一些研究学者为了对显微力学性能测试方法和传统宏观力学测试性能方法的不足进行有效弥补，提出了仪器化压痕测试技术，并对其进行了完善，使其成为了材料力学性能领域中一种普及的测试方法。本文将从测试装置基础结构、测试装置修正与校准、压痕仪器装置性能测试三大方面来进行深入剖析。
一、测试装置基础结构
此次研究设计的压痕测试微米尺度装置搭建成功后，需要标定测试整个仪器和传感器。简要说明此次仪器的试验流程，在试验工作开始之前，针对于金刚石压头种类，要明确本次要使用的具体种类，而后再固定装置中安装相对应的压头，在载物台上固定试验样品，点击操作按钮于计算机上的测控软件之中，对水平方向的电机进行控制，移动样品，将其朝着压头下方位置进行移动。设置试验控制参数和压痕试验的样品参数于测控软件之中，控制方法分为两种，一是位移控制，二是载荷控制，设置加载的位移最大数值或者是设置加载载荷的最大数值，同时输入有关数值，包括：卸载时间值、加载时间、保载时间。在输入完所有的参数后，展开压痕试验工作，在电机的影响下，压头开始朝着样品表面进行移动和靠近，在载荷传感器对于载荷的采集感受到变化时，表明样品的上表面已经在接触压头，此时为接触试验的零点，随后进行压痕试验正式工作。在连续采集试验期间，计算机上的测控软件会受到位移传感器和载荷传感器上传的位移数据和载荷数据，在完成压痕试验后，依托于计算机测控软件中计算方法的编写，能够计算分析有关数据，产生试验报告[1]。
二、测试装置修正与校准
（一）机架柔度校准
因为在实际进行压头测量试验期间，所涉及到的都是微纳米量级的位移数据，为此，压痕仪器内部微小的变形在载荷的驱动下回降低测量结果的精准性，变形数据会量化仪器的机架柔度。依托于校准和测定机架柔度，在处理分析后续试验数据期间，消除机架柔度造成的作用和影响，以此对仪器自身的微小变形引发的误差进行最大程度的减小。在实际进行标定期间，可以替换试验经常使用的压头，更换为平压头，而后放置标准维氏硬度块于压头下方位置，由于会接触到十分广的平压头面积，同时涉及很高的硬度块硬度，为此，整体机架的弹性形变为此时测得的变形。设定五秒为保载时间，10牛为最大加载载荷，二十秒为加载时间，二十秒为卸载时间，在试验操作流程完成进行四次后，能够获取到相应的测试结果[2]。
（二）测试影响误差因素分析
因为在实际展开压痕试验期间，载荷数据和位移数据的采集具有精密性，为此，仪器自身的细微变化和外界环境都会对压痕测试结果产生不利影响，其主要内容如下：
（1）温度影响：依托于位移传感器和载荷传感器的精密性质，在试验期间所采集的位移数值和载荷数值都要求具有较高的精准性，由于长时间使用器件后，其会发生发热的情况，为此会相应的影响测量结果，不仅如此，测试的过程中，不断变化的环境温度也会不可控制的影响测量结果，为此，在实际展开压痕仪器结构设计期间，要在温度不同的环境下，充分考虑各个构件的变形状况，还要考虑试验测量值受温度变化的影响是否在合理范围之中[3]。
（2）振动和噪音影响：整个测试系统会受到试验设备周围环境振动和噪音的干扰，降低其稳定性，在压痕测试装置中，无论是载荷传感器，还是位移传感器都会十分敏感这种干扰，为此，要立足于外部环境，可以搭建一个十分安静的操作室于整个测试系统之中。不仅如此，还可以对压痕测试装置的配重进行增加，比如，选择使用花岗岩的背板和底座，在绝大部分的环境下，花岗岩能够稳定存在，并且花岗岩不仅涉及较高的刚度，其重量能够进一步加强压痕测试装置的可靠性和稳定性，最大程度的避免测试系统受到噪音和振动的影响[4]。
三、压痕仪器装置性能测试
（一）载物台线性度测试
载物台的线性度在测试装置中也十分关键，其直接影响在试验期间样品材料切换而后展开压痕测试的试验点间距能否具有精准性，如若设定的间距与设计压痕点间距之间存在较大的差别，会影响压痕试验的结果。为此，要检测载物台的线性度，对其展开验证，确保对试验需要进行满足。在实际展开检测工作期间，可以在指定电脉冲下移动的实际位移通过对欧姆龙的光纤位移传感器的使用对载物台进行测试，在电脉冲信号上传到载物台后，移动时分别按照 0.2 μm、0.4μ m 和 1 μm步进展开，分析和统计测试结果[5]。
（二）仪器闭环控制测试
压痕仪器装置输出的位移和载荷在压痕试验期间是否具有一定的精准性，需要依赖于测试系统的反馈调节，为此，需要测试仪器的闭环输出性。此次研究设计的压痕测试装置，有两种加载模式，即位移控制和载荷控制，为此，需要对位移值和载荷值进行预先设置，在压痕试验进行期间，依托于计算机的测控软件，发送加载信号于驱动装置之中，伴随着驱动装置不断推进压头，而后不断对试验样品的表面进行接近，在试验样品表面接触到压头后，计算机上的控制软件会受到位移传感器或者是载荷传感器输入的信号和反馈，在预设的临界值大于反馈信号时，要求再进行加载；在预设的临界值等于反馈信号时，要禁止进行加载[6]。
（三）仪器试验重复性测试
压痕测试仪器的重复性是否具有良好性直接决定着压痕测试系统整体的稳定性，为此，需要重复测试机架柔度校准后的压痕仪器。作为一种十分多见的陶瓷材料，试验样品的Vickers 压头为所要使用的压头，设定二十秒为加载时间，十牛为最大的加载荷载，二十秒为卸载时间，五秒为保载时间，在试验操作流程完整的进行三次后，能够获取到相应的位移-载荷曲线（见图一）。
图一 设定十牛为最大载荷时的重复性压痕测试结果
按照此次测验结果能够明确。设定同一种试验样品材料同样的试验参数，压痕测试不同的三个测试点，经过3次测试后，能够获取到较好的压痕曲线，为此，说明此次压痕测试仪器重复性的设计是可靠的，但是想要进一步确保测试结果的精准度，需要展开重复试验。
结束语：
测试仪器的试验性能，其中涉及：闭环控制测试、试验重复性测试以及载物台线性度测试，分析和研究测试结果，证明此次压痕测试装置的设计能够对试验需要的不同进行应对，并且有着较好的工作可靠性和稳定性。
参考文献：
[1] 陈鑫. 微米尺度压痕仪研发与可靠性研究[D]. 湖南:湘潭大学,2020.
[2] 王鑫铭,邹伟,陈鑫,等. 薄膜/涂层材料应力应变关系的压痕法表征与仪器研制[J]. 硬质合金,2020,37(5):339-344.
[3] 任明星,李邦盛,杨闯,等. 纳米压痕法测定微铸件硬度及弹性模量[J]. 中国有色金属学报,2008,18(2):231-236.
[4] 李邦盛,任明星,王振龙,等. 微尺度铸件室温蠕变性能的微尺度效应[J]. 机械工程学报,2009,45(2):178-183.
[5] 于斌斌. 基于膜层补偿的微米和中间尺度零件复合制造技术基础研究[D]. 江苏:南京理工大学,2013.
[6] 薛伟亮. 超薄银纳米薄膜原位纳米压痕力学性能表征[D]. 山西:太原理工大学,2018.
