[發(fā)明專利]高/低溫復(fù)雜氛圍環(huán)境加載裝置

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010889452.5
• 申請日: 2020-08-28
• 公開（公告）號: CN112051167B
• 公開（公告）日: 2021-11-19
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 趙宏偉;趙久成;張世忠;郭春明;徐利霞;萬杰;方宇明;趙大慶;靖旭;趙甄章
• 申請（專利權(quán)）人: 吉林大學(xué)
• 主分類號: G01N3/32
• 分類號: G01N3/32
• 代理公司: 吉林長春新紀(jì)元專利代理有限責(zé)任公司 22100
• 代理人: 王怡敏

本發(fā)明涉及一種高/低溫復(fù)雜氛圍環(huán)境加載裝置，屬于材料高低溫力學(xué)性能測試領(lǐng)域。包括真空/惰性氛圍環(huán)境構(gòu)建單元、高溫環(huán)境構(gòu)建單元和低溫環(huán)境構(gòu)建單元，真空/惰性氛圍環(huán)境構(gòu)建單元通過基座與外部安裝平臺剛性連接，通過滾輪與外部導(dǎo)軌配合，實現(xiàn)裝置整體沿導(dǎo)軌方向上的自由移動；高溫環(huán)境構(gòu)建單元通過連接棒與前、后固定組件連接；低溫環(huán)境構(gòu)建單元通過冷媒管Ⅰ~Ⅳ與前、后固定組件連接。優(yōu)點在于：可靈活集成各種高分辨率原位成像設(shè)備，實現(xiàn)對被測材料試樣表面宏微觀形貌的原位監(jiān)測；可集成一種或多種力學(xué)加載設(shè)備，實現(xiàn)對被測材料試樣單一及復(fù)合載荷的加載；可集成真空/惰性氛圍組件，實現(xiàn)真空/惰性氛圍環(huán)境的構(gòu)建。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種高/低溫復(fù)雜氛圍環(huán)境加載裝置，屬于精密儀器領(lǐng)域，特別涉及材料服役性能與物性測試。該裝置可實現(xiàn)真空/氛圍下高低溫環(huán)境的構(gòu)建，通過集成高分辨率原位成像設(shè)備及各種靜動態(tài)力學(xué)加載設(shè)備，可建立材料在高低溫及復(fù)雜靜動態(tài)機械載荷耦合下表面宏微觀形貌演化與力學(xué)性能退化之間的關(guān)聯(lián)，為深入研究材料高低溫及復(fù)雜靜動態(tài)機械載荷耦合下的服役性能、評估材料服役安全性提供了一種可行性技術(shù)手段。

背景技術(shù)

高低溫及復(fù)雜機械載荷耦合作用是材料常見的服役工況。在航空航天及汽車制造等領(lǐng)域，發(fā)動機渦輪葉片（鎳基高溫合金）、高壓壓氣機葉片（鈦合金）、發(fā)動機活塞（硅鋁合金）等常工作在高溫及復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)，飛機機翼材料常工作在低溫及復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)，高低溫與復(fù)雜應(yīng)力耦合作用導(dǎo)致的材料失效頻繁發(fā)生。研究表明，高低溫與復(fù)雜應(yīng)力耦合作用會導(dǎo)致材料的服役壽命大大降低，但相關(guān)失效機制尚不明確，深入的研究工作亟需進行。

開展高低溫下材料力學(xué)性能測試是獲取其高低溫服役性能，研究其失效機制的最直接手段，但該工作高度依賴與之匹配的高低溫力熱耦合測試裝置及測試方法。現(xiàn)有的商業(yè)化溫度加載裝置發(fā)展比較成熟，常見有感應(yīng)式加熱器、商業(yè)化馬弗爐、鹵素?zé)艏訜崞鳌⒁旱评淝弧⒏叩蜏丨h(huán)境箱等，但上述裝置往往結(jié)構(gòu)固定、集成性較差，難以集成多種力學(xué)加載設(shè)備，難以開展復(fù)雜載荷下的測試試驗；并且，上述溫度加載裝置功能比較單一、溫度范圍窄，難以實現(xiàn)寬溫域下的力學(xué)性能測試；進一步的，上述裝置難以構(gòu)建真空或惰性氣體氛圍。

為了實現(xiàn)對各類結(jié)構(gòu)及功能材料微觀尺度力學(xué)性能的表征及變形損傷機制的研究，原位力學(xué)測試技術(shù)迅猛發(fā)展，輔以一種或多種原位成像設(shè)備進行的力學(xué)性能測試成為一種新興的測試手段。例如，在疲勞試驗中結(jié)合紅外熱成像技術(shù)及顯微成像技術(shù)可有效定位疲勞裂紋萌生部位、監(jiān)測疲勞試驗過程中試樣表面微觀形貌變化。然而，現(xiàn)有溫度加載裝置（高溫疲勞試驗機、蠕變試驗機等）受內(nèi)部結(jié)構(gòu)及試樣夾具位置限制，尚難以與各類原位成像設(shè)備集成。

綜上所述，考慮到開展材料在復(fù)雜應(yīng)力下原位測試的必要性，用于材料力學(xué)性能測試的溫度加載裝置尚需拓展與多種力學(xué)加載設(shè)備及原位監(jiān)測設(shè)備的通用集成性。因此，本發(fā)明面向材料高低溫復(fù)雜載荷微觀力學(xué)性能測試的重大需求，提出一種高/低溫復(fù)雜氛圍環(huán)境加載裝置，對深入研究材料高溫低環(huán)境下的服役性能、評估材料高低溫環(huán)境下的服役安全性意義重大。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種高/低溫復(fù)雜氛圍環(huán)境加載裝置，解決了現(xiàn)有技術(shù)存在的空間兼容性差、溫度加載范圍窄、難以實現(xiàn)原位監(jiān)測等問題。裝置由真空/惰性氛圍環(huán)境構(gòu)建單元、高溫環(huán)境構(gòu)建單元、低溫環(huán)境構(gòu)建單元組成。本發(fā)明采用環(huán)形均布式硅鉬棒輻射加熱實現(xiàn)高溫環(huán)境的構(gòu)建，采用循環(huán)冷介質(zhì)輻射制冷實現(xiàn)低溫環(huán)境的構(gòu)建，并通過熱電偶組件實現(xiàn)溫度實時測量與反饋。該裝置的前、后側(cè)設(shè)置原位觀測視窗，可靈活集成各種高分辨率原位成像設(shè)備，實現(xiàn)對被測材料試樣表面宏微觀形貌的原位監(jiān)測；裝置的上、下、左、右側(cè)設(shè)置力學(xué)加載端口，可集成一種或多種力學(xué)加載設(shè)備，實現(xiàn)對被測材料試樣單一及復(fù)合載荷的加載；該裝置還可集成真空/惰性氛圍組件，實現(xiàn)真空/惰性氛圍環(huán)境的構(gòu)建。本發(fā)明機械單元主體的長、寬和高分別為384mm、341 mm和468 mm。

本發(fā)明的上述目的通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)：