CN108375514B - 一种用乙酸纤维素薄膜复型来获取金属板件疲劳小裂纹情况的实验方法 - Google Patents

一种用乙酸纤维素薄膜复型来获取金属板件疲劳小裂纹情况的实验方法 Download PDF

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Abstract

一种用乙酸纤维素薄膜复型来获取金属板件疲劳小裂纹情况的实验方法，涉及机械结构疲劳领域。对正反面复型时，采用大毛刷快速刷过，使薄膜一次性贴在板件上，再使用小毛刷蘸取丙酮，从左至右清除气泡，毛刷走向与金属板件承载方向垂直，与金属板件表面成20°。对板件侧面复型时，采用小毛刷蘸取丙酮，毛刷与薄膜上方的金属板件接触，使丙酮沿着薄膜流下，薄膜顺势贴在金属板件的侧面，再用毛刷按压的方式将薄膜中的气泡挤压出去。对正反面取膜时，拿手指来回拨动露在外侧的薄膜，使薄膜慢慢地张开。对侧面取膜时，用毛刷轻刷的方式将薄膜翘起来，再拿手指来回拨动露在外侧的薄膜，使薄膜张开。本发明提高了复型成功率，增加了实验的准确性。

Description

一种用乙酸纤维素薄膜复型来获取金属板件疲劳小裂纹情况 的实验方法
技术领域
本发明涉及机械结构疲劳领域，特指一种用乙酸纤维素薄膜复型来获取金属板件疲劳小裂纹情况的实验方法。
背景技术
复型技术是制备电子显微镜用样品的一种方法，是获取结构件表面裂纹形貌的一种手段。利用乙酸纤维素薄膜复型法可获取金属板件小裂纹情况。乙酸纤维素薄膜复型法的优点是，实验中复的膜可以永久地保存下来，方便日后用显微镜进行观测与研究；同时，通过复型的方法还可以得到完整的小裂纹形貌，这种方法操作简单，膜的风干时间短，适用于疲劳小裂纹的复型试验。
金属板件在承受疲劳载荷的过程中，其四个面都可能产生疲劳裂纹。在利用乙酸纤维素薄膜对金属板件的复型过程中，需要对金属板件的四个面进行复型，并且复型时经常会出现膜破裂、气泡挡住裂纹、膜收缩严重等问题，对实验结果的准确性造成了一定的影响，这与在复型过程中的方法有关。鉴于复型过程中存在的一些问题，有必要研究出一些利用乙酸纤维素薄膜对金属板件复型的方法，使得到的实验结果更加准确可靠。
发明内容
本发明的目的是解决利用乙酸纤维素薄膜对金属板件四个面复型过程中产生的薄膜破裂、气泡挡住裂纹、膜收缩严重等缺陷问题，提供一种用乙酸纤维素薄膜复型来获取金属板件疲劳小裂纹情况的实验方法，提高复型方法的成功率，增加试验结果的准确性和可靠性。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：一种用乙酸纤维素薄膜复型来获取金属板件疲劳小裂纹情况的实验方法，其步骤为：A)提供制备金属板件疲劳小裂纹复型的装置，所述制备金属板件疲劳小裂纹复型的装置包括打磨抛光装置、疲劳试验机、乙酸纤维素薄膜、毛刷、丙酮和金属板件，所述打磨抛光装置包括抛光机、砂纸与金刚石研磨膏；B)板件施加载荷前，先用砂纸对金属板件易出现裂纹段进行打磨，打磨金属板件厚度小于10mm的侧面时，拿手指包裹着砂纸打磨，避免板件的四条边打磨的过于锋利，复型时造成膜的撕裂，后用金刚石抛光膏抛光；在疲劳试验机上进行中断疲劳试验，每隔一定的循环次数停机，并对试样施加最