CN103234813B - 一种平行力连续自加载装置样品及试验方法 - Google Patents

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Abstract

本发明是对在平行拉伸应力作用下的材料进行研究的自加载装置，满足对不同加载位移精确度的实验要求，尤其是非常方便的应用于原子力显微镜(AFM)下各种测量，如形貌测量、SKPFM电势测量或者磁性MFM测量等。它包括两侧对称的两个实验观察面和两个端面，另配一个螺栓，其中，一个端面中间有螺纹孔，通过螺栓的旋转给不带螺纹孔的端面施加位移，来改变中间两个实验观察平面的拉伸应变，使变形区域始终处于平行拉伸力的作用下。本装置样品操作简便，经济适用，金属材料与原子力显微镜托盘接触，保证了两者的导电性，适宜SKPFM的加载观察。

Description

一种平行力连续自加载装置样品及试验方法
技术领域
本发明是研究材料在不同拉伸应变位移下的形貌、表面电势等变化情况。对不同的加载位移，在不改变样品的应变状态条件下可以研究装置样品在溶液或者其他环境下的变化情况，同时满足对不同精确度要求的实验，操作非常方便。
背景技术
在通常的加载实验过程中，我们看到往往是样品放在加载装置上，在将样品固定好后，再做样品的连续加载试验。对于在原子力显微镜下的试样AFM形貌观察和SKPFM电势观察中，原子力显微镜成像的原理是利用一个对力非常敏感的微悬臂，其尖端有一个微小的探针，当针尖轻微地接触样品表面时，由于探针尖端的原子和样品表面的原子之间产生极其微弱的相互作用力而使悬臂弯曲，将微悬臂弯曲的形变信号转换成光电信号并进行放大，就可以得到原子之间力的微弱变化的信号，这就要求微悬臂要与样品表面非常接近。而以往的加载装置由于要固定样品，用于固定样品的装置部位往往高于样品表面，因此微悬臂很难接近样品表面，给原子力显微镜的观察带来不便。
对加载后的试样做电解充氢实验，由于要求试样本身受力状态不变，这就要求在实验中不能将样品充氢后再重新加载到受力状态，另外，充氢实验后的样品要做简单的表面抛光处理才能做原子力下的观察实验，这就要求样品的受力面非常平滑，没有凸起。
发明内容
由于传统加载装置体积大，加载装置与试样分离，不能满足实验要求，本发明的目的就是提供一种能在不同平行力加载位移条件下的连续实验观察，保证受力表面平滑，便于在原子力显微镜下的微观观察，同时在将样品电解充氢过程中，确保样品处于受力状态。
本发明由受载装置样品，螺栓组成，通过改变标距区域的加载位移，可以做在不同受力状态下试样的形貌，电势，磁力或者其他性能的原位观察。螺栓的长度要求在与另一侧面刚接触时要长，这样才能使样品断裂前尽可能满足不同加载变形量的要求；中间两个对称的观察平面形状，厚度完全一样，这样不至于使要观察的区域发生弯曲变形；两个端面设计成正方形，螺纹孔要处在一个端面的正中间的位置，这样加载的过程中保证两个对称标距区域受力相同，扭矩相互抵消，不会发生弯曲变形；螺栓的旋进端平齐光滑，在与另一端面接触的过程中，力均匀分布在这一端面的中心部位，同样保证了标距区域不会发生弯曲变形；考虑加力的方便，标距区域厚度不宜过厚。
本发明一种平行力连续自加载装置样品，其特征在于：它包括两侧对称的两个实验观察面和两个端面，另配一个螺栓，其中，一个端面中间有螺纹孔，通过螺栓的旋转给不带螺纹孔的端面施加位移，来改变中间两个实验观察平面的拉伸应变，使变形区域始终处于平行拉伸力的作用下。
进一步的，中间两个对称的实验观察平面形状、厚度完全一样。
进一步的，两个端面设计成正方形，螺纹孔处在一个端面的正中间的位置。
进一步的，螺栓的旋进端平齐光滑，在与另一端面接触加力的过程中，力均匀分布在端面的中心部位。
进一步的，为了方便加载，两侧的实验观察平面标距部分厚度一般不宜过厚，经过计算取适宜厚度。
一种平行力连续自加载装置样的试验方法，叙述如下：
（1）加载时，通过螺栓一端与受力端面的作用，使中间两侧实验观察平面的标距区域发生拉伸，产生变形；
（2）对变形量精度要求比较高的试验，通过在标距区域贴应变片的方法，运用程控静态电阻应变仪，测量出因加载引起的标距区域应变变化，根据实验要求连续加载；
（3）对于精度要求不高的试验，可以通过测量螺栓旋进角度的方法计算出变形量，即ΔL=αM/360mm，α为螺栓旋转角度，M为螺纹螺距，则应变ε=ΔL/L=αM/360Lmm，L为标距,根据实验要求连续加载；
（4）对于在溶液中的电解充氢实验，将处于拉伸状态的装置放在溶液中作为阴极充氢，充氢时间按照标距区域的厚度，根据公式X=α(Dt)1/2求出；其中X为标距区域的厚度，α取1～2，D是材料扩散系数，t为充氢时间。
本实验的有益效果是可以满足不同平行力作用下的加载试验，可以使试样在受力的状态下做电解充氢实验，可以方便的加力，并可以精确测量出观察平面标距区应变量的变化，操作非常简便。
附图说明
图1是受载装置样品与螺栓的装配图。
图2是受载装置样品的三视图。
其中，1-实验观察面,2-端面，3-螺栓。
具体实施方式
（1）加载时，通过螺栓一端与受力端面的作用，使中间两侧实验观察平面的标距区域发生拉伸，产生变形；
（2）对变形量精度要求比较高的试验，通过在标距区域贴应变片的方法，运用程控静态电阻应变仪，测量出因加载引起的标距区域应变变化，根据实验要求连续加载。
（3）对于精度要求不高的试验，可以通过测量螺栓旋进角度的方法计算出变形量，即ΔL=αM/360mm(α为螺栓旋转角度，M为螺纹螺距)则应变ε=ΔL/L=αM/360Lmm（L为标距）,根据实验要求连续加载。
（4）对于在溶液中的电解充氢实验，将处于拉伸状态的装置放在溶液中作为阴极充氢，充氢时间按照标距区域的厚度，根据公式X=α(Dt)1/2求出（其中X为标距区域的厚度，α取1～2，D是材料扩散系数，t为充氢时间）。

