高溫合金氧化膜原位動態(tài)實時應(yīng)力測試技術(shù)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及材料應(yīng)力測試領(lǐng)域，尤其是涉及高溫合金材料表層氧化膜應(yīng)力測試領(lǐng)域。高溫合金氧化膜應(yīng)力研究一直是困擾國內(nèi)外科研工作者的難點和重點課題。本發(fā)明研究出一種新的力學(xué)測試方法：“阿基米德曲線薄片矩量法”，實現(xiàn)了不同溫度、不同氧化時間的全過程、原位、動態(tài)、實時氧化膜應(yīng)力測試。開發(fā)研制高溫合金氧化膜應(yīng)力測試裝置，該裝置由真空系統(tǒng)、加熱溫控系統(tǒng)、讀數(shù)顯微系統(tǒng)等部分組成，如附圖所示。采用“真空升溫-恒溫氧化-真空降溫”工藝方法實現(xiàn)氧化膜純生長應(yīng)力與純熱應(yīng)力的準(zhǔn)確定性、定量測試，為進一步提高高溫合金抗氧化使用溫度，開發(fā)研制新型高性能高溫合金材料提供了科學(xué)依據(jù)。
【專利說明】高溫合金氧化膜原位動態(tài)實時應(yīng)力測試技術(shù)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及材料應(yīng)力測試領(lǐng)域，尤其是涉及高溫材料表層氧化膜應(yīng)力測試領(lǐng)域?！颈尘凹夹g(shù)】
[0002]高溫合金包括鐵基、鎳基、鈷基高溫合金，以其優(yōu)良的高溫機械性能和高溫抗氧化性能廣泛應(yīng)用于航空、航天、艦船、能源、冶金、石油化工等高溫設(shè)備領(lǐng)域。
[0003]高溫合金能否抗高溫氧化取決于其表層能否形成一層保護性氧化膜。氧化膜的破壞剝落是加速合金基體氧化，導(dǎo)致合金抗氧化性能降低的主要原因。有應(yīng)力才會有氧化膜的剝落，因此，氧化膜的力學(xué)性能是決定其抗氧化性能優(yōu)劣的關(guān)鍵因素。
[0004]氧化膜的力學(xué)行為研究一直是高溫合金抗氧化性能研究的重點和難點課題。氧化膜的成份可以通過X-射線衍射分析測定，氧化膜形貌、結(jié)構(gòu)可以通過SEM掃描電鏡分析，氧化膜的元素及分布可以通過EPMA電子探針與EDS能譜加以分析，但氧化膜的力學(xué)性能難以獲得。氧化膜通常較薄，與基體也難以分離，又涉及到微觀尺度應(yīng)力分析，因此，氧化膜的力學(xué)數(shù)據(jù)難以測量。
[0005]經(jīng)過國內(nèi)外科研工作者的不懈努力，目前已開發(fā)研制了較多的氧化膜力學(xué)性能測試技術(shù)。如單面氧化彎曲法，雙面氧化彎曲法，X-射線衍射法，激光喇曼光譜技術(shù)，拉力法，聲發(fā)射技術(shù)等。這些測試技術(shù)大多屬于間接、冷態(tài)、靜態(tài)的測試，均存在較多的問題和不足，測試數(shù)據(jù)誤差較大，不夠準(zhǔn)確。目前還沒有一種動態(tài)實時監(jiān)測氧化膜應(yīng)力的方法。
[0006]筆者長期從事高溫合金的微觀組織與材料性能研究，通過多年的研究研制了一種新的測試技術(shù):“阿基米德曲線薄片矩量法”，能夠?qū)崿F(xiàn)全過程、實時、動態(tài)、原位測量氧化膜應(yīng)力，通過科學(xué)的檢測與分析，深入研究氧化膜的力學(xué)行為。該技術(shù)發(fā)明對探明高溫合金氧化膜的抗剝落機理，開辟新工藝、新方法，進一步提高合金抗氧化使用溫度，開發(fā)研制新型高性能高溫合金均具有重要意義。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]( I)氧化膜應(yīng)力測試原理
阿基米德曲線也叫漸開線，是指自圓點開始同時沿徑向和圓周勻速運動的軌跡，如圖1
所示。設(shè)徑向運動速度為V，圓周運動角速度為ω，則任一點K旋轉(zhuǎn)的角度記為Φ,Κ點切
線I與徑向KO夾角為α，根據(jù)阿基米德曲線特性，tga為K點徑向速度與線速度之比:
KO ω ,、 tga=-= φ (I)
V
金屬做成阿基米德曲線形狀薄片時，如圖2所示，起點O固定，水平放置，高溫氧化過程中其受到表面生成的氧化膜應(yīng)力作用產(chǎn)生力矩發(fā)生彎曲變形。
[0008]阿基米德曲線薄片任一點K的氧化膜切向應(yīng)力是疊加的，記為O，該應(yīng)力產(chǎn)生力矩，促使薄片彎曲變形。
[0009]K點氧化膜應(yīng)力產(chǎn)生的力矩M為:
【權(quán)利要求】
1.“阿基米德曲線薄片矩量法”測試氧化膜應(yīng)力技術(shù)是本發(fā)明專利的核心技術(shù)，阿基米德曲線也稱漸開線，該技術(shù)可以應(yīng)用到高溫合金氧化膜之外的薄膜覆層涂層等的應(yīng)力測試，涉及到阿基米德曲線或漸開線薄片矩量的應(yīng)力測試技術(shù)均屬對本發(fā)明的侵權(quán)行為。
2.高溫合金氧化膜應(yīng)力測試裝置核心由真空系統(tǒng)、加熱溫控系統(tǒng)、顯微讀數(shù)系統(tǒng)組成，系統(tǒng)設(shè)備不局限于牌號、型號與容量。
3.氧化膜應(yīng)力測試中，采用“真空升溫-恒溫氧化”工藝措施實現(xiàn)高溫合金氧化膜純生長應(yīng)力測試，恒溫氧化不局限于大氣氧化，可以是其它腐蝕氣體的氧化測試。
4.氧化膜應(yīng)力測試中，采用“恒溫氧化-真空降溫”工藝措施實現(xiàn)高溫合金氧化膜純熱應(yīng)力測試，恒溫氧化不局限于大氣氧化，可以是其它腐蝕氣體的氧化測試。
【文檔編號】G01N25/00GK103954641SQ201310656478
【公開日】2014年7月30日 申請日期:2013年12月9日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月9日
【發(fā)明者】王海濤 申請人:青島理工大學(xué)