大应力的80％的静态拉伸载荷,以确保疲劳裂纹处于完全张开状态，后对金属板件进行复型，使得最终得到不同循环次数下的复型薄膜；C)裁剪金属板件正反面的乙酸纤维素薄膜时，按照大于金属板件易出现裂纹段正反面面积的1.5倍裁剪；裁剪金属板件侧面的乙酸纤维素薄膜时,按照大于金属板件易出现裂纹段侧面面积的3倍裁剪，裁剪前保证周围环境的干净，以免将乙酸纤维素薄膜污染，对复型的结果产生影响；裁剪时需一只手握住乙酸纤维素薄膜的一边，另一只手用剪刀轻轻地将膜裁剪成固定的大小，避免用力过大，造成乙酸纤维素薄膜的破裂，用黑色记号笔在试件上标出标距的位置，方便准确找到复型的位置；D)小裂纹有可能位于四个表面中的任意一面，需要对试件的四个面都进行复型；对金属板件正反面复型时，选择乙酸纤维素薄膜带塑料纸的一面贴近金属板件的正反面，减少气泡的产生；先采用宽度与金属板件正反面宽度相等的大毛刷，蘸取丙酮，确保蘸取的丙酮量能使丙酮沿着大毛刷滴下，用大毛刷从左至右快速刷过，大毛刷走向与金属板件的承载方向垂直，与薄膜表面的角度优选为20°，使薄膜一次性贴在金属板件的正反面上，降低膜出现褶皱的概率；再将复型过程中产生的气泡消除，选用宽度与金属板件侧面宽度相等的小毛刷，蘸取丙酮，确保蘸取的丙酮量能使丙酮沿着小毛刷滴下，小毛刷走向与金属板件承载方向垂直，与金属板件表面优选成20°，防止毛刷扎破薄膜，使用小毛刷从左至右缓慢刷过，使薄膜紧紧地贴在金属板件的表面，同一位置，刷的次数不超过两次，降低对膜的破坏，刷完丙酮之后，等待30s，确保裂纹完全呈现于薄膜上，再用吹风机将薄膜吹干，降低薄膜的收缩以及丙酮对金属板件的影响；对正反面取膜时，拿手指轻轻地来回拨动露在外侧的薄膜，使贴在金属板件上的乙酸纤维素薄膜慢慢地张开，减小薄膜的损坏；E)由于金属板件侧面相比于正面要薄，对金属板件侧面复型时，不能直接按照上述步骤D的方法复型，采取另一种方法；对金属板件侧面复型时，将乙酸纤维素薄膜带塑料纸的一面贴近侧面，用宽度与金属板件侧面宽度相等的小毛刷蘸取丙酮，确保蘸取的丙酮量能使丙酮沿着毛刷滴下，然后与薄膜上方的金属板件接触，使丙酮沿着薄膜流下，薄膜顺势贴在金属板件的侧面，再用小毛刷采取按压的方式，将薄膜中的气泡挤压出去，挤压的力大小使毛刷弯曲8-15°即可，之后等待30s，确保裂纹完全呈现于薄膜上，再使用吹风机将薄膜吹干；对侧面取膜时，因侧面的薄膜会紧紧贴在金属板件上，用干净的毛刷采取轻刷的方式将贴在金属板件上的薄膜翘起来，再拿手指轻轻地来回拨动露在外侧的薄膜，使贴在金属板件上的乙酸纤维素薄膜慢慢地张开；F)将膜揭下之后，用剪刀将多余的薄膜裁掉，用笔标定好薄膜带塑料纸的一面，正反面的薄膜直接用不掉色的塑料夹板夹住，放在书中压着，减少薄膜的变形；试件侧面不够光滑，侧面的薄膜贴出来有大量的褶皱，侧面的膜取下之后，用橡皮轻轻擦拭薄膜，使薄膜展开，再用不掉色的塑料夹板将薄膜夹住，放在书中压着，方便日后观察；一次复型完成之后，继续对板件施加疲劳载荷，重复步骤B至步骤F，进行下一轮疲劳循环中断的复型实验；(G)将薄膜用载玻片夹着放于显微镜下观察，用重物压着载玻片，使薄膜更好地伸展，增加观察的准确性；按照得到薄膜的顺序倒序观察薄膜，研究裂纹的变化情况；测量裂纹长度时，以薄膜上裂纹扩展路径的每段直线距离和为裂纹的长度。
