CN1292870A - 测定薄膜和涂层抗擦伤性能的装置和方法 - Google Patents

Abstract

一种定量和定性表征薄膜或涂层(尤其是汽车车身的涂层)的划伤和擦伤特性的装置和方法。该装置具有一个用于穿入和划伤待测试的涂层的显微刻划器,并带有用于检测所加的力和刻划器划伤的长度和深度以及被划伤的涂层表面的几何形状的相关机构,以及用于检测、分析和比较测试结果的装置。

Description

测定薄膜和涂层抗擦伤性能的装置和方法

本发明总的涉及薄膜和涂层机械性能的测试，更具体地说，涉及涂层抗划伤和擦伤性能的测试方法及所用的装置。

在原则上，凡会使涂层表面产生应力的运动物体与涂层表面的接触都可能引起涂层擦伤。例如，在汽车车身的涂层上可以看到上述擦伤过程的发生，因为车身的涂层通常要受到诸如污物、灰尘等的磨蚀、洗车时的表面磨损、以及风化作用等的损害。涂层表面擦伤有碍于外表的美观，对于亮丽的彩色涂层或透明的涂层尤其不希望受到划伤或擦伤。涂层的抗划伤和擦伤的性能取决于其物理性质例如涂层组分的屈服强度、韧度、杨氏模量和硬度。上述物理性质又与涂层组分中含有的聚合物的性质如玻璃化转变温度和化学结构等有密切关系。因此，在选用涂层组分中的组元例如聚合物时测试涂层的抗划伤和擦伤性能就成为十分重要的工作。例如，通过将含有某种聚合物的涂层组分的抗擦伤性能与含另一种聚合物的涂层性能相比较就可以确定哪一种聚合物更适合于制成具有长期的最佳色泽和其他物理性质的涂层。

有一种方法规定对涂层表面按照规定的方式摩擦一种指定规格的砂纸，使涂层表面产生损伤。由砂纸上的砂粒的多个接触点造成涂层表面损伤，然后按目视方法定量测量，通常是以0～10个等级定量表示，其中标号10表示没有损伤，0代表全部损伤。另外，也可以将一种涂层上产生的损伤与另一种不同组分的涂层在相同的测试条件下产生的损伤进行目视比较，而确定哪一种涂层所受的损伤较小。不过，由于所有目视观察方法都带有主观性，这就使不同测试人员测试的结果有所偏差，致使上述测试结果不够客观。另外，所用砂纸虽然都是标准化的，但可能具有不同的砂粒结构，这也会明显影响对涂层产生的损伤结果。而且也很难定量地测定由砂纸上许多砂粒接触点所造成的损伤。另外，在上述划伤动作过程中由测试者用手指施加的压力也容易变化，结果不同测试者所测损伤结果也容易波动。因此，需要一种比现有技术的带主观性且不可再现的测试方法较少主观性且更有再现性的测试涂层抗擦伤性能的装置。

Wu在《材料研论杂志(J．Mater．Res．)》Vol．6．No．2 P407～426(Feb，1991)(材料研究协会)上发表的论文中谈到一种有关的装置。但所述的装置不能对各种各样的涂层基板在高通过速度的条件下十分稳定地再现测试结果。

本发明旨在提供一种测定各种试样抗擦伤性能的装置，该装置具有：

一个安装在上述装置的立柱上的刻划器导引机构，该机构具有一个安装有一个刻划器的驱动刻划器的机构和一个检测上述刻划器移向和移离上述试样的表面的距离的装置；和

一个设置在上述装置的底座上的试样移送机构，该机构具有一个固定上述试样并使上述试样的表面垂直于上述的刻划器的夹持器，和一个可沿与上述刻划器相切的方向移动上述试样的台架，从而使上述刻划器的针尖在受到驱动而同时进入上述试样内时，就在上述的薄膜或涂层试样上产生划痕。

本发明还涉及一种测定试样抗擦伤性能的方法，包含如下步骤：

将上述试样固定在测试装置的台架上；

使刻划器垂直地定位在上述试样的待测表面上方，并使其针尖与上述试样的上述表面相接触；和

驱动上述刻划器的上述针尖按预定速度进入上述试样的表面，与此同时，按规定速度沿规定方向移动与上述刻划器相切的上述试样从而划伤上述试样的上述表面，在其表面上产生划痕。

