μm，應(yīng)變精度達到2.5*10^-5。

在本發(fā)明中，對于在彈性基片上選定的區(qū)域進行非晶合金鍍膜沒有特殊要求，采用的是公知技術(shù)。彈性基片的材料可根據(jù)拉伸非晶合金的總應(yīng)變需求、鍍膜工藝的需要等綜合選取。

在本發(fā)明中，該裝置能夠?qū)崿F(xiàn)非晶合金從零應(yīng)變開始的連續(xù)拉伸變形，精確控制應(yīng)變，非晶合金拉伸的變形的控制由粗微調(diào)測微頭的微調(diào)鈕實現(xiàn)。

在本發(fā)明中，上述方法通過遙控裝置和微型電機實現(xiàn)對非晶合金的拉伸變形，因而工作時能保持工作室溫度穩(wěn)定，樣品測試區(qū)的裝置高度和裝置整體外形尺寸均很小，滿足納米壓痕儀低載模式工作的空間要求，可以與納米壓痕儀聯(lián)用，測試非晶合金在不同的拉伸變形狀態(tài)、應(yīng)力松弛過程中的硬度、黏彈性響應(yīng)、滯彈性響應(yīng)、蠕變、應(yīng)力松弛等微納米力學行為的變化。除非晶合金外，本裝置和方法同樣適用于彈性基片上其他可通過鍍膜方法形成涂層的材料，如聚合物涂層。

在本發(fā)明中，固定擋板固定設(shè)置在底座的一端。固定立柱優(yōu)選為下端固定設(shè)置在底座上、上端分開為兩根立柱的裝置，分開的部分用于高精度渦輪式粗微調(diào)微分頭的伸縮桿穿過。

在本發(fā)明中，高精度渦輪式粗微調(diào)微分頭的伸縮桿一端與高精度渦輪式粗微調(diào)微分頭內(nèi)部的調(diào)節(jié)裝置連接，伸縮桿的另一端與活動擋板上的伸縮桿連接件連接。伸縮桿可以是自由伸縮的裝置，也可以是固定長度的裝置，粗微調(diào)切換鈕控制電機與微調(diào)鈕或粗調(diào)鈕連接。微調(diào)鈕和粗調(diào)鈕均與伸縮桿連接，微調(diào)鈕和粗調(diào)鈕控制伸縮桿的伸長或縮短，或者微調(diào)鈕與粗調(diào)鈕控制伸縮桿的移動，從而使得伸縮桿帶動活動擋板遠離或靠近固定擋板，即實現(xiàn)調(diào)整活動擋板和固定擋板間的距離，從而控制了彈性基片的壓縮或拉伸。

在本發(fā)明中，彈性基片被夾持于活動擋板與固定擋板之間，彈性基片的一端與固定擋板固定連接，彈性基片的另一端與活動擋板上的伸縮桿連接件固定連接。伸縮桿連接件為固定于活動擋板上，與伸縮桿相連，用于增強伸縮桿與活動擋板的連接。

