[發(fā)明專利]一種介觀尺度金屬材料單向拉伸原位觀察裝置

在審

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• 申請日: 2013-11-08
• 公開（公告）號: CN103575593A
• 公開（公告）日: 2014-02-12
• 發(fā)明（設計）人: 但文蛟;張衛(wèi)剛;劉飛
• 申請（專利權）人: 上海交通大學
• 主分類號: G01N3/08
• 分類號: G01N3/08;G01N3/04;G01B11/16
• 代理公司: 上海科盛知識產權代理有限公司 31225
• 代理人: 蔣亮珠

技術領域

本發(fā)明屬于金屬塑性成形領域裝置，尤其是涉及一種介觀尺度金屬材料塑性成形時變形區(qū)微觀組織原位觀察裝置，可用于考察介觀尺度金屬材料塑性變形時微觀組織變形特征。

背景技術

隨著近代工業(yè)技術的發(fā)展，微機電系統(tǒng)(MEMS)、航空航天、醫(yī)療、電子通訊、紡織印染以及以純氫為燃料的質子交換膜燃料電池(PEMFC)汽車等領域對微型零件和產品的需求大大增加。但是，采用傳統(tǒng)的微細加工技術(如超精密機械加工、深反應離子蝕刻、LIGA及準LIGA技術等)制造的微型零部件，由于制造成本高且制造效率低，其廣泛應用受到極大的限制。而作為傳統(tǒng)塑性成形技術的繼承與延伸的微(介觀)塑性成形技術，由于具有高效率、低成本、大批量、高精度、高密集、短周期、無污染、凈成形等一些特有的優(yōu)點，生產的零件具有高強度、高精度、高質量等特點，且已成為研究領域和業(yè)界的新熱點。在介觀尺度下材料組織非均勻分布及其微觀變形的非均勻性，使得原有材料宏觀力學性能產生變化。尤其是介觀成形下的多相金屬材料，由于軟、硬微觀組織的存在，其微觀組織的非均勻性愈加明顯。因此，多相金屬材料在介觀塑性成形過程中，微觀軟、硬相組織如何發(fā)生非均勻變形，如何對宏觀變形場產生影響，從而指導介觀尺度下薄板塑性成形工藝，是解除制約微成形技術應用的關鍵之一。

中國專利公開號為CN102346117A(名稱為掃描電鏡下微弧度級精度原位扭轉材料力學性能測試裝置)，通過精密加載單元、精密信號檢測及控制單元、夾持單元及連接單元組成；采用角應變速率可控，與掃描電子顯微鏡、光學顯微鏡、原子力顯微鏡、拉曼光譜儀等良好的結構兼容性、真空兼容性及電磁兼容性；在各類成像儀器的觀測下開展針對三維宏觀試件的跨尺度原位扭轉測試以及扭轉作用下的微觀變形和損傷過程進行原位觀察。該專利主要是針對纖維類試樣的測試，采用主動輪轉動和被動輪固定的方式進行測試，比較適合轉動類零件原位測試。對于介觀尺度金屬材料單向拉伸原位觀察裝置未見報道。

中國專利公開號為CN101413902(名稱為一種掃描電鏡原位觀察的全柔性三平移混聯(lián)微動裝置)，通過二自由度的全柔性平面并聯(lián)機構與單自由度的全柔性機構串聯(lián)一起組成混聯(lián)機構實現(xiàn)全柔性三平移混聯(lián)微動，可避免振動沖擊、摩擦磨損等缺陷；另外，避免了測試過程各種誤差的積累，能夠滿足高精密要求。該專利主要是實現(xiàn)無加載條件下的物體掃描電鏡原位觀察。對于介觀尺度金屬材料單向拉伸原位觀察裝置未見報道。

中國專利公開號CN102033003A(名稱為基于原位觀察的薄板動態(tài)拉伸試驗方法)，該專利采用加工有兩個對稱的圓弧凹面的試樣，能夠最大程度的消除應力集中，而加工的斜面，實際上是由多個截面組成的表面，能夠將試樣的內部乃至中心部位轉移至觀察面上，因此在拉伸時，通過同時觀察試樣表面和斜面的變化，實現(xiàn)了薄板動態(tài)拉伸的近似三維在線觀察。主要是針對薄板動態(tài)拉伸實驗進行宏觀幾何變化的原位觀察，而對于介觀尺度金屬材料單向拉伸原位觀察裝置未見報道。

中國專利公開號為CN102103148A(名稱為金屬材料應力腐蝕斷裂掃描電鏡原位觀察試樣臺)，該專利試樣臺按照SEM樣品室的空間尺寸設計，裝載上微拉伸試樣可以對試樣加載并保持恒位移狀態(tài)。試樣臺連同恒位移試樣放入液態(tài)介質中發(fā)生應力腐蝕斷裂，從介質中取出裝入SEM樣品室中，可以觀察、記錄應力腐蝕裂紋擴展的連續(xù)過程。同時，依據(jù)應力腐蝕斷裂SEM圖像，可以精確計算出裂紋擴展速率和裂紋尖端張開位移。該專利主要是針對金屬材料應力腐蝕斷裂原位觀察，對于介觀尺度金屬材料單向拉伸原位觀察裝置未見報道。

中國專利公開號為CN1740769(名稱為一種用于顯微鏡上的微測量方法、裝置及用途)，該專利通過力傳感器的定夾頭，作水平移動和轉動的動夾頭、動夾頭移動和轉動的手動與電動機構、通用模板底座、溫度罩與溫度傳感器、裝于兩夾頭的電極、磁線圈、半導體制熱、制冷器、外置輻射光源，及帶有信號采集卡、數(shù)據(jù)處理模塊和控制模塊的計算機組成。該裝置不僅能在通用光學顯微鏡上測量纖維、膜材料在力、熱、電、磁、輻射作用下的光學特征，而且結構精巧、簡單實用，可手動和自動操作，可模塊式地直接安裝接插在各種顯微鏡的載物臺上。該專利主要來源是針對纖維、膜類材料的原位觀察，該裝置采用定夾頭固定、動夾頭運動的方式實現(xiàn)材料變形，并不能很好的實現(xiàn)原位觀察。而本申請專利采用的是夾頭雙向運動，保持變形最大變形區(qū)不動，可以比較方便實現(xiàn)原位觀察。