下面参看附图结合具体实施例详细说明本发明，附图中：

图1示出薄膜或涂层在粘-塑性变形过程中产生的显微划伤的3维微观形态显微照片(AFM)；

图2示出薄膜或涂层在在破断变形过程中产生的显微划伤的3维AFM；

图3是本发明测试装置的各种零件的配置简图；

图4是本发明测试装置的刻划器导引机构的透视图；

图5是本发明测试装置的刻划器导引机构的上视图；

图6是本发明测试装置的试样移送机构的分解透视图；

图7是本发明测试装置的试样移送机构的夹持器和台架部分的平面图；

图8是沿图7的8-8线的侧剖视图；

图9、10和11是使用本发明测试装置获得的典型显微划伤试验结果的曲线图。

下面详细说明本发明的实施例。

本文所用的“薄膜”一词是指一种大致平坦的自由状态的片层例如聚酯薄膜或者说薄片。“涂层”一词是指一种涂敷在基材表面上的涂层组分的粘附层。

本发明的装置和方法旨在测定薄膜或涂层的抗擦伤和划伤性能。所述装置可在涂层试验表面上制造出一种精确模拟薄膜或涂层表面上通常可看到的划伤和擦伤的显微划痕。划伤和擦伤的现象是复杂的，本申请人已确定在划伤和擦伤过程中留在涂层表面上的典型的显微痕迹或皱纹具有两种不同的形式。擦伤缺陷(如图1所示)是一种在薄膜或涂层的粘-塑性变形过程中产生的基本上平滑的痕迹，或者如图2所示，是一种在薄膜或涂层破损变形过程中产生的龟裂痕迹。这两种不同类型的损伤对于观察者的目视效果是大不相同的。本申请人发现，图1所示的损伤对于训练过的专家会比外行人更容易看见，而对图2所示的损伤，即使是未经专门训练观察这类缺陷的外行人也很容易看出。因此，本发明提出一种可在预定的可再现的条件下在涂层上产生上述损伤的更为客观的测试方法。

本发明一般地提出一种测试装置，该装置带有可使试样表面发生变形(即显微划伤)的机构，并可用目视方法和曲线图形式记录测试表面的变形信息，然后分析划伤损坏情况。

图3简单示出本发明的测试装置1的各种部件。测试装置1具有一个置于平台3上的底座2。上述平台3是很防振的，可彻底地防止振动传递到测试装置1上。普通的缓冲机构例如空气减震器(未示出)就很适合作平台3。例如可采用Newport公司(Irvine，CA)提供的研究系列桌面型No．RS 4000-48-12缓冲装置。底座2上设置一个装有臂件5的立柱4。上述臂件5最好是可调节的，以便使臂件5可沿立柱4上、下定位。在臂件5上固定一个刻划器导引机构6，而在底装2上设置一个试样移送机构8。测试装置1还具有一个普通的计算机装置10，例如可从Redmond微软公司(华盛顿)购得的按Windows^NT工作系统运行的IBM一兼容制计算机。计算机装置10含有可调节来自和发向刻划器导引机构6和试样移送机构8的输入和输出信号的装置11，以便控制置于刻划器导引机构6的刻划器32和试样56(见图6和8)的移动，上述试样56的形式可以是一种薄膜或涂敷在基板上的涂层。可按照由LABVIEW^Kersion 5．0．1可编程软件提供的软件程序来控制刻划器32和试样56的移动，上述软件可从Austin国家仪器公司(Texas)购得。计算机装置10还具有用于产生来自试样56的刻划表面而产生的可处理的数据的普通装置和存贮上述可处理的数据的普通装置以及用于显示可目视的可处理数据或例如在CRT屏幕12或曲线绘制器(未示出)上显示上述可处理的数据的装置。

在试验过程中，采用视频系统14记录试样56的表面产生的变形，然后进行划伤损坏情况的分析。频率系统14对于刻划器32的定位、试样56的调平和试验的调整都十分有用。视频系统014是一种普通的系统。它最好与普通的视频记录系统(未示出)相连接，以便在试验过程中存贮由视频系统14所产生的图象。也可用一台显微镜(未示出)来观察所测试的涂层的损伤情况。测试装置1最好置入隔热室(未示出)内，使其所有部件都保持在恒温(最好是室温)下。最好在上述隔热室内从全局上设置多个照明灯，以便在试验中对测试装置1的各种部件进行调节并在寻找试样56表面上产生的划痕过程中照亮刻划器32的针尖和试样56的表面。

