[發明專利]一種利用超聲空化評價金屬力學性能的方法及裝置

有效

• 申請號: 201711465813.8
• 申請日: 2017-12-28
• 公開（公告）號: CN108225948B
• 公開（公告）日: 2021-06-15
• 發明（設計）人: 張玉榮;李發琪;李樺楠;王智彪;張明軍;曾德平
• 申請（專利權）人: 重慶醫科大學
• 主分類號: G01N3/30
• 分類號: G01N3/30;G01N3/307;G01N3/06;G01N17/00
• 代理公司: 上海光華專利事務所(普通合伙) 31219
• 代理人: 周建軍

1.一種利用超聲空化評價金屬力學性能的方法，其特征在于，用于評價金屬力學性能的裝置包括加壓艙、超聲換能器以及位于所述超聲換能器內的工裝，所述工裝上固定有金屬薄片樣品，所述金屬薄片樣品表面粘有光纖，所述加壓艙的窗口設有用于拍攝金屬薄片空蝕過程的高速攝像系統；還包括增壓裝置，用于提高加壓艙內介質水的靜壓力，所述超聲換能器位于所述加壓艙內；所述加壓艙內的介質水經脫氣裝置脫氣處理，脫氣裝置用于降低水中的含氧量，并確保每次實驗介質水的氧容量相同，所述光纖與光纖水聽器連接；還包括用于控制所述工裝移動的運動裝置，以及用于驅動換能器的驅動裝置；

所述方法包括如下步驟：

1)制備脫氣水，向加壓艙內注水并去除超聲換能器內表面的氣泡；

2)將待檢測金屬切割成薄片樣品，所述金屬選自金、銀、銅、鎢、鉬、鎳、鈦、錫、鋁、不銹鋼或者其合金中的至少一種，所述金屬薄片樣品的厚度范圍為0.5～5mm，包括邊界值；

3)將金屬薄片樣品固定在超聲換能器內，將光纖平行粘于金屬樣品表面，光纖端部裸露，關閉加壓艙，注滿水；

4)啟動換能器的驅動裝置，連接高速攝像系統，設置其與功率源輸出同步；

5)通過光纖水聽器進行聲場和頻率掃描，確定焦點的位置及超聲換能器的最佳工作頻率，進一步調整樣品的位置使得焦點位于其表面，然后，調節高速攝像鏡頭的焦距至最佳拍攝狀態；

6)在一定的靜水壓力和驅動功率下對金屬表面進行空化處理1s，靜水壓力為0.1-10MPa，驅動功率為2000-10000W，通過高速攝像拍攝金屬的空蝕過程；

7)觀察金屬的表面損傷形貌，并對其特征進行定性和定量分析，結合金屬的物理性質研究金屬在超聲輻照過程中的損傷機理，評價金屬的力學性能：

同一金屬，隨著硬度的增加，金屬表面的空蝕坑的深度逐漸減小；相似硬度，熔點越低的金屬，坑的深度越大。

2.根據權利要求1所述的方法，其特征在于：步驟2)中，所述金屬薄片樣品的厚度為1-5mm，包括邊界值。

3.根據權利要求2所述的方法，其特征在于：步驟2)中，所述金屬薄片樣品的厚度為1-2mm，包括邊界值。

4.根據權利要求1所述的方法，其特征在于：步驟2)中，先對金屬樣品表面打磨，再進行電解拋光；

和/或，步驟3)中，先對光纖端部表面質量及測量系統進行校準，再將光纖粘于金屬表面。

5.根據權利要求1所述的方法，其特征在于：步驟5)中，高速攝像的幀頻范圍為1000-500000fps。

6.根據權利要求1所述的方法，其特征在于：步驟7)中，從宏觀和微觀的角度觀察金屬的表面形貌改變，并對其特征進行定性和定量分析。

7.一種用于金屬力學性能評價的裝置，其特征在于：包括加壓艙、超聲換能器以及位于所述超聲換能器內的工裝，所述工裝上固定有金屬薄片樣品，所述金屬薄片樣品表面粘有光纖，所述加壓艙的窗口設有用于拍攝金屬薄片空蝕過程的高速攝像系統；還包括增壓裝置，用于提高加壓艙內介質水的靜壓力，所述超聲換能器位于所述加壓艙內；所述加壓艙內的介質水經脫氣裝置脫氣處理，脫氣裝置用于降低水中的含氧量，并確保每次實驗介質水的氧容量相同，所述光纖與光纖水聽器連接；還包括用于控制所述工裝移動的運動裝置，以及用于驅動換能器的驅動裝置；所述裝置采用如權利要求1-6任一項所述的方法評價金屬力學性能。