[发明专利]一种介观尺度金属材料单向拉伸原位观察装置

说明书

技术领域

本发明属于金属塑性成形领域装置，尤其是涉及一种介观尺度金属材料塑性成形时变形区微观组织原位观察装置，可用于考察介观尺度金属材料塑性变形时微观组织变形特征。

背景技术

随着近代工业技术的发展，微机电系统(MEMS)、航空航天、医疗、电子通讯、纺织印染以及以纯氢为燃料的质子交换膜燃料电池(PEMFC)汽车等领域对微型零件和产品的需求大大增加。但是，采用传统的微细加工技术(如超精密机械加工、深反应离子蚀刻、LIGA及准LIGA技术等)制造的微型零部件，由于制造成本高且制造效率低，其广泛应用受到极大的限制。而作为传统塑性成形技术的继承与延伸的微(介观)塑性成形技术，由于具有高效率、低成本、大批量、高精度、高密集、短周期、无污染、净成形等一些特有的优点，生产的零件具有高强度、高精度、高质量等特点，且已成为研究领域和业界的新热点。在介观尺度下材料组织非均匀分布及其微观变形的非均匀性，使得原有材料宏观力学性能产生变化。尤其是介观成形下的多相金属材料，由于软、硬微观组织的存在，其微观组织的非均匀性愈加明显。因此，多相金属材料在介观塑性成形过程中，微观软、硬相组织如何发生非均匀变形，如何对宏观变形场产生影响，从而指导介观尺度下薄板塑性成形工艺，是解除制约微成形技术应用的关键之一。

中国专利公开号为CN102346117A(名称为扫描电镜下微弧度级精度原位扭转材料力学性能测试装置)，通过精密加载单元、精密信号检测及控制单元、夹持单元及连接单元组成；采用角应变速率可控，与扫描电子显微镜、光学显微镜、原子力显微镜、拉曼光谱仪等良好的结构兼容性、真空兼容性及电磁兼容性；在各类成像仪器的观测下开展针对三维宏观试件的跨尺度原位扭转测试以及扭转作用下的微观变形和损伤过程进行原位观察。该专利主要是针对纤维类试样的测试，采用主动轮转动和被动轮固定的方式进行测试，比较适合转动类零件原位测试。对于介观尺度金属材料单向拉伸原位观察装置未见报道。

中国专利公开号为CN101413902(名称为一种扫描电镜原位观察的全柔性三平移混联微动装置)，通过二自由度的全柔性平面并联机构与单自由度的全柔性机构串联一起组成混联机构实现全柔性三平移混联微动，可避免振动冲击、摩擦磨损等缺陷；另外，避免了测试过程各种误差的积累，能够满足高精密要求。该专利主要是实现无加载条件下的物体扫描电镜原位观察。对于介观尺度金属材料单向拉伸原位观察装置未见报道。

中国专利公开号CN102033003A(名称为基于原位观察的薄板动态拉伸试验方法)，该专利采用加工有两个对称的圆弧凹面的试样，能够最大程度的消除应力集中，而加工的斜面，实际上是由多个截面组成的表面，能够将试样的内部乃至中心部位转移至观察面上，因此在拉伸时，通过同时观察试样表面和斜面的变化，实现了薄板动态拉伸的近似三维在线观察。主要是针对薄板动态拉伸实验进行宏观几何变化的原位观察，而对于介观尺度金属材料单向拉伸原位观察装置未见报道。

中国专利公开号为CN102103148A(名称为金属材料应力腐蚀断裂扫描电镜原位观察试样台)，该专利试样台按照SEM样品室的空间尺寸设计，装载上微拉伸试样可以对试样加载并保持恒位移状态。试样台连同恒位移试样放入液态介质中发生应力腐蚀断裂，从介质中取出装入SEM样品室中，可以观察、记录应力腐蚀裂纹扩展的连续过程。同时，依据应力腐蚀断裂SEM图像，可以精确计算出裂纹扩展速率和裂纹尖端张开位移。该专利主要是针对金属材料应力腐蚀断裂原位观察，对于介观尺度金属材料单向拉伸原位观察装置未见报道。

中国专利公开号为CN1740769(名称为一种用于显微镜上的微测量方法、装置及用途)，该专利通过力传感器的定夹头，作水平移动和转动的动夹头、动夹头移动和转动的手动与电动机构、通用模板底座、温度罩与温度传感器、装于两夹头的电极、磁线圈、半导体制热、制冷器、外置辐射光源，及带有信号采集卡、数据处理模块和控制模块的计算机组成。该装置不仅能在通用光学显微镜上测量纤维、膜材料在力、热、电、磁、辐射作用下的光学特征，而且结构精巧、简单实用，可手动和自动操作，可模块式地直接安装接插在各种显微镜的载物台上。该专利主要来源是针对纤维、膜类材料的原位观察，该装置采用定夹头固定、动夹头运动的方式实现材料变形，并不能很好的实现原位观察。而本申请专利采用的是夹头双向运动，保持变形最大变形区不动，可以比较方便实现原位观察。