下面进行更详细的说明。图4和5示出刻划器导引机构6的细节，该机构6具有一个其内装有刻划器32的刻划器驱动机构7和一个检测刻划器32移向和移离试样56表面的距离的检测装置9。

刻划器驱动机构7具有一个固定在臂件5上的静止支架14。该静止支架14通过第一柔性件22与可移式支架20的两端相连接，上述的柔性件22固定在静止支架14的端部18上，从而使可移式支架20只有一个自由度。可移式支架20的两端24通过第二柔性件30与刻划器夹具的两端相连接，从而使刻划器夹具28只有一个自由度。第一柔性件22和第二柔性件30各有一对分别连接在静止支架14的端部18和可移式支架20的端部24上的膜片弹簧。该膜片弹簧是用镍-铁合金制成的，该合金可从Hamilton精密金属公司(Lancaster，PA)购得，这种合金不仅在宽的温度范围内具有恒定的弹性模量和高的屈服强度，而且还是有比其他弹簧材料低的热膨胀系数。第一柔性件22和第二柔性件30设计成具有上述的固定端的双悬臂结构是为了抵抗弯矩和切向力。因此允许它们只有一个自由度(通常是垂直方向的自由度)。刻划器32置于其夹具28的中央即与夹具28之两端等距离处，以便进一步保证刻划器32只具有一个移动自由度，即设有转动或者说角位移。刻划器32的针尖的形状可以是圆形的，其半径为1～10微米，该针尖也可以是角锥体形的，它用金刚石、刚玉、黄玉或者说石英制成。所需的针尖硬度取决于试样56的硬度，最好是采用金刚石的尖部。例如，可以用瑞士Lyss的Synton公司提供的刻划器32，其圆形尖部的半径为3μm。

刻划器驱动机构7还具有设置在静止支架14上的供能器16。该供能器16的致动芯17固定在可移式支架20上，因此，当供能器16通电时，可移式支架20和装有刻划器32的刻划器夹具28便仅沿垂直于试样56的表面移动。供能器16最好具有一个低压压电转换器(LVPZT)和一个为LVPZT供给能量的控制器。如果对上述的LVPZT加上电压，它们就会伸长。因此，人们可按预定方式使刻划器32起动和连续移动。采用从Physik Instremante，(PI)Gmb H&Co的Polytec PI子公司(Auburn，MT)购得的工作电压高达120V的型号为Nos．P-840．60或P-841．60的LVPZT与其控制器一起可使刻划器32的总的位移量达90μm左右，其分辨能力为2nm。试样56表面所受到的法向力高达100毫牛顿，分辨能力为2微牛顿。

检测刻划器32移向和移离试样56的表面的距离的检测装置9具有一个测量刻划器32针尖穿入试样56的距离的第一检测器34和一个测量刻划器32针尖穿入试样56时试样56所受到的法向力的第二检测器36。第一检测器34和第二检测器36分别测出针尖穿透量和法向力的数据，这些数据被传送到计算机装置10的控制输入和输出信号的装置12A。该装置12A根据上述数据控制供入供能器16的能量，并按照通过计算机装置10提供的软件程序来控制刻划器32和试样56的移动。

在置于静止支架14和可移式支架20上的一对支柱38上安装第一检测器34的一个固定的第一部件，固定在静止支架14上的支柱38可使可移式支架20和刻划器夹具28自由地移动。在刻划器夹具28上安装第一检测器34的一个可移动的第一部件，致使在刻划器夹具28移动时，可按刻划器夹具28的移动来改变第一检测器34的固定的第一部件与可移动的第一部件之间的间隙，从而产生一个可传输到控制输入和输出信号的装置37A的模拟输出信号。同理，在可移式支架20上安装第二检测器36的一个固定的第二部件，而在刻划器夹具28上则安装第二检测器的一个可移的第二部件，以便在刻划器夹具28移动时，可按照试样56所受到的法向力来改变第二检测器36的固定的第二部件与可移动的第二部件之间的间隙，从而产生一个可传送到控制输入和输出信号的装置11的模拟输出信号。上述的第一检测器34和第二检测器36可以是相同的，例如可从Pyhsik Instremante，(PI)GmbH&Co的子公司Polytec PI公司(Aubum，MT)购得的D-050-00型电容传感器。

