[發明專利]一種用于原位觀測電塑效應的輔助加載裝置

在審

• 申請號: 202310503613.6
• 申請日: 2023-05-06
• 公開（公告）號: CN116482149A
• 公開（公告）日: 2023-07-25
• 發明（設計）人: 楊利坡;劉文杰;李懷美
• 申請（專利權）人: 燕山大學
• 主分類號: G01N23/2251
• 分類號: G01N23/2251;G01N23/203
• 代理公司: 大連東方專利代理有限責任公司 21212
• 代理人: 何圣斐;李洪福

本發明涉及一種用于原位觀測電塑效應的輔助加載裝置，包括原位電脈沖加載平臺、導線、脈沖電源、霍爾電流傳感器、數據采集卡、計算機、探頭和掃描電鏡；探頭對應設置在原位電脈沖加載平臺一側；原位電脈沖加載平臺設置在掃描電鏡的載物臺上；原位電脈沖加載平臺分別通過導線連接至脈沖電源的正負極，且連接脈沖電源正極的導線通過霍爾電流傳感器連接至數據采集卡；數據采集卡和探頭均連接至計算機。本發明能夠對樣品精細加載，利用掃描電鏡和EBSD原位表征觀察組織變化，同步原位觀察脈沖電流的電塑效應對材料應力、應變、溫度和組織的影響規律，便于同參數對比不同電流密度與傳統等溫加熱的組織性能變化，有助于定量區分純電致效應和電熱效應。

技術領域

本發明涉及難變形合金材料增塑改性技術領域，尤其涉及一種用于原位觀測電塑效應的輔助加載裝置。

背景技術

電塑效應是由多種物理效應(電熱效應、磁壓縮效應、純電致效應、集膚效應和熱電效應)共同作用的一種復合效應。相比于傳統熱處理，電脈沖處理可以在較低溫度下使鎂合金發生完全回復和再結晶，消除金屬內部的殘余應力。然而，始終無法定量區分純電致效應(非熱效應)和電熱效應(焦耳熱)，這導致電塑效應的效果難以定量控制，截止目前，依舊停留在經驗積累或定性物理機制描述上，通常是通過力、溫度等指標來反饋電塑效應，這在很大程度上，影響了電塑效應的物理機制探索進程和工業應用范圍的拓展進度。

電脈沖對合金材料產生的電塑效應的研究分為宏觀和微觀兩個方向，一種是對電脈沖處理后的材料進行拉伸、壓縮等力學性能測試，分析材料的強度、塑性等性能；另一種是通過掃描電鏡、透射電鏡觀察電脈沖處理前后材料晶粒尺寸、位錯、再結晶等微觀變化。這兩種方法都是在消除電熱效應的基礎上發現電塑效應通過對材料的微觀組織的影響提高材料的宏觀力學性能。但是，這些研究都存在一個相同的問題：都是通過電脈沖處理后的材料進行微觀觀測和宏觀測試得的現象推測電塑效應的存在，都未能在電脈沖處理的過程中觀測到所謂的“電子風”介入直接使微觀組織發生了變化并提高了力學性能。部分研究通過預先對材料進行標記，通過電鏡拍下初試晶粒的形態，在經過電脈沖處理后按照標記地點拍下處理后的晶粒形態，對比體現電塑效應的存在。這種原位表征方法存在較多的問題，首先電處理的過程會使材料產生氧化皮，影響標記點的尋找，導致兩次觀測的不是同一個位置；二是分兩次觀察不能看到電塑效應即電子風促進晶界滑移、再結晶、位錯的消失和相的析出、溶解。電塑效應一直停留在推測階段，不能直接觀察到是最大的問題。原位測試是指通過顯微成像儀器對被測試件在測試過程中進行實施連續觀測、記錄和分析。與傳統的非原位測試相比，原位測試在材料性能研究上具有更大的優勢，可以更加深入的開展材料微觀結構對材料性能影響的研究。

發明內容

針對上述問題，本發明的目的在于提供一種用于原位觀測電塑效應的輔助加載裝置，通過掃描電鏡的微觀表征，觀測在電脈沖作用下材料微觀組織受到電塑效應的影響，在電脈沖加載下材料力學性能的提升的效果；設計原位電塑性加載平臺，觀察電子風即電塑效應在微觀層面產生的作用，證明電塑效應對合金微觀組織具有促進晶界滑移、再結晶、位錯的消失和相的析出、溶解的直接影響，從而確定電塑效應存在。

本發明采用的技術方案如下：

本發明所提出的一種用于原位觀測電塑效應的輔助加載裝置，包括原位電脈沖加載平臺、導線、脈沖電源、霍爾電流傳感器、數據采集卡、計算機、探頭和掃描電鏡；所述探頭對應設置在原位電脈沖加載平臺的一側；所述原位電脈沖加載平臺設置在掃描電鏡的載物臺上；所述原位電脈沖加載平臺分別通過導線連接至脈沖電源的正負極，且連接脈沖電源正極的導線通過霍爾電流傳感器連接至數據采集卡；所述數據采集卡和探頭均連接至計算機。