CN1043205A - 高反差高温栅的制造工艺与应用技术 - Google Patents

Abstract

一种高反差高温栅的制造工艺及应用技术，其具体方法是在试件表面用光刻胶光刻法制成胶栅，再用电刷镀法镀上栅线金属。当要测量材料高温时的内部应变时，可将试件剖分，在剖分面上制成金属栅线，然后在栅线表面涂以防护涂料，再将试件合成一体，并沿其周边用熔焊法焊合，然后进行高温力学试验。试验后再将试件在焊合处剖开，即可在剖分的表面看到云纹图。

为增加云纹图的反差，以便于观察及拍摄云纹图，可将云纹图进行表面着色处理。20#钢，镍栅线的表面着色处理可用一般发黑技术。

Description

本发明属于密栅版的制造工艺及密栅云纹法应变、应力测量技术。

密栅云纹法测量材料在常温或较高温受力时位移场和应变场的分布及局部区域的应力状况和应力集中现象等已得到了广泛的应用。但在高温下用云纹法来测量材料受力时的应力、应变状况则由于普通栅版的耐热性差或在高温下易氧化而受到了一定的限制。

目前国内外对高温应变测量的栅版制造工艺进行了研究，主要集中在栅线的制造工艺及栅线金属的选择上。如美国用光刻胶光刻法制造胶栅，并用真空镀膜法在不锈钢上制成金栅。在钛上制成铝栅（“Moire    Gratings    for    High    Temperature    and    Long    Times”《Experimental    Mechanics》October    1979）。日本用光刻胶光刻法制成胶栅并用电镀法镀金属栅线。（“Thermestable    Moire    Grids    and    Its    Evaluations”《The    Technology    Reports    of    The    Tohoku    University》Vol.36<1971>）。比利时也有用光刻胶和腐蚀法制栅的。（Measurement    of    Transient    thermal    Plastic    Strains”《Strain》October，1968。

上述方法制成的栅虽可比普通栅版承受较高的温度，但却存在下列问题：

1.承受温度都在860℃以下。

2.栅线与基体的反差小，不利于观察云纹图及用照相法拍摄记录云纹图象。

此外在对材料进行常温内部应变测量时，一般采用将试件剖开，在其剖面上贴上常温栅版，将试件合成一体进行受力试验，试验后再分开试件观察栅版的云纹图象。但在高温进行上述试验时，栅版表面会被氧化，且接触面间的栅线往往会相互焊合，从而使高温时材料内部的应变测量不能实现。

本发明的目的是研制一种高反差高温栅的制造工艺及材料高温应变测量技术。

本发明的构成是用光刻胶光刻制成胶栅后，用电刷镀法镀上栅线金属，并在力学试验后对栅线进行表面着色处理，以增加其反差。为防止用剖开法测量高温材料内部的应变时栅线间的相互焊合及表面氧化，在栅线表面涂以防护涂料。

本发明具体内容如下：

在磨光（抛光）的试件表面上涂上光刻胶，然后将母版覆盖在已涂上光刻胶的试件表面进行曝光（母版可用普通的栅版），再经过显影，清洗，坚膜等过程即制成胶栅。然后在已制成胶栅的试件表面上用电刷镀法镀上栅线金属，这样就在试件表面上制成了金属栅线。制成栅线的试件即可按常规的试验方法进行力学试验，试件表面即呈现云纹图。

当要进行试件内部高温应变测量时，则可将试件剖成两半，将其剖分面进行抛光，按上述方法在其表面制成金属栅线，再在剖分面上涂以防护涂料，以防止高温时两侧栅线的相互焊合及氧化。然后将两个剖分部分重新合一，在其周边用熔焊法将其焊合，使之成为一个整体，再进行高温力学试验，试验后在焊合处剖开试件即可观察表面的云纹图。

当要对试件表面进行高温应变测量时，为防止试件在高温时的氧化，可采用真空炉或惰性气体保护炉加热。

为增加云纹图的反差，以利于观察及拍摄云纹图，对经过力学试验后的栅线进行表面着色处理。

本发明的实施例如下：

1.以标准高温拉伸试件为例，将试件测量面的表面磨光（抛光），当制做5线/mm的栅时，光洁度应在

7左右。对试件表面除油，用肉桂酸脂系的光刻胶（可用市售103-B负胶）加在试件表面，将试件在匀胶台上旋转5～60秒（转速为500～1500转/分），然后旋转5～10分钟，再进入70℃～90℃的烘炉，烘烤15～20分钟，取出试件，冷却至室温，将所需密度的母版（可为普通栅版）覆盖到涂上光刻胶的试件表面上，用80W汞灯爆光20″～30″（灯距20cm）将曝光后的试件表面用丁酮显影一分钟，再用丙酮清洗一分钟，显影和清洗时要摇动试件，并用气流吹干，将显影、清洗后的试件送入160℃～180℃的烘箱40～60分钟，进行坚膜，即制成光刻胶栅。

在已制成光刻胶栅的试件表面用电刷镀法镀上栅线金属，20^＃钢的栅线金属可用镍。

电刷镀工艺：

1）活化：用2^＃活化液（市售商品）电源反接（工件为正极），电压为3V。刷4～5遍，刷子与工件的相对速度为4～12m/min。再用3^＃活化液（市售商品），电压为10V，其余参数与用2^＃活化液时相同。

2）镀致密快速镍：镀液用SDY-2031致密快速镍镀液（市售商品），刷子与工件的相对速度为6～16m/min。电刷正接（镀笔为正极），电压4V，刷2分钟，电压5V刷2分钟，电压6V6分钟刷镀完。

在表面制成栅线后的试件即可进行力学试验，为防止试件表面氧化可在真空炉或惰性气体保护炉中加热。力学试验后试件表面即呈现云纹图。为增加云纹图的反差，便于观察和拍摄，可将云纹图进行表面着色处理，20^＃钢上的镍栅可用一般钢材的发黑技术。

2.以大型锻件热模拟试验为例，试件材料为20^＃钢，加热温度为1230℃，进行试件内部的应变测量。

将试件按测量要求剖分，对其要测量的表面按上述方法制成栅线。

然后在试件周边要焊合处的边缘开坡口。用棉球蘸丁酮清洗试件表面的栅线。再在栅线上涂抹HM-1防护涂料（该涂料为清华大学机械系产品），然后将两部分试件焊合成一体（可用一般熔焊方法）。

焊合后的试件可用一般力学试验方法进行力学试验。

试验后，剖开试件，除去防护涂料，用一般清洗方法清洗试件表面，即可观察云纹图。

为增加云纹图的反差，便于观察和拍摄，可对试件的带栅表面进行表面处理，表面处理可按基体材料和栅线金属不同而异，对20^＃钢上的镍栅表面，可用一般钢材的发黑技术。

本发明的优点是栅版可承受1200℃的高温。云纹图反差强，便于观察及拍摄照片，可以进行试件内部的应变测量，经济、方便、可靠。

Claims (3)

1、一种用光刻胶、电刷镀栅线制造高温栅的方法，其特征是用光刻胶光刻制成胶栅后用电刷镀法镀上栅线金属。

2、一种将试件剖开，在其剖面上制做栅线，再将试件覆合进行力学试验，测量高温试件内部应变的方法，其特征是在栅线表面涂以防护涂料，以防止栅线表面的相互焊合。

3、一种增加高温栅版云纹图反差的方法，其特征是将带栅表面着色处理。