本发明金属板件打磨方法的创新，在于打磨出不易造成薄膜破裂的金属板件边界。打磨金属板件厚度小于10mm的侧面时，拿手指包裹着砂纸打磨，避免板件的四条边打磨得过于锋利，复型时造成膜的撕裂。
本发明金属板件四面复型、消除气泡方法的创新，在于对四面复型、消除气泡方法的不同，对正反面复型时，采用大毛刷快速刷过，使薄膜一次性贴在板件上，再使用小毛刷蘸取丙酮，从左至右清除气泡，毛刷走向与金属板件承载方向垂直，与金属板件表面成20°。对板件侧面复型时，采用小毛刷蘸取丙酮，确保蘸取的丙酮量能使丙酮沿着毛刷滴下，毛刷与薄膜上方的金属板件接触，使丙酮沿着薄膜流下，薄膜顺势贴在金属板件的侧面，再用毛刷采取按压的方式将薄膜中的气泡挤压出去，挤压的力大小使毛刷弯曲8-15°即可。
本发明金属板件取膜方法的创新还在于拿手指轻轻地来回拨动露在外侧的薄膜，使贴在金属板件上的乙酸纤维素薄膜慢慢地张开的方式。对正反面取膜时，拿手指轻轻地来回拨动露在外侧的薄膜，使贴在金属板件上的乙酸纤维素薄膜慢慢地张开。对侧面取膜时，用干净的毛刷采取轻刷的方式将贴在金属板件上的薄膜翘起来，再拿手指轻轻地来回拨动露在外侧的薄膜，使贴在金属板件上的乙酸纤维素薄膜慢慢地张开，减小薄膜的损坏。
有益效果
本发明的有益效果：通过采用上述方法对金属板件进行打磨、四面复型、取膜、消除气泡，从而达到减少复型中产生的薄膜破裂、气泡、褶皱等问题的目的，进而有效地提高了复型成功率，增加了实验的准确性。
附图说明
图1为本发明中的打磨金属板件示意图。
图2为本发明中的正反面复型示意图。
图3为本发明中的侧面复型示意图。
图4为本发明中的压制膜示意图。
图1至图中：1、砂纸，2、手指，3、金属板件，4、宽度与金属板件正反面宽度相等的大毛刷，5、乙酸纤维素薄膜，6、宽度与金属板件侧面宽度相等的小毛刷，7、橡皮，8、塑料夹板。
具体实施方式
下面结合附图对本发明方法作进一步的描述，但本发明并不限于以下实施例。
实施例1
请参阅图1至图4，一种用乙酸纤维素薄膜复型来获取金属板件疲劳小裂纹情况的实验方法，其步骤为：
A)提供制备金属板件疲劳小裂纹复型的装置，所述制备金属板件疲劳小裂纹复型的装置包括打磨抛光装置，疲劳试验机，乙酸纤维素薄膜，毛刷，丙酮和金属板件，所述打磨抛光装置包括抛光机、砂纸与金刚石研磨膏。B)板件施加载荷前，首先用砂纸对金属板件易出现裂纹段进行打磨，打磨金属板件厚度小于10mm的侧面时，用手指包裹着砂纸打磨，避免金属板件的四条边打磨得过于锋利，复型时造成膜的撕裂，图1；后用金刚石抛光膏抛光。在疲劳试验机上进行中断疲劳试验，每隔一定的循环次数停机，并对试样施加最大应力的80％的静态拉伸载荷,以确保疲劳裂纹处于完全张开状态，后对金属板件进行复型，最终得到不同循环次数下的复型薄膜。C)裁剪正反面的乙酸纤维素薄膜时，按照大于金属板件易出现裂纹段正反面面积的1.5倍裁剪；裁剪侧面的乙酸纤维素薄膜时,按照大于金属板件易出现裂纹段侧面面积的3倍裁剪，裁剪前保证周围环境的干净，以免将乙酸纤维素薄膜污染，对复型的结果产生影响。裁剪时需一只手握住乙酸纤维素薄膜的一边，另一只手用剪刀轻轻地将膜裁剪成固定的大小，避免用力过大造成乙酸纤维素薄膜的破裂，用黑色记号笔在试件上标出标距的位置，方便准确找到复型位置。