图6、7和8示出试样移送机构8的细节。图6示出用于沿与刻划器32相切的方向移动试样56的台架11的细节，当驱动刻划器32的针尖进入试样56并同时移动试样56时便在试样56的表面上产生划痕。图6、7和8还示出在其上面固定试样56以使其表面与刻划器32相垂直的夹持器13的细节。

如图6所示，台架11具有一个固定在测试装置1的底座2上的第一台架座40和一个安装在第一台架座40上面的第二台架座42，从而使固定在第二台架座42上的夹持器13可沿X和Y轴移动并精确定位。根据来自计算机装置10的输入信号，驱动第一台架座40的机构60和驱动第二台架座42的机构58使固定在第二台架座42上面的夹持器13发生沿X轴和Y轴的移动。由Melles Griot公司(Irvine，CA)提供的NanomorerTM系统是合适的台架系统之一。这种显微定位器的分辨能力为50nm，绝对精度为±1μm，总的移动范围是25mm。

如图6、7和8所示，夹持器13具有一个固定在第二台架座42上的试样夹持支座44，如有必要的话，可在试样夹持支座42与第二台架座42之间设置一种硅氧烷化合物的减震膜片62，以便进一步减少来自第二台架座42的任何高频噪音传到试样夹持支座44上。最好在试样夹持支座44与第二台架座42之间设置一对互相成90°定位的普通单轴倾斜平台(未示出)以便于调平固定在夹持器13上的试样56。例如由Newport公司(Irvine，CA)提供的单轴倾斜平台(型号为TGN 80)就很适用于上述目的。这类平台的移动范围是±2．5°，分辨能力为20弧度秒，灵敏度为2弧度秒。

在试样夹持支座44上固定一对楔入块49，该楔入块49通过第三柔性件48与“I”形块46相连接(第三柔性件48固定在“I”形块46的分支上)，使“I”形块46具有唯一的沿所示方向的自由度。第三柔性件48各具有一对与楔入块49的每一侧和“I”形块46的每个分支相连的膜片弹簧。该膜片弹簧用可从美国宾夕法尼亚州Lancaster的Hamilton精密金属公司购得的镍-铁合金制成。“I”形块46位于试样夹持支座44的表面上方，可沿箭头所示方向前后自由移动。在“I”形块46上面固定一个试样夹具50，该试样夹具50具有跨在一对安装杆上的一对试样夹头52，每个试样夹头52带有一个夹紧螺钉54，因此，可通过夹紧螺钉54上紧在试样56前后的试样夹头52而将试样56固定之。

测试装置1还具有一个用于检测在刻划器32的针尖移过试样56的表面使试样划伤时试样56所受到的切向力的第三检测器51。该第三检测器51的固定的第三部件安装在试样夹持支座44上，它的可移动的第三部件安装在“I”形块46的侧面上，因此，当刻划器32划伤试样56的表面时，上述第三检测器51的固定的第三部件与可移动的第三部件之间的间隙就会随试样56所受的切向力的大小而变化。然后将所产生的模拟输出信号传送到调控输入和输出信号的装置11上。上述的第三检测器51可与第一检测器34或第二检测器36相同。例如可从PhysikInstremente，(PI)GmbH&Co公司在美国麻萨诸塞州Auburn的PolytecPI子公司购得的D-050-00型电容传感器。

可根据第一柔性件22、第二柔性件30和第三检测器51的膜片弹簧的尺寸和供能器16的功率来改变测试装置1，使装置1具有适合于各种测试用途的不同的检测能力和分辨能力。

测试装置1可以在厚度为1～1000μm的涂层或薄膜上产生显微划伤以检测它们的抗擦伤能力。进行这种试验时，将试样56固定在试样夹具50上。然后，先用气泡水平仪调平试样56，(最好用单轴倾斜平台)以便通过扫描试样56的表面大致调平试样56的受测表面。使用可调节的臂件5使刻划器32靠近试样56。并使用视频系统014使刻划器32的针尖靠近到离试样56的被测表面5μm内，也就是刻划器针尖与其倒影大致互相触碰的时候。最后通过供能器16所产生的位移进行最后的总调节。也就是，当供能器16通电时推动可移式支架20，该支架又推动装有刻划器32的刻划器夹具28，以便使针尖与试样56的受测表面相接触。实现上述接触时，第二检测器36测出试样56的表面所受的法向力，该法向力被调节到不足以使下面的试样56的表面产生明显损伤的恒定法向力。一般来说，对于树脂涂层而言，上述法向力约为20微牛顿(μN)。