在本發(fā)明中，電機的選擇沒有特殊要求，由于本發(fā)明的裝置較小，一般選用微型電機。

在本發(fā)明中，控制系統(tǒng)包括接收裝置和遙控裝置，接收裝置和遙控裝置通過信號連接，實現(xiàn)隔離控制本發(fā)明的裝置。

在本發(fā)明中，限位螺母的作用是將高精度渦輪式粗微調(diào)微分頭固定在固定立柱上。高精度渦輪式粗微調(diào)微分頭的伸縮桿可以自由移動。

在本發(fā)明中，微分頭頂壓力指微分頭旋動微分頭粗、微調(diào)鈕使伸縮桿行進，在行進過程中通過壓片對彈性基片產(chǎn)生的壓力。

在本發(fā)明中，涂層樣品的厚度一般為0.5μm～10μm，優(yōu)選為1μm～8μm，更優(yōu)選為1.5-5μm。

在本發(fā)明中，對彈性基片進行卸載，即旋動微分頭微調(diào)鈕使伸縮桿退回，在退回過程中卸除通過壓片對彈性基片施加的壓力)。一般地，卸載速率由遙控裝置控制電機電源和/或電機進行控制，根據(jù)電機的轉(zhuǎn)速，卸載速率可在5μm/s～120μm/s間選擇。說明：微分頭的微調(diào)鈕旋轉(zhuǎn)一圈對應(yīng)的伸縮桿行進位移為5μm，實施例中電動馬達的電機轉(zhuǎn)速為勻速可控，轉(zhuǎn)速在6轉(zhuǎn)/分鐘-60轉(zhuǎn)/分鐘(0.1轉(zhuǎn)/秒-1轉(zhuǎn)/秒)，故對應(yīng)的卸載速率可達到0.5μm/s～5μm/s，以彈性基片20mm為例，卸載的應(yīng)變速率可達2.5*10^-5s^-1～2.5*10^-4s^-1。

在本發(fā)明中，對非晶合金涂層樣品拉伸的預(yù)設(shè)應(yīng)變量一般可達到0～0.02。此處應(yīng)變0.02是指該裝置能實現(xiàn)的非晶合金涂層的最大拉伸應(yīng)變，實際上，如果涂層厚度很小，可以實現(xiàn)更大的拉伸應(yīng)變直至非晶合金斷裂，因為本發(fā)明的目的主要是考察非晶合金彈性段內(nèi)，材料變形過程中的微納結(jié)構(gòu)演化，所以，非彈性段的塑性或者破壞階段暫時沒有考慮。另0.02是大部分非晶合金彈性應(yīng)變上限，超過此應(yīng)變值一般會發(fā)生塑性變形或斷裂，0-0.02是根據(jù)需要設(shè)定，如需要知道應(yīng)變?yōu)?.01的拉伸狀態(tài)下非晶合金的微納米力學行為，則本裝置的預(yù)設(shè)應(yīng)變量即為0.01，這也是本裝置的一個很大的特點，當在0-0.02之間選擇n個應(yīng)變值測定微納米力學行為后，以應(yīng)變值為橫坐標，微納米力學行為的測定值為縱坐標，即可得到非晶合金在拉伸變形過程中微納米力學行為的演化規(guī)律。

在本發(fā)明中，納米壓痕儀對非晶合金的微納米力學行為的時間間隔根據(jù)所需進行的微納米力學實驗可以不同，比如，做硬度、黏彈性、滯彈性實驗時，時間間隔一般為卸載至涂層達到所需應(yīng)變。通過實驗方案設(shè)計，如0.002，0.006，0.01等。不同拉伸應(yīng)變狀態(tài)的時間根據(jù)電機轉(zhuǎn)速，以轉(zhuǎn)速為24轉(zhuǎn)/分鐘的電機為例[位移速率2μm/s，應(yīng)變速率1*10^-4s^-1]，則該時間間隔為20s，60s，100s。測試系統(tǒng)溫度穩(wěn)定后即可進行；又比如，應(yīng)力松弛過程中的實驗時，先將非晶合金卸載至所需應(yīng)變(通過實驗方案設(shè)計，可以為0～0.02的任一應(yīng)變值)，之后以一定的時間間隔測定非晶合金在恒定應(yīng)變時隨時間增加過程中，材料的微納力學行為變?yōu)?，如硬度、黏彈性、滯彈性等，?yīng)力松弛是指材料在恒定應(yīng)變時，應(yīng)力隨時間而降低的現(xiàn)象，本裝置可以定量測量松弛過程中材料微納力學行為隨時間的變化，進而間接地反映出材料在此過程中的結(jié)構(gòu)演化。在松弛過程中，起始階段納米壓痕測試的時間間隔應(yīng)較小，根據(jù)納米壓痕儀的工作機制，松弛過程中每次納米壓痕工作的時間間隔可以為10s～180s。

