[發明專利]介觀尺度成形極限拉伸試樣及制備方法及力學測量方法

有效

• 申請號: 202111346136.4
• 申請日: 2021-11-15
• 公開（公告）號: CN114166591B
• 公開（公告）日: 2022-09-02
• 發明（設計）人: 陳剛;王瀚;張鵬;朱強;王傳杰
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學（威海）
• 主分類號: G01N1/28
• 分類號: G01N1/28;G01B11/16
• 代理公司: 威海恒譽潤達專利代理事務所(普通合伙) 37260
• 代理人: 曾基

本發明提供了一種介觀尺度成形極限拉伸試樣及制備方法及力學測量方法，其解決了現有介觀尺度成形極限拉伸試樣的應變分布測量方法無法滿足試樣在透明度較低的介質環境下進行拉伸力學測量，所做標記明顯影響試樣的力學性能的技術問題，介觀尺度成形極限拉伸試樣設有夾持部和中間測試部，在中間測試部的表面磁控濺射金屬鍍膜，金屬鍍膜為多個介觀尺寸的微小幾何圖形，呈陣列式分布，且金屬鍍膜的厚度為不超過300nm，本發明還公開了介觀尺度成形極限拉伸試樣的制備方法及力學測量方法，可廣泛應用于應變測量技術領域。

技術領域

本申請涉及應變測量技術領域，特別涉及介觀尺度成形極限拉伸試樣及制備方法及力學測量方法。

背景技術

介觀尺度下，當金屬薄板在厚度方向上的晶粒個數減小至臨界值時，例如對于純銅薄板這一值為～4，金屬薄板的塑性變形能力將快速降低，出現尺寸效應這一現象。而通過法向加載的方式，對試樣的厚度方向上施加壓力，試樣在變形過程中除受到試樣長度方向的拉應力外，還受到垂直于試樣表面的壓應力，有助于愈合材料在變形過程中的微裂紋，提高其塑性變形能力，有助于提升塑性微成形工藝的成形能力。但是由于法向加載的壓應力與介觀尺度尺寸效應的耦合作用，材料的塑性變形行為與應變演化行為發生變化。此時，需要一種有效的應變標識與測量方法來研究材料的應變演化行為。

由于在介觀尺度下，試樣尺寸很小，其特征尺寸處微米、亞微米尺度，因此，傳統的絲網印刷方式繪制在試樣上繪制的網格由于線寬較大，無法準確標識變形后試樣的應變分布。而且，法向加載時摩擦條件也是其變形行為的影響因素，需要在試樣表面涂抹潤滑油來調整其摩擦條件，而絲網印刷用油墨則會與潤滑油發生互溶，從而導致印刷網格線條模糊，在試驗后無法用于應變標識與測量。

目前，介觀尺度成形極限拉伸試樣的應變分布測量主要采用兩種方法：

(1)激光測量與數字散斑全場應變測量方法。激光測量方法的原理是在試樣表面進行標記引出形變，利用激光直線傳播的特點來獲取試樣上標記區域的位移變化，而后通過計算確定激光照射處的應變。但是，當試樣在透明度較低(例如不透明或半透明)的介質環境下進行拉伸力學測量時，由于激光無法照射在試樣上，導致該測量方法就無法進行應變測量。

(2)數字散斑全場應變測量方法。該測量方法為目前較為優秀的應變測量方法，它的原理是通過測量噴漆上散斑點的位移來計算試樣變形區各處的應變。該方法可實現測量變形過程中任意時刻的應變測量，且可以形成試樣測量區域的應變云圖。但是，該方法只適用于被測試樣表面與測量鏡頭之間有著連續的光路，當試樣在透明度較低(例如不透明或半透明)的介質環境下或是鏡頭與試樣變形區中光路不連續時，該測量方法就無法完成應變測量的目標。并且，由于介觀尺度試樣的厚度較小，試樣強度較低，使用噴漆在試樣表層噴涂的散斑圖層會明顯影響試樣的力學性能。

由此可見，上述兩種方法由于其各自的限制性，無法準確測量成形極限實驗中試樣的應變數據，導致成形極限圖的準確程度降低，無法有效指導成形工藝的優化。

發明內容

本發明的目的是為了解決上述技術的不足，提供介觀尺度成形極限拉伸試樣及制備方法及力學測量方法，其中一個目的在于滿足試樣在透明度較低的介質環境下進行拉伸力學測量，又一個目的在于所做標記最大限度的降低對試樣力學性能的影響。

為此，本發明提供一種介觀尺度成形極限拉伸試樣，其設有夾持部和中間測試部，在中間測試部的表面磁控濺射金屬鍍膜，金屬鍍膜為多個介觀尺寸的微小幾何圖形，呈陣列式分布，且金屬鍍膜的厚度不超過300nm。

優選的，拉伸試樣為啞鈴形或者圓形試樣。

優選的，金屬鍍膜為多個介觀尺寸的微小圓形，呈矩形陣列分布。

優選的，金屬鍍膜的直徑D₀為100μm，位于行或列的方向上相鄰兩個金屬鍍膜之間的最短距離L為50μm。