CN112213353B - 一种线膨胀系数的测试方法 - Google Patents

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Abstract

本发明是关于一种线膨胀系数的测试方法，用于立式测量厚度小于3mm的待测试样的线膨胀系数，其包括如下步骤：将待测试样切割成多个试样板；其中，试样板的厚度与待测试样的厚度一致；将多个试样板叠接在一起，得到层叠板；其中，层叠板的厚度满足立式线膨胀系数测量试样的要求；对层叠板的层叠面进行研磨处理；对研磨处理后的层叠板进行立式线膨胀系数测试。本发明主要用于解决待测薄板无法采用立式测量方法测量其线膨胀系数的难题，消除由于薄板厚度带来的测量误差，操作简单，可以利用现有设备实现，操作过程不引入化学试剂、无污染。

Description

一种线膨胀系数的测试方法
技术领域
本发明涉及一种物理性能评价技术领域，特别是涉及一种线膨胀系数的测试方法。
背景技术
线膨胀系数是指材料随着温度的变化而膨胀或收缩的程度，是材料的一个重要的物理特性。目前，线膨胀系数的测试方法主要有立式测量方法和卧式测量方法两种。其中，采用卧式测量方法测量时，试样在加热过程中的两面受热不均，会产生一定的热变形，导致线热膨胀的测试精度有所降低。合金材料的线膨胀系数常采用立式测量的方法来测量；但是对于薄板试样，其无法立式固定放置；并且，对于低膨胀合金，其线膨胀系数对温度的变化不敏感，测试难度更大。
殷钢就是一类镍含量为36％左右的低膨胀合金，该合金在居里温度以下具有极低的膨胀系数。因此，殷钢在精密仪器、电子工业、航空航天等领域有着广泛的应用，是制备精密激光部件、微波谐振腔、热双金属测量片等产品的关键材料。近年来，能源、航空航天、电子工业以及汽车部件等领域对低膨胀合金板材的需求迫切，特别是殷钢薄板在液化天然气运输船和显示器制造领域中得到大量的应用。
线膨胀系数是低膨胀合金最重要的性能指标，但是对于低膨胀合金薄板的线膨胀系数的测量一直以来都是一个难题。因此，迫切的需要一种能够准确测量低膨胀合金薄板的线膨胀系数的方法，促进和保障该合金薄板的安全应用。
发明内容
有鉴于此，本发明提供一种线膨胀系数的测试方法，主要目的在于能够有效地测试出薄板的线膨胀系数，并确保其精确性。
为达到上述目的，本发明主要提供如下技术方案：
一方面，本发明的实施例提供一种线膨胀系数的测试方法，其中，所述线膨胀系数的测量方法用于立式测量厚度小于3mm的待测试样的线膨胀系数，其包括如下步骤：
切割处理步骤：将待测试样切割成多个试样板；其中，所述试样板的厚度与所述待测试样的厚度一致；
叠接步骤：将所述多个试样板叠接在一起，得到层叠板；其中，所述层叠板的厚度满足立式线膨胀系数测量试样的要求；
研磨处理步骤：对所述层叠板的层叠面进行研磨处理；研磨处理后的两个第一层叠面相互平行、研磨处理后的两个第二层叠面相互平行。
线膨胀系数测量步骤：对研磨处理后的层叠板进行立式线膨胀系数测试。
优选的，在所述切割处理步骤中：所述试样板是长度为49-51mm、宽度为5-7mm、厚度小于3mm的长方形板。
优选的，采用电火花线将待测试样切割成多个试样板。
优选的，在所述切割处理步骤中：所述试样板的个数确保所述层叠板的厚度为3-6mm，优选3-4mm。
优选的，在所述叠接步骤中：以点焊的方式，将所述多个试样板叠接在一起；优选的，所述叠接步骤具体为：将所述多个试样板进行堆叠、预固定，然后在试样板的表面进行点焊以固定多层试样板，使其成为叠焊的整体，得到层叠板。