在本發(fā)明中，壓縮位移量的預(yù)設(shè)值是指彈性基片壓縮預(yù)設(shè)值，根據(jù)微分頭能實現(xiàn)的最大壓力，以及彈性基片的材料及其彈性模量和截面尺寸，該值最大可達0.022。

在本發(fā)明中，納米壓痕儀的溫度根據(jù)涂層樣品而設(shè)定，納米壓痕儀的工作溫度范圍，此溫度范圍是根據(jù)彈性基片的軟化溫度或玻璃化轉(zhuǎn)變溫度而定，如實施例中選用了聚氨酯作為彈性基片，該材料的軟化溫度為一般為100℃，故本裝置推薦適用的實驗溫度范圍在室溫～80℃之間。不同溫度下材料在拉伸變形過程中會表現(xiàn)出不同的特征，也可由本裝置結(jié)合納米壓痕儀的微納米力學實驗進行表征。

在本發(fā)明中，高精度渦輪式粗微調(diào)微分頭的位移精度由微分頭生產(chǎn)廠家標定，即通過微分頭的微調(diào)旋鈕可實現(xiàn)的位移控制精度。應(yīng)變精度根據(jù)位移精度、彈性基片縱向長度確定，因微分頭的位移精度達到0.5μm，本裝置中彈性基片在實施例中的縱向長度為20mm，故應(yīng)變精度達到0.5μm/20mm＝0.000025，即2.5*10^-5。

除與納米壓痕儀聯(lián)用外，本裝置還適用于與其他實驗設(shè)備(能譜掃描儀等)聯(lián)用，以觀測或?qū)崪y涂層材料在拉伸過程中的其他物理量變化。

與現(xiàn)有的拉伸裝置相比，本發(fā)明所具有的有益效果為：

1、裝置外形尺寸小，安裝拆卸方便，能夠與納米壓痕儀聯(lián)用進行硬度測試和黏彈性、滯彈性等微納米流變力學行為測試；

2、可以實現(xiàn)非晶合金連續(xù)拉伸變形，變形量和應(yīng)變可控且精度高；

3、可保持恒定應(yīng)變，實現(xiàn)非晶合金的應(yīng)力松弛過程；

4、適用于不同種類的非晶合金材料，實驗溫度可控且溫度場穩(wěn)定；

5、所測試的樣品表面平整，精度高，樣品初始的零應(yīng)變狀態(tài)控制準確。

附圖說明

圖1為本發(fā)明與納米壓痕儀聯(lián)用的非晶合金涂層拉伸裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明與納米壓痕儀聯(lián)用的非晶合金涂層拉伸裝置的主視圖；

圖3為本發(fā)明與納米壓痕儀聯(lián)用的非晶合金涂層拉伸裝置的俯視圖；

圖4為本發(fā)明與納米壓痕儀聯(lián)用的非晶合金涂層拉伸裝置的左視圖；

圖5為本發(fā)明與納米壓痕儀聯(lián)用的非晶合金涂層拉伸裝置的E-E剖面視圖；

圖6為本發(fā)明與納米壓痕儀聯(lián)用的非晶合金涂層拉伸裝置實驗狀態(tài)的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖7為本發(fā)明與納米壓痕儀聯(lián)用的非晶合金涂層拉伸裝置實驗狀態(tài)的主視圖；

圖8為本發(fā)明與納米壓痕儀聯(lián)用的非晶合金涂層拉伸裝置實驗狀態(tài)的俯視圖；

圖9為本發(fā)明與納米壓痕儀聯(lián)用的非晶合金涂層拉伸裝置實驗狀態(tài)的左視圖；

圖10為本發(fā)明與納米壓痕儀聯(lián)用的非晶合金涂層拉伸裝置實驗狀態(tài)的F-F剖面視圖；

圖11為本發(fā)明與納米壓痕儀聯(lián)用的非晶合金涂層拉伸裝置實驗狀態(tài)M部位的局部放大圖。

附圖標記：A：納米壓痕儀；B：非晶合金涂層拉伸裝置；1：底座；2：高精度渦輪式粗微調(diào)微分頭；201：微調(diào)鈕；202：粗調(diào)鈕；203：粗微調(diào)切換鈕；204：伸縮桿；3：固定立柱；4：活動擋板；401：伸縮桿連接件；5：固定擋板；6：彈性基片；7：電機；8：電機電源；9：接收裝置；10：齒輪；11：遙控裝置；12：限位螺母；13：涂層樣品；14：控制系統(tǒng)。