首先，通过按照驱动台架11的预定速度沿预定的方向使刻划器32的针尖在待刻划的试样56的表面上移动一段预定的距离(通常为3mm)，并调节刻划器32的针尖在足以接触试样表面但不损伤该表面的纵断面高度上接触试样56的表面的法向力，也就是将该法向力调节到20μN。在画出表面轮廓时利用来自由台架11和计算机装置10形成的闭环控制系统的连续反馈在上述的纵断面高度上保持上述法向力的值。将所得数据作为划伤前轮廓数据存贮在计算机装置10的存储器内。

然后，驱动刻划器32的针尖按预定速度进入试样56的表面，并同时参考已存贮的划伤前轮廓数据、按照台架11产生的速度沿同一预定方向移动试样56的表面通过同一预定距离进行滑行式刻划。因此，在对试样56的表面进行滑行式刻划时利用划伤前数据可以消除由于试样56的表面变化即凸起的凹陷所产生的任何误差。结果，刻划器的针尖划出一道不受试样56的表面变化影响的预定深度的划痕。所得到的信号作为针尖位移轮廓数据存贮在计算机装置10的存贮器内。一般情况下，在滑行式刻划过程中，试样56表面所受法向力开始时为0，然后，在延迟5秒后。在试样56连续移动的同时，法向力平稳地以0．02mN／sec的速率增加到预定的最大值，如果需要的话，上述速率可逐步提高，也可保持恒定值。

最后，通过使刻划器32的针尖按照驱动台架11通过同一预定距离的预定速度在相同的纵断面高度上的法向力即20μN的法向力下沿画出预划伤试样表面轮廓图时的同一预定方向移动刻划器的针尖而画出划痕表面的轮廓。在利用来自由台架11和计算机装置10形成的闭环控制系统的连续反馈而画出划痕的轮廓时，在纵断面高度上保持上述法向力值。所得到的信号作为划伤后的轮廓数据存贮在计算机装置10的存贮器中。将上述的预划伤轮廓数据、针尖位移轮廓数据和划伤后的轮廓数据变成可处理的数据，然后在显示器12上按目视的或曲线图的形式显示出来，以确定试样56的耐擦伤性能。

另外，测量出刻划器32针尖进入试样56时试样56所受的法向力，并作为法向力曲线数据存贮之。再测量出试样56划伤时试样所受的切向力，并作为切向力曲线数据存贮之。将上述法向力和切向力曲线数据集中到可处理数据内。

用本发明的方法和装置1测定的试样56包括各种涂层。图9示出对涂敷在一种黑色底层上的用苯乙烯-丙烯酸／蜜胺组分制成的约30μm的透明的面涂层进行显微划伤试验得到的结果。使用的刻划器32是带有1μm金刚石尖部的刻划器。

图10和11示出对两种不同的透明涂层进行显微划伤试验所获得的结果。

图9、10和11的线图中的迹线A代表试样56的未损伤表面的划伤前的曲线，迹线D代表刻划器32的针尖穿入试样56并移过预定距离时的针尖位移曲线，迹线B代表划伤后的曲线。从迹线D和B可以看出，在表面划伤后，涂层发生明显的恢复。迹线D和E是试样56在试验时所受到的切向力和法向力的曲线。以迹线B的划伤后的轮廓深度减去迹线A的预划伤轮廓深度，便得出涂层的操作程度。

在刻划试验的早期，迹线A和B是重叠的，这意味着涂层的变形全都恢复了，就是说，该变形是弹性变形。随着载荷的增加，上述两条迹线开始分离，意味着开始发生粘-塑性变形，在图1中可看到该变形的放大形态，随着法向力的增大，涂层的变形量平稳地增加。在图9的约4．1mm距离(法向力为3mN)处以及在图10上约2．15mm距离(法向力为1．8mN)处，迹线B的形状发生突然的变化。由迹线D所示的切向力曲线和迹线D所示的针尖位移曲线开始发生剧烈波动，这表明已发生破裂，在图2可看到该破裂的放大形态，随着法向力进一步增大，破裂的频率和加幅度都增大，最终产生碎片。将图9、10和11所示的涂层试验数据相比较时可以看出。图11所示的涂层的抗擦伤性能较差，因为随着显微划伤的产生，涂层很早就开始发生破裂。另外，涂层在弹性区或粘-塑性区停留时间越长，迹线B与迹线A越靠近，涂层的抗擦伤性能越好。