D)小裂纹可能位于四个表面中的任意一面，需要对试件的四个面都进行复型。对金属板件正反面复型时，选择乙酸纤维素薄膜5带塑料纸的一面贴近金属板件3的正反面，减少气泡的产生。先采用宽度与金属板件正反面宽度相等的大毛刷，蘸取丙酮，确保蘸取的丙酮量能使丙酮沿着大毛刷滴下，用大毛刷从左至右快速刷过，大毛刷走向与金属板件的承载方向垂直，与薄膜表面的角度为20°，使薄膜一次性贴在金属板件3的正反面上，降低膜出现褶皱的概率，图2①。小毛刷走向与金属板件承载方向垂直，与金属板件表面成20°，防止毛刷扎破薄膜，使用小毛刷从左至右缓慢刷过，使薄膜紧紧地贴在金属板件的表面，同一位置，刷的次数不超过两次，降低对膜的破坏，图2②，刷完丙酮之后，等待30s，确保裂纹完全呈现于薄膜上，再用吹风机将薄膜吹干，降低薄膜的收缩以及丙酮对金属板件的影响。对正反面取膜时，拿手指轻轻地来回拨动露在外侧的薄膜，使贴在金属板件上的乙酸纤维素薄膜慢慢地张开，减小薄膜的损坏，图4①。E)由于金属板件侧面相比于正反面较薄，对金属板件侧面复型时，不能直接按照上述步骤D的方法复型，采取另一种方法。对金属板件侧面复型时将乙酸纤维素薄膜带塑料纸的一面贴近侧面，用宽度与金属板件侧面宽度相等的小毛刷蘸取丙酮，确保蘸取的丙酮量能使丙酮沿着毛刷滴下，然后与薄膜上方的金属板件接触，使丙酮沿着薄膜流下，薄膜顺势贴在金属板件的侧面，再用小毛刷采取按压的方式，挤压的力大小使毛刷弯曲8-15°即可，将薄膜中的气泡挤压出去，挤压时不可太用力，图3，之后等待30s，确保裂纹完全呈现于薄膜上，再用吹风机将薄膜吹干。对侧面取膜时，因侧面的薄膜会紧紧贴在金属板件上，用干净的毛刷采取轻刷的方式将贴在金属板件上的薄膜翘起来，再拿手指轻轻地来回拨动露在外侧的薄膜，使贴在金属板件上的乙酸纤维素薄膜慢慢地张开。F)将膜揭下之后，用剪刀将多余的薄膜裁掉，用笔标定好薄膜带塑料纸的一面，直接用不掉色的塑料夹板夹住，放在书中压着，减少薄膜的变形；金属板件侧面不够光滑，贴完的薄膜会有大量的褶皱，待侧面的膜取下之后，用橡皮7轻轻擦拭薄膜，使薄膜展开，图4②，再用不掉色的塑料夹板8将膜夹住，放在书中压着，方便日后观察，图4③。一次复型完成之后，继续对板件施加疲劳载荷，重复步骤B至步骤F，进行下一轮疲劳循环中断的复型实验。G)将薄膜用载玻片夹着放于显微镜下观察，用重物压着载玻片，使膜更好地伸展，增加观察的准确性。按照得到薄膜的顺序倒序观察薄膜，研究裂纹的变化情况。测量裂纹长度时，以薄膜上裂纹扩展路径的每段直线距离和为裂纹的长度。

Claims (3)

1.一种用乙酸纤维素薄膜复型来获取金属板件疲劳小裂纹情况的实验方法，其步骤为：
A)提供制备金属板件疲劳小裂纹复型的装置，所述制备金属板件疲劳小裂纹复型的装置包括打磨抛光装置、疲劳试验机、乙酸纤维素薄膜、毛刷、丙酮和金属板件；
B)板件施加载荷前，先用砂纸对金属板件易出现裂纹段进行打磨，打磨金属板件厚度小于10mm的侧面时，拿手指包裹着砂纸打磨，避免板件的四条边打磨的过于锋利，复型时造成膜的撕裂；在疲劳试验机上进行中断疲劳试验，每隔一定的循环次数停机，并对金属板件施加最大应力的80％的静态拉伸载荷,以确保疲劳裂纹处于完全张开状态，后对金属板件进行复型，最终得到不同循环次数下的复型薄膜；