具體實施方式

根據(jù)本發(fā)明的第一個實施方案，提供一種與納米壓痕儀聯(lián)用的非晶合金涂層拉伸裝置。

一種與納米壓痕儀A聯(lián)用的非晶合金涂層拉伸裝置B，該裝置B包括底座1、高精度渦輪式粗微調(diào)微分頭2、固定立柱3、活動擋板4、固定擋板5、彈性基片6、電機7、電機電源8。底座1的一端設(shè)有固定擋板5。底座1的另一端設(shè)有固定立柱3。高精度渦輪式粗微調(diào)微分頭2設(shè)置在固定立柱3上，并且與活動擋板4上的伸縮桿連接件401連接。活動擋板4位于固定擋板5和固定立柱3之間。彈性基片6被夾持于活動擋板4與固定擋板5之間，且不與底座1接觸。電機7與高精度渦輪式粗微調(diào)微分頭2連接并驅(qū)動高精度渦輪式粗微調(diào)微分頭2。電機電源8與電機7實現(xiàn)電連接。

優(yōu)選的是，該裝置B還包括控制系統(tǒng)14?？刂葡到y(tǒng)14包括接收裝置9和遙控裝置11?？刂葡到y(tǒng)14連接并控制電機電源8和/或電機7。

在本發(fā)明中，電機7通過齒輪10或皮帶與高精度渦輪式粗微調(diào)微分頭2連接。

在本發(fā)明中，高精度渦輪式粗微調(diào)微分頭2包括微調(diào)鈕201、粗調(diào)鈕202、粗微調(diào)切換鈕203和伸縮桿204。伸縮桿204的一端與活動擋板4上的伸縮桿連接件401固定連接。微調(diào)鈕201與粗調(diào)鈕202均與伸縮桿204連接并控制伸縮桿204的伸長或縮短。或者，微調(diào)鈕201與粗調(diào)鈕202控制伸縮桿204的移動。粗微調(diào)切換鈕(203)控制電機7與微調(diào)鈕201或粗調(diào)鈕202交替連接。

優(yōu)選的是，粗微調(diào)切換鈕203位于高精度渦輪式粗微調(diào)微分頭2背離活動擋板4一端的端部。

優(yōu)選的是，該裝置B還包括限位螺母12。其中高精度渦輪式粗微調(diào)微分頭2通過限位螺母12固定在固定立柱3上，伸縮桿204穿過固定立柱3和限位螺母12與活動擋板4上的伸縮桿連接件401連接。

在本發(fā)明中，該裝置長為45-155mm，優(yōu)選75-125mm，更優(yōu)選為85-115mm，例如106mm。寬為25-85mm，更優(yōu)選35-75mm，優(yōu)選為45-70mm，例如60mm。高為5-55mm，優(yōu)選10-45mm，更優(yōu)選為15-35mm，例如26mm。

在本發(fā)明中，高精度渦輪式粗微調(diào)微分頭2的位移精度達到0.5μm。高精度渦輪式粗微調(diào)微分頭2的應(yīng)變精度達到2.5*10^-5。