Claims (2)

1.一种平行力连续自加载装置样品，其特征在于：它包括两侧对称的两个实验观察面和两个端面，另配一个螺栓，其中，一个端面中间有螺纹孔，通过螺栓的旋转给不带螺纹孔的端面施加位移，来改变中间两个实验观察平面的拉伸应变，使变形区域始终处于平行拉伸力的作用下；
中间两个对称的实验观察平面形状、厚度完全一样；
两个端面设计成正方形，螺纹孔处在一个端面的正中间的位置；
螺栓的旋进端平齐光滑，在与另一端面接触加力的过程中，力均匀分布在端面的中心部位。
2.根据权利要求1所述的平行力连续自加载装置样品的试验方法，叙述如下：
(1)加载时，通过螺栓一端与受力端面的作用，使中间两侧实验观察平面的标距区域发生拉伸，产生变形；
(2)通过在标距区域贴应变片的方法，运用程控静态电阻应变仪，测量出因加载引起的标距区域应变变化，根据实验要求连续加载；
通过测量螺栓旋进角度的方法计算出变形量，即ΔL＝αM/360mm，α为螺栓旋转角度，M为螺纹螺距，则应变ε＝ΔL/L＝αM/360Lmm，L为标距,根据实验要求连续加载；
(3)对于在溶液中的电解充氢实验，将处于拉伸状态的装置放在溶液中作为阴极充氢，充氢时间按照标距区域的厚度，根据公式X＝α(Dt)1/2求出；其中X为标距区域的厚度，α取1～2，D是材料扩散系数，t为充氢时间。
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