[發明專利]一種用于金屬材料高分辨率局域應變分析的散斑制備方法

在審

• 申請號: 202011324248.5
• 申請日: 2020-11-23
• 公開（公告）號: CN112485280A
• 公開（公告）日: 2021-03-12
• 發明（設計）人: 朱彬;盧雅琳;陳逸;程亮;張云龍
• 申請（專利權）人: 江蘇理工學院;江蘇省中以產業技術研究院
• 主分類號: G01N23/2202
• 分類號: G01N23/2202;G01N23/2251;G01B15/06
• 代理公司: 常州佰業騰飛專利代理事務所(普通合伙) 32231
• 代理人: 張紅艷

本發明屬于光測力學、變形測量的技術領域，具體涉及一種用于金屬材料高分辨率局域應變分析的散斑制備方法，包括：(1)表面預處理：研磨金屬試樣待測面，采用SiO₂拋光液進行拋光；(2)噴濺：對拋光后的金屬試樣進行超聲波清洗、吹干，在待測面噴濺金屬涂層；(3)熱處理：將噴濺金屬涂層的金屬試樣放置在蒸氣環境中，加熱處理，使金屬涂層轉化為金屬顆粒；(4)重復步驟(2)和步驟(3)，交替進行噴濺金屬涂層和蒸氣熱處理，即在金屬試樣表面獲得納米金屬顆粒散斑。本發明采用交替噴濺金屬涂層和蒸氣熱處理的方法，能夠獲得均勻分布且具有較大尺寸差異的散斑，用于多尺度DIC局域應變分析。

技術領域

本發明屬于光測力學、變形測量的技術領域，具體涉及一種用于金屬材料高分辨率局域應變分析的散斑制備方法。

背景技術

傳統的材料變形/應變測試方法多為接觸式測量方法，不僅需要較為復雜的固定安裝環節，并且直接接觸會在一定程度上干擾測量結果。近年來基于機器視覺的測量方法，包括視頻引伸計技術、數字圖像相關技術(DIC)、散斑干涉技術等逐漸應用于材料的變形/應變測量。其中，DIC技術能夠實現全場、高精度、非接觸、無損測量，優勢顯著，在機器視覺力學測量領域得到了廣泛的研究與應用。

采用DIC方法測量物體位移應變信息，一般通過拍攝加載前和加載過程中的物體二維全場變形圖像，然后將變形場分成不同大小的分析區域，也就是子集區域，通過相機采集噴濺有散斑的試樣變形過程中散斑圖像序列，并對采集的圖像序列進行“匹配”相關性計算。之后，在變形圖像上找到與參考圖像相關系數最大的對應點，并經過一系列相關計算獲得位移和應變。由于噴濺散斑隨機生成，因此某塊子區域內的散斑往往具有唯一性，使得圖像序列之間可以正確匹配。相對于其他視覺測量方法，DIC方法對復雜環境的適應性好，能進行全場非接觸測量，便于實現整個測量過程的自動化，能夠充分發揮計算機技術在數字圖像處理中的優點和潛力?；贒IC應變分析方法的基本理論可以發現，該方法的應變測量分辨率和精度不僅受到相關算法的影響，在很大程度上取決于各種噪聲、光照問題、散斑制備等實驗條件。如何通過散斑質量的改善提高DIC算法的精度是目前相關研究工作的重點。

目前，DIC方法在工程和科研領域的應變測量中均獲得廣泛應用。將掃描電鏡技術(SEM)和DIC方法結合，可以實現微觀尺度的應變測量，用于材料形變機理的研究。由于金屬材料各組成相、不同晶粒的各向異性顯著，在變形過程中存在復雜的局域形變和應變協調，尤其適合采用高分辨DIC方法研究其不同尺度的形變機理。通過高分辨DIC表征多相金屬材料變形過程中的局域應變分布和演化過程，結合顯微組織和變形亞結構分析，有助于深入理解形變協調和損傷失效過程中的微觀機理。

金屬材料高分辨DIC應變分析所用的散斑尺寸和質量直接決定了應變測量的分辨率和精確度。現階段，金屬材料掃描DIC原位應變測量主要采用納米金顆粒涂層制備散斑，納米金顆?？梢垣@得優異的襯度，便于在SEM電鏡下成像，且不影響背散射電子成像分析。中國發明專利CN110487831A公開了一種制備納米金顆粒涂層散斑的方法，將樣品表面附著金屬膜并在蒸氣氣氛下進行加熱處理，獲得納米顆粒涂層散斑。但是，現有散斑制備方法只能獲得尺寸差異較小，均勻分布的散斑，由于SEM電鏡下表征范圍有限，此時尺寸較小的局部區域應變分布結果，難以兼顧分辨率和分析區域面積，也無法同時實現單個區域不同尺度的應變測量。

鑒于此，本發明采用交替噴濺和蒸氣加熱的方法，獲得均勻分布且具有不同顆粒尺寸的散斑，用于多尺度DIC局域應變分析，成功地解決了目前掃描原位DIC應變測量所存在的問題。

發明內容

為了解決現有技術中制備的散斑的金屬顆粒尺寸差異較小，難以兼顧分辨率和分析區域面積的缺陷，本發明在于提供一種用于金屬材料高分辨率局域應變分析的散斑制備方法，獲得均勻分布且具有不同顆粒尺寸的散斑，用于多尺度DIC局域應變分析，成功地解決了目前掃描原位DIC應變測量所存在的問題。

本發明是通過如下技術方案實現的：