根據(jù)本發(fā)明的第二個實施方案，提供一種與納米壓痕儀聯(lián)用的非晶合金涂層拉伸裝置的使用方法。

一種與納米壓痕儀A聯(lián)用的非晶合金涂層拉伸裝置B的使用方法，該方法包括以下步驟：

1)預(yù)壓：通過高精度渦輪式粗微調(diào)微分頭2的微調(diào)鈕201和粗調(diào)鈕202對彈性基片6進行預(yù)壓；

2)鍍膜：在彈性基片6上進行非晶合金鍍膜，在彈性基片6上形成厚度均勻的連續(xù)涂層樣品13；

3)卸載：將鍍有連續(xù)涂層樣品13的非晶合金涂層拉伸裝置B放入納米壓痕儀A的工作室，對彈性基片6進行卸載；

4)微納米力學行為測試：通過控制電機7的轉(zhuǎn)速而控制彈性基片6的卸載速率，非晶合金涂層樣品13拉伸達到預(yù)設(shè)應(yīng)變量后，電機7停止轉(zhuǎn)動，納米壓痕儀A對非晶合金涂層樣品13進行微納米力學行為測試；

5)微納米力學行為連續(xù)測定：重新啟動微型電機7，重復(fù)步驟4)，連續(xù)測定不同拉伸應(yīng)變狀態(tài)下涂層樣品13的的微納米力學行為；

6)定量測定：啟動電機7至預(yù)設(shè)的應(yīng)力松弛初始應(yīng)變值后，電機7停止工作，開始記錄時間，納米壓痕儀A以一定的時間間隔測定非晶合金的微納米力學行為，實現(xiàn)材料在應(yīng)力松弛過程中力學響應(yīng)變化的定量測定。

在本發(fā)明中，其中步驟1)所述的預(yù)壓是通過高精度渦輪式粗微調(diào)微分頭2實現(xiàn)，高精度渦輪式粗微調(diào)微分頭2的微調(diào)鈕201和粗調(diào)鈕202精確控制壓縮位移量至預(yù)設(shè)值，待預(yù)壓彈性基片6至預(yù)定值后，由粗微調(diào)切換鈕203固定粗調(diào)鈕202。

優(yōu)選的是，所述的對彈性基片6的預(yù)壓力由高精度渦輪式粗微調(diào)微分頭2頂壓施加，微分頭頂壓力可達到39.2N。。

在本發(fā)明中，其中步驟3)所述的對彈性基片6進行卸載的具體操作為：將非晶合金涂層拉伸裝置B整體放入納米壓痕儀A的工作室，待溫度場保持穩(wěn)定后，通過遙控裝置11和接收裝置9，開啟電機7，帶動高精度渦輪式粗微調(diào)微分頭2的微調(diào)鈕201轉(zhuǎn)動，對彈性基片6進行卸載。

在本發(fā)明中，其中非晶合金涂層拉伸的變形的控制由高精度渦輪式粗微調(diào)微分頭2的微調(diào)鈕201實現(xiàn)，位移精度達到0.5μm，應(yīng)變精度達到2.5*10^-5。

實施例1

如圖1，一種與納米壓痕儀A聯(lián)用的非晶合金涂層拉伸裝置B，該裝置B包括底座1、高精度渦輪式粗微調(diào)微分頭2、固定立柱3、活動擋板4、固定擋板5、彈性基片6、電機7、電機電源8。底座1的一端設(shè)有固定擋板5。底座1的另一端設(shè)有固定立柱3。高精度渦輪式粗微調(diào)微分頭2設(shè)置在固定立柱3上，并且與活動擋板4上的伸縮桿連接件401連接?；顒訐醢?位于固定擋板5和固定立柱3之間。彈性基片6被夾持于活動擋板4與固定擋板5之間，且不與底座1接觸。電機7通過齒輪10與高精度渦輪式粗微調(diào)微分頭2連接并驅(qū)動高精度渦輪式粗微調(diào)微分頭2。電機電源8與電機7實現(xiàn)電連接。