优选的，在所述层叠板上，焊点的数量为3-7个；优选的，其中一个焊点位于试样板的中心处，其余的焊点位于所述试样板上靠近两端的位置处，且关于试样板的中心对称。
优选的，在所述叠接步骤中，在将所述多个试样板叠接在一起的步骤之前，需对所述试样板进行清洗。
优选的，所述层叠板具有相对的两个第一层叠面、相对的两个第二层叠面：其中，所述第一层叠面沿着所述层叠板的宽度方向延伸、所述第二层叠面沿着所述层叠板的长度方向延伸；其中，研磨处理后的第一层叠面和研磨处理后的第二层叠面相垂直。
优选的，研磨处理后的第一层叠面的粗糙度Ra不大于1.6μm。
优选的，研磨处理后的第一层叠面的平行度小于20μm。
优选的，在所述线膨胀系数的测量步骤中：将研磨处理后的层叠板放入线膨胀系数测试设备中，根据如下公式进行测量计算：α＝(L2-L1)/[L1×(T2-T1)]；其中，α为线膨胀系数、L1是当温度为T1时的层叠板的长度，L2时当温度T2时的层叠板的长度。
优选的，所述待测试样为金属试样。
优选的，所述待测试样为低膨胀合金试样。
与现有技术相比，本发明的线膨胀系数的测试方法至少具有下列有益效果：
本发明首次提出一种能对厚度小于3mm的薄板进行立式测试的线膨胀系数的测量方法，包括如下步骤：先将待测薄板切割成厚度不变的多个试样板，然后将多个试样板叠接在一起形成层叠板，且层叠板的厚度(多个试样板厚度之和)满足线膨胀系数立式测量的试样要求；对层叠板的层叠面进行研磨，最后只需对研磨处理后的层叠板进行线性膨胀系数测量即可。上述步骤中，实现了对薄板的立式测量，且由于立式测量的精度大于卧式测量的精度，因此，该方法能确保线膨胀系数的测量精度，尤其适用于对温度变化不敏感的低膨胀合金的线膨胀系数的测量。
另外，本发明提出的线膨胀系数的测量方法，不会引入任何化学试剂，对环境和人体无污染，测试过程中不会由于薄板之间界面失连接造成的测试终止现象，可以适应极低温到极高温范围内的线膨胀系数测试，该测量方法对薄板的厚度要求不限，只要有测试普通块体材料的线热胀系数设备，就可以测试评价薄板的线热胀系数，操作简便易行，成本低廉。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明如后。
附图说明
图1为实施例1所制作的层叠板；
图2为实施例2所制作的层叠板；
图3为实施例3所制作的层叠板；
图4为比较例所采用的线膨胀系数测试试样。
具体实施方式
为更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及较佳实施例，对依据本发明申请的具体实施方式、结构、特征及其功效，详细说明如后。在下述说明中，不同的“一实施例”或“实施例”指的不一定是同一实施例。此外，一或多个实施例中的特定特征、结构、或特点可由任何合适形式组合。
在此需要说明的是：立式线膨胀系数测量试样的厚度要求不小于3mm，而厚度小于3mm的板材无法进行立式线膨胀系数测量。但是卧式测量线膨胀系数的测量的精确度低。基于此，本发明的发明人首次提出一种线膨胀系数的测量方法，其能对3mm的待测试样的线膨胀系数进行立式测量，从而确保测量的精确度。
本发明实施例提供一种线膨胀系数的测试方法，其中，参见图1至图3，该线膨胀系数的测量方法主要用于立式测量薄板(厚度小于3mm的待测试样)的线膨胀系数，且确保其精确性。具体包括如下步骤：
1)切割处理步骤：将待测试样切割成多个试样11；其中，试样板11的厚度与待测试样的厚度一致。
该步骤具体为：将待测试样进行电火花线切割，切割成长方形条状的试样板11；
长方形条状的试样板11的尺寸为长49-51mm、宽5-7mm、厚度小于3mm。