本发明也可用于通过使刻划器32按预定的速度和预定的法向力对各种表面穿入预定的均匀的深度，然后将各种表面上产生的显微划痕进行比较来比较各种表面的抗擦伤性能。另外，本发明的测试装置也可用于通过例如画出试样表面的轮廓来测定涂层或薄膜的表面粗糙度和硬度，或通过使刻划器针尖穿透涂层或薄膜的整个厚度来测试涂层或薄膜的厚度均匀性。

本发明很适合于测定各种涂层的抗擦伤性能，这些涂层包括例如：用作汽车维护的木质的、塑料的或纸质基板上的透明的和带色的涂层；涂在眼镜(护目镜)镜片上的抗划伤涂层；涂在照相机和望远镜的镜头上的抗反射和遮光涂层；各种金属涂层例如在金属底板上电镀的铬和二氧化钛(TIN)涂层和在金属底板上的化学镀的镍、铜、银和金的涂层。

Claims (23)

1．一种测定试样抗擦伤性能的装置，含有：

一个安装在上述装置的立柱上的刻划器导引机构，该机构具有一个装有一个刻划器的驱动刻划器的机构和一个检测该刻划器移向和移离上述试样的表面的距离的装置；和

一个设置在上述装置的底座上的试样移送机构，该机构具有一个固定上述试样并使上述试样的表面垂直于上述的刻划器的夹持器和一个可沿与上述刻划器相切的方向移动上述试样的台架，从而使上述刻划器的针尖在受到驱动而同时进入上述试样内时，就在上述薄膜或涂层的表面上产生划痕。

2．根据权利要求1的装置，其特征在于，上述的试样移送机构还具有一个用于在上述刻划器刻划上述试样时检测上述试样所受切向力的第三检测器。

3．根据权利要求1或2的装置，其特征在于，还含有一个计算机装置，该装置具有：

一个控制发向和来自上述刻划器导引机构和试样移送机构的输入和输出信号以便按照软件程序来控制上述刻划器和上述试样的移动的装置；

一个用于产生刻划上述试样的表面的可处理数据的装置；

一个用于存贮上述可处理数据的装置；和

一个按目视的或曲线的形式显示上述可处理数据的装置。

4．根据权利要求3的装置，其特征在于，上述的可处理的数据包括：

在上述的刻划器针尖移过上述试样的表面但未刻划该表面时所测得的划伤前的轮廓数据；

上述针尖进入上述试样时所测得的针尖位移轮廓数据；

上述针尖沿上述划痕移动时所测得的划伤后的轮廓数据；和

在上述针尖进入上述试样时测得的法向力的曲线数据。

5．根据权利要求4的装置，其特征在于，上述的可处理的数据还包括在刻划上述试样时所测得的切向力的曲线数据。

6．根据权利要求1的装置，其特征在于，上述的刻划器驱动机构具有：

一个固定在上述立柱的臂件上的静止支架；

一个固定在上述静止支架上用于使通过第一柔性件与上述静止支架柔性相连接的可移式支架移动的供能器，上述的第一柔性件使上述可移式支架只有一个自由度；和

一个通过第二柔性件与上述可移式支架柔性连接的刻划器夹具，上述的第二柔性件使上述的刻划器夹具只有一个自由度，因此，当上述供能器通电时，上述的可移式支架和安装有上述刻划器的上述刻划器夹具便只沿垂直于上述试样的表面的方向移动。

7．根据权利要求6的装置，其特征在于，上述的供能器是一种低压压电转换器。

8．根据权利要求6的装置，其特征在于，上述的第一和第二柔性件各具有一对膜片弹簧。

9．根据权利要求6的装置，其特征在于，上述的第一柔性件具有一对固定在上述的可移式支架和静止支架的两端的膜片弹簧。

10．根据权利要求6的装置，其特征在于，上述的第二柔性件具有一对固定在上述刻划器夹具和上述可移式支架的两端的膜片弹簧。

11．根据权利要求6的装置，其特征在于，上述的第一柔性件具有3对径向地固定在上述的可移式支架和上述的静止支架上的3个位置的膜片弹簧。因此，每对上述的膜片弹簧彼此相隔120°。