高精度渦輪式粗微調(diào)微分頭2包括微調(diào)鈕201、粗調(diào)鈕202、粗微調(diào)切換鈕203和伸縮桿204。伸縮桿204的一端與活動擋板4上的伸縮桿連接件401固定連接。微調(diào)鈕201與粗調(diào)鈕202均與伸縮桿204連接并控制伸縮桿204的伸長或縮短。粗微調(diào)切換鈕202控制電機7與微調(diào)鈕201或粗調(diào)鈕202交替連接。粗微調(diào)切換鈕203位于高精度渦輪式粗微調(diào)微分頭2背離活動擋板4一端的端部。該裝置B還包括限位螺母12。其中高精度渦輪式粗微調(diào)微分頭2通過限位螺母12固定在固定立柱3上，伸縮桿204穿過固定立柱3和限位螺母12與活動擋板4上的伸縮桿連接件401連接。該裝置長寬高為106mm*60mm*26mm。

實施例2

重復(fù)實施1，只是該裝置B還包括控制系統(tǒng)14。控制系統(tǒng)14包括接收裝置9和遙控裝置11。控制系統(tǒng)14連接并控制電機電源8和電機7。

實施例3

重復(fù)實施2，只是電機7通過齒輪與高精度渦輪式粗微調(diào)微分頭2連接。

實施例4

重復(fù)實施2，只是微調(diào)鈕201與粗調(diào)鈕202控制伸縮桿204的移動。

實施例5

重復(fù)實施2，底座1、固定立柱3、活動擋板4及固定擋板5為中碳鋼。高精度渦輪式粗微調(diào)微分頭2為日本西格瑪光機公司生產(chǎn)的WGP-13，行程0-13mm，額定靜載荷39.2N，粗調(diào)最小讀數(shù)5μm，微調(diào)最小讀數(shù)0.5μm。納米壓痕儀A為美國Hysitron公司的TriboIndenter微納米綜合力學測試系統(tǒng)低載模式納米壓痕模塊。彈性基片6為聚氨酯，經(jīng)測試2.5％應(yīng)變范圍內(nèi)的室溫彈性模量為17MPa，彈性基片6外形尺寸為長*寬*高＝20mm*8mm*20mm，截面內(nèi)開孔尺寸為寬*高＝4mm*14mm。經(jīng)計算，在高精度渦輪式粗微調(diào)微分頭2的額定靜荷載作用下可實現(xiàn)的預(yù)壓應(yīng)變范圍為0-2.2％。

實施例6

一種與納米壓痕儀A聯(lián)用的非晶合金涂層拉伸裝置的使用方法，使用實施例5中的裝置，通過旋動高精度渦輪式粗微調(diào)微分頭2對彈性基片6進行預(yù)壓，高精度渦輪式粗微調(diào)微分頭2的微調(diào)鈕201和粗調(diào)鈕202精確控制壓縮位移量至預(yù)設(shè)值0.4mm后，由粗微調(diào)切換鈕203固定粗調(diào)部。在彈性基片6上選定的區(qū)域利用射頻磁控濺射進行非晶合金鍍膜，在彈性基片6上形成約2μm左右厚度均勻的連續(xù)涂層樣品13。將裝置整體放入納米壓痕儀A的工作室，待溫度場保持穩(wěn)定后，通過遙控裝置11和接收裝置9，開啟微型電機7，帶動高精度渦輪式粗微調(diào)微分頭2的微調(diào)鈕201轉(zhuǎn)動，對彈性基片6進行卸載。通過精確控制微型電機7的轉(zhuǎn)速而控制彈性基片6的卸載速率，非晶合金涂層拉伸達到預(yù)設(shè)應(yīng)變量后，微型電機7停止轉(zhuǎn)動，納米壓痕儀A進行微納米力學行為測試。重新啟動微型電機7，重復(fù)上一步操作，連續(xù)測定不定拉伸應(yīng)變狀態(tài)下非晶合金的微納米力學行為。啟動微型電機7至預(yù)設(shè)的應(yīng)力松弛初始應(yīng)變值后，微型電機7停止工作，開始記錄時間，納米壓痕儀A以一定的時間間隔測定非晶合金的微納米力學行為，實現(xiàn)材料在應(yīng)力松弛過程中力學響應(yīng)變化的定量測定。