[发明专利]复合载荷模式力电热磁耦合材料性能原位测试仪器与方法

说明书

本发明涉及一种复合载荷模式力电热磁耦合材料性能原位测试仪器与方法，属于精密科学仪器领域。包括复合载荷‑多物理场加载试验平台、原位监测平台和隔振基座三大部分。隔振基座主要用于支承复合载荷‑多物理场加载试验平台、原位监测平台，并为其安装提供定位，同时在测试中为各类精密驱动加载元件、检测元件以及原位监测元件提供有效的隔振处理。原位监测平台通过对各监测模块位姿的精确调整，实现对上述复杂载荷条件下材料样品的微观变形、损伤机制、微观组织结构变化以及性能演化进行实时的动态原位监测。优点在于：结构小型化和轻量化，可选配真空腔将仪器主体置于其中，从而为被测材料样品提供如低压、真空、惰性气体等测试环境。实用性强。

技术领域

本发明涉及精密科学仪器领域，特别涉及一种复合载荷模式力电热磁耦合材料性能原位测试仪器与方法。本发明的复合载荷模式力-电-热-磁多物理场耦合加载条件下的材料微观性能原位测试仪器与方法可以提供“拉伸/压缩-低周疲劳-扭转-弯曲”四种力学载荷中的一种或多种，也可针对典型功能材料开展在“应力场-温度场（高/低温）-电场-磁场”多物理场耦合作用下的微观性能测试，最多可同时实现上述七种载荷方式共存的并行加载测试。利用仪器内嵌的原位微纳米压痕测试模块，可以精准测量复杂载荷条件作用下，材料样品压痕曲线、硬度、弹性模量等参量的动态演变情况。利用原位监测平台对材料样品在复杂应力状态、多物理场耦合情况下，精确的动态监测复杂载荷作用过程中及作用后，材料的物理性能参数、变形损伤、微观组织变化与性能演变等关乎材料服役性能、可靠性与使用寿命的重要数据信息，为接近服役条件下材料微观力学性能测试提供有效的手段和方法。

背景技术

新材料新工艺的研发与应用是工业发展的基础，而材料科技的不断发展也依赖于对材料各类力学性能与物理性能的深入研究。材料力学性能测试技术，主要为了获取材料的弹性模量、切变模量等宏观上的力学参数。但是，随着材料科技的快速发展，各类新材料不断涌现，而对这些新材料的特异性的测试分析也逐渐成为国际学术界和工程界的研究热点。传统的材料力学性能测试手段难以全面反映新材料的物理特性，特别是材料在实际工况下，往往是在复合载荷作用下工作，材料的各类物理性能与力学性能已经不能以单一载荷测试下的性能进行评定。

在现有的研究水平下，针对单一载荷的材料测试技术已趋于成熟，针对两种或两种以上复合载荷作用的材料测试理论方法和仪器设备也已被广泛研究。但是这些仅仅是针对应力场加载的仪器设备，并不能真实的反映出材料的实际工况，并且其测试原理多为离位测试，不能对测试过程中材料样品的微观组织形貌进行实时动态的观察，很难将材料微观组织变化的内在机理与材料宏观力学性能有效地结合起来综合分析材料的性能。因此，在现有的仪器难以满足上述复合载荷作用下，材料性能测试多为离位过程的背景下，开发一种能够基于复合载荷模式力-电-热-磁多物理场耦合环境下的材料微观力学性能原位测试仪器，并提出相应的测试方法，已成为新型材料测试仪器的发展趋势。

发明内容

本发明的目的在于提供一种复合载荷模式力电热磁耦合材料性能原位测试仪器与方法，解决现有仪器设备不能实现力-电-热-磁多物理场耦合作用下的材料性能原位测试的问题。本发明可以实现在拉伸/压缩加载的基础上，集成其他的力学加载形式，同时还可以构建高温场/低温场-电场-磁场的多物理场耦合条件，利用仪器内嵌的原位微纳米压痕测试模块，可以精准测量在这些复杂载荷条件作用下，材料样品压痕曲线、硬度、弹性模量等参量的动态演变情况。仪器可实现拉伸/压缩、弯曲、扭转、低周疲劳、温度场、电场、磁场的任意组合，最多可同时实现上述七种载荷方式共存的并行加载测试，为接近服役条件下材料微观力学性能测试提供有效的手段和方法。同时，借助仪器嵌入的光学显微成像监测模块、显微拉曼监测模块等多种类型原位监测模块，能精确的动态监测复杂载荷作用过程中及作用后，材料的物理性能参数、变形损伤、微观组织变化与性能演变等关乎材料服役性能、可靠性与使用寿命的重要数据信息。本发明可整机与真空腔集成，模拟更为丰富的实验环境，如低气压环境、真空环境、惰性气体环境等。本发明的加载模式及试验条件更能接近材料的实际服役情况，获取更为丰富的材料性能参数，为研究材料的力学性能、物理性能、微观组织形貌与材料失效机理提供了有效的测试方法。