C)裁剪正反面的乙酸纤维素薄膜时，按照大于金属板件易出现裂纹段正反面面积的1.5倍裁剪；裁剪侧面的乙酸纤维素薄膜时,按照大于金属板件易出现裂纹段侧面面积的3倍裁剪，裁剪前保证周围环境的干净，以免将乙酸纤维素薄膜污染，对复型的结果产生影响； 裁剪时需一只手握住乙酸纤维素薄膜的一边，另一只手用剪刀轻轻地将膜裁剪成固定的大小，避免用力过大造成乙酸纤维素薄膜的破裂；
D)对金属板件正反面复型时，选择乙酸纤维素薄膜带塑料纸的一面贴近金属板件的正反面，减少气泡的产生；先采用宽度与金属板件正反面宽度相等的大毛刷，蘸取丙酮，确保蘸取的丙酮量能使丙酮沿着大毛刷滴下，用大毛刷从左至右快速刷过，使薄膜一次性贴在金属板件的正反面上，降低膜出现褶皱的概率；再将复型过程中产生的气泡消除，选用宽度与金属板件侧面宽度相等的小毛刷，蘸取丙酮，确保蘸取的丙酮量能使丙酮沿着小毛刷滴下，用同样的方法，使用小毛刷从左至右缓慢刷过，使薄膜紧紧地贴在金属板件的表面，同一位置，刷的次数不超过两次，降低对膜的破坏，刷完丙酮之后，等待一定的时间，确保裂纹完全呈现于薄膜上，再用吹风机将薄膜吹干，降低薄膜的收缩以及丙酮对金属板件的影响；对正反面取膜时，拿手指轻轻地来回拨动露在外侧的薄膜，使贴在金属板件上的乙酸纤维素薄膜慢慢地张开，减小薄膜的损坏；
E)对金属板件侧面复型时，将乙酸纤维素薄膜带塑料纸的一面贴近侧面，用宽度与金属板件侧面宽度相等的小毛刷，蘸取丙酮，确保蘸取的丙酮量能使丙酮沿着毛刷滴下，然后与薄膜上方的金属板件接触，使丙酮沿着薄膜流下，薄膜顺势贴在金属板件的侧面，再用小毛刷采取按压的方式，将薄膜中的气泡挤压出去，挤压时不可太用力，之后等待一定的时间，确保裂纹完全呈现于薄膜上，再用吹风机将薄膜吹干；对侧面取膜时，因侧面的薄膜会紧紧贴在金属板件上，用干净的毛刷采取轻刷的方式将贴在金属板件上的薄膜翘起来，再拿手指轻轻地来回拨动露在外侧的薄膜，使贴在金属板件上的乙酸纤维素薄膜慢慢地张开；
F)正反面的薄膜直接用不掉色的塑料夹板夹住，放在书中压着，减少薄膜的变形；侧面的膜取下之后，用橡皮轻轻擦拭薄膜，使薄膜展开，再用不掉色的塑料夹板将薄膜夹住，放在书中压着，方便日后观察； 一次复型完成之后，继续对板件施加疲劳载荷，重复步骤B至步骤F，进行下一轮疲劳循环中断的复型实验；
G)将薄膜用载玻片夹着，放于显微镜下观察，用重物压着载玻片，使薄膜更好地伸展，增加观察的准确性； 按照得到薄膜的顺序倒序观察薄膜，研究裂纹的变化情况；测量裂纹长度时，以薄膜上裂纹扩展路径的每段直线距离和为裂纹的长度。
2.根据权利要求1所述的一种用乙酸纤维素薄膜复型来获取金属板件疲劳小裂纹情况的实验方法，其特征在于：所述步骤D)中所用的大毛刷或小毛刷对乙酸纤维素薄膜从左至右沾刷时，毛刷走向与金属板件受力方向垂直，毛刷与金属板件表面成20°；刷完丙酮后，等待的时间为30s。
3.根据权利要求1所述的一种用乙酸纤维素薄膜复型来获取金属板件疲劳小裂纹情况的实验方法，其特征在于：所述步骤E)中所述对侧面复型时，所用力大小使毛刷弯曲8-15°即可。
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