长方形条状的试样板11的个数为：(4/板厚)所得数，若所得数不是整数，则向上取整。或长方形条状的试样板11的个数为：(3/板厚)向上取整，若所得数不是整数，则向上取整。总之，试样板的个数使的这些试样板叠加在一起的厚度满足3-6mm，优选3-4mm。(目前，立式线膨胀系数测试试样长度要求是：48±0.1mm，宽度3mm或4mm，厚度3-6mm)。
2)叠接步骤：将多个试样板11叠接在一起，得到层叠板1；其中，层叠板1的厚度满足立式线膨胀系数测量试样的要求。
在此需要说明的是：若将多层试样板叠放成一体，并且试样板之间互相粘连固定，形成一定厚度的层叠板，就可以顺利进行线膨胀系数的立式测量。
但是，现有的化学粘结试剂会在极低温或极高温的环境下失效，导致层叠板试样脱粘，使线膨胀系数的测量无法进行。
而金属材料点焊法是利用点焊机，将两个电极加压工件使金属层在电极的压力下形成一定的接触电阻，焊接电流从一电极流经另一电极时在两接触电阻点形成瞬间的热熔接，并且焊接电流瞬间从另一电极沿两工件流至此电极形成回路，并且不会伤及被焊接工件内部结构。在此通过点焊连接的层叠板可以在不同温度下牢固结合，完成线膨胀系数的测试。
该步骤具体为：将多个试样板进行堆叠、预固定，然后在试样板的表面进行点焊以固定多层试样板，使其成为叠焊的整体，得到层叠板。
点焊前，对试样板11进行清洗，除去表面油污。
优选的，焊点12的数量(即，点焊处焊点的数量)为3、5或7个。
点焊时，先在长方形条状试样板的中心进行点焊，然后在离中心往两端进行对称点焊。
点焊电流仅仅使薄板表面互相粘连即可，严禁电流过大使薄板初始微观组织发生转变。
3)研磨处理步骤：对所述层叠板1的层叠面进行研磨处理，以确保所述层叠板1上的相对的两个层叠面之间平行。
在此需要说明的是：“层叠面”指的是长方体状层叠板的由多个板厚面层叠在一起而形成的面。
所述层叠板1具有相对的两个第一层叠面101(即，端面)、相对的两个第二层叠面102(侧面)：其中，研磨后的第二层叠面和第二层叠面相垂直。
研磨处理后的第一层叠面101的粗糙度Ra不大于1.6μm；和/或
研磨处理后的第一层叠面102的平行度小于20μm。
4)线膨胀系数测量步骤：对研磨处理后的层叠板进行立式线膨胀系数测试。
将研磨处理后的层叠板放入线膨胀系数测试设备中，根据如下公式进行测量计算：
α＝(L2-L1)/[L1×(T2-T1)]；
其中，α为线膨胀系数、L1是当温度为T1时的层叠板的长度，L2时当温度T2时的层叠板的长度。
在此需要说明的是：本发明实施例提供的线膨胀系数的测试方法主要用于金属试样的测量，其解决了薄板无法进行立式测量线膨胀系数的难题，对于低膨胀合金薄板的线膨胀系数的测量精度高，消除由于薄板厚度带来的测量误差。
本发明提出的上述方法能成功解决了金属薄板无法进行线膨胀系数的立式测量的问题，该方法比卧式测量方法的精度高，因此，本发明提出的线膨胀系数的测量方法能够有效地测试薄板的线膨胀系数，并确保其精确性。
下面通过具体实施例进一步说明如下：
以下实施例采用电火花线切割机对板材进行切割；采用金相砂纸对薄板表面进行研磨处理；采用脚踏式点焊机进行点焊；采用TL15-WG-1500热膨胀系数测试设备测试试样在-160℃至室温(25℃)的线膨胀系数。
本发明的下述实施例和比较例主要是用于测量为殷钢4J36(低膨胀合金)的线膨胀系数，以对比说明本发明提出的方法是可行的。其中，殷钢的板厚为8mm，该板材是经过热轧和退火处理得到。利用切割机将该厚板分别分割成4mm的厚板材(比较例的待测试样)、1.5mm厚的薄板(实施例1的待测试样)、1.0mm厚的薄板(实施例2的待测试样)、0.5mm厚的薄板(实施例3的待测试样)。