12．根据权利要求1的装置，其特征在于，上述的检测上述刻划器的移动量的装置具有：

一个用于检测上述刻划器穿入上述试样内的穿入量的第一检测器；和

一个用于检测上述刻划器穿入上述试样时上述试样所受的法向力的第二检测器。

13．根据权利要求12的装置，其特征在于，上述的第一检测器具有一个安装在固定于上述静止支架上的支柱上的固定的第一检测部件和一个固定在上述刻划器夹具上的可移动的第一检测部件。

14．根据权利要求13的装置，其特征在于，上述的固定的第一检测部件与上述的可移动的第一检测部件构成一对电容传感器。

15．根据权利要求12的装置，其特征在于，上述的第二检测器具有一个固定在上述可移式支架上的固定的第二检测部件和一个固定在上述刻划器夹具上的可移动的第二检测部件。

16．根据权利要求15的装置，其特征在于，上述的固定的第二检测部件与上述的可移动的第二检测部件构成一对电容传感器。

17．根据权利要求1的装置，其特征在于，上述的刻划器的上述针尖是用金刚石、刚玉、黄玉或石英制成的。

18．根据权利要求1的装置，其特征在于，上述的涂层是涂在汽车车身、传统眼镜、镜头、木质基板、塑料基板或纸质基板上的透明涂层。

19．一种测定试样抗擦伤性能的方法，包含如下步骤：

将上述试样固定在测试装置的台架上；

使刻划器垂直地定位在上述试样的待测表面上方，并使上述刻划器的针尖与上述试样的上述表面相接触；和

驱动上述刻划器的上述针尖按预定速度进入上述试样的表面，与此同时，按预定的速度沿规定的方向移动与刻划器相切的上述试样，从而划伤上述试样的上述表面，在其表面上产生划痕。

20．根据权利要求19的方法，其特征在于，还包含如下步骤：

产生对应于上述试样的上述划痕的信号，并将该信号转换成可处理的数据；和

将上述的可处理的数据按目视的或曲线的形式显示出来。

21．一种测定试样抗擦伤性能的方法，包含如下步骤：

将上述试样固定在测试装置的台架上；

使刻划器垂直地定位在上述试样的待测表面上方，并使该刻划器的针尖与上述试样的上述表面相接触；

通过在与上述刻划器相切的试样上按规定方向移动上述针尖画出上述试样表面上一段预定距离的表面轮廓图，并存贮所得到的划伤前的轮廓数据；

驱动上述刻划器的上述针尖按预定速度进入上述试样的表面，与此同时按预定速度沿预定方向使处于与上述刻划器相切的方向上的试样移动一段预定距离与上述划伤前轮廓数据的距离相同，以便在上述试样的上述表面上产生划痕，并将所得到的针尖位移轮廓数据存贮起来；

通过按预定方向移动上述针尖在与上述刻划器相切的划痕上移动一段预定的距离而画出上述试样表面上的划痕的轮廓，并将所得到的划伤后的轮廓数据存贮起来；

将上述的划伤前的轮廓数据、针尖位移轮廓数据和划伤后的轮廓数据转换成可处理的数据；和

将上述可处理数据按目视的或曲线的形式显示出来。

22．根据权利要求21的方法，其特征在于，上述的画出表面轮廓的步骤和画出表面划痕轮廓的步骤还包含：

调节上述针尖触碰试样表面的法向力或者说调节上述针尖在足以确定划痕轮廓而又不改变表面或划痕的纵断面高度上与划痕相接触的法向力；

通过利用来自闭环控制系统的连续反馈而保持上述的画出表面轮廓和画出表面划痕轮廓的步骤中作用在上述纵断面高度上的上述法向力的值。

23．根据权利要求21的方法，其特征在于，还包含如下步骤：

检测在上述针尖进入上述的试样时上述试样所受到的法向力，并将所得到的法向力曲线数据存贮起来；

检测在上述试样被划伤时上述试样所受到的切向力，并将所得到的切向力曲线数据存贮起来；和

将上述的法向力曲线数据和上述的切向力曲线数据集中到上述的可处理数据内。

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