实施例1
本实施例将上述切割得到的1.5mm厚的殷钢薄板作为待测试样，对其线膨胀系数进行立式测量，包括如下步骤：
1)切割处理步骤：将1.5mm厚的殷钢薄板进行电火花线切割，切割成长方形条状试样板。其中，试样板的长为49mm、宽为5mm、厚度不变，共3片；对试样板进行清洗，除去表面油污。
2)叠接步骤：将上述切割得到的试样板进行堆叠，预固定，然后在试样板的表面进行点焊，焊点为3个，先从试样板的中间位置进行点焊，然后靠近试样板的两端进行点焊，固定3层试样板，使其成为叠焊的整体，得到层叠板(其中，层叠板的结构参见图1所示)；
3)研磨处理步骤：对层叠板进行侧向研磨(主要是对层叠面进行研磨)，使其上下端面(两个相对的第一层叠面101)、左右侧面(两个相对的第二层叠面102)相互平行，研磨后的层叠板的尺寸：长度48±0.1mm、宽度4mm、厚度4.5mm；
4)线膨胀系数测量步骤：将研磨处理后的层叠板放入线膨胀系数测试设备中，从-160℃至室温(25℃)进行立式线膨胀系数测试。
本实施例测得：殷钢在-160℃至室温(25℃)的平均线性膨胀系数为1.0×10-6/℃。
实施例2
本实施例将上述切割得到的1.0mm厚的殷钢薄板作为待测试样，对其线膨胀系数进行立式测量，包括如下步骤：
1)切割处理步骤：将1.0mm厚的殷钢薄板进行电火花线切割，切割成长方形条状试样板。长方形条状试样板的长为50mm、宽为6mm、厚度不变，共4片；对试样板进行清洗，除去表面油污。
2)叠接步骤：将试样板进行堆叠，预固定，然后在试样板的表面进行点焊，焊点为5个，先从试样板的中间位置进行点焊，然后靠近试样板的两端进行点焊，固定4层试样板，使其成为叠焊的整体，得到层叠板(其中，层叠板的结构参见图2所示)。
3)研磨处理步骤：对层叠板进行侧向研磨，(主要是对层叠面进行研磨)，使其上下端面(两个相对的第一层叠面)、左右侧面(两个相对的第二层叠面)相互平行，研磨后的层叠板的尺寸：为长度48±0.1mm，宽度4mm，厚度4.0mm；
4)线膨胀系数测量步骤：将研磨处理后的层叠板放入线膨胀系数测试设备中，从-160℃至室温(25℃)进行立式线膨胀系数测试。
本实施例测得：殷钢在-160℃至室温(25℃)的平均线性膨胀系数为1.0×10-6/℃。
实施例3
本实施例将上述切割得到的0.5mm厚的殷钢薄板作为待测试样，对其线膨胀系数进行立式测量，包括如下步骤：
1)切割处理步骤：将0.5mm厚的殷钢薄板进行电火花线切割，切割成长方形条状试样板，其中，该长方形条状试样板的长为51mm、宽为7mm、厚度不变，共8片；对试样板进行清洗，除去表面油污。
2)叠接处理步骤：将试样板进行堆叠，预固定，然后在试样板的表面进行点焊，焊点7个，现从试样板中间位置进行点焊，然后靠近试样板两端进行点焊，固定8层试样板，使其成为叠焊的整体，得到层叠板(其中，层叠板的结构参见图3所示)。
3)研磨处理步骤：对层叠板进行侧向研磨，(主要是对层叠面进行研磨)，使其上下端面(两个相对的第一层叠面)、左右侧面(两个相对的第二层叠面)相互平行，研磨后的层叠板的尺寸：长度48±0.1mm，宽度4mm，厚度4mm。
4)线膨胀系数测量步骤：将研磨处理后的层叠板放入线膨胀系数测试设备中，从-160℃至室温(25℃)进行立式线膨胀系数测试。
本实施例测得：殷钢在-160℃至室温(25℃)的平均线性膨胀系数为1.0×10-6/℃。
比较例
本实施例将上述切割得到的4mm厚的殷钢板作为待测试样，对其线膨胀系数进行立式测量，包括如下步骤：
试样制作：利用线切割对4mm厚的殷钢板进行切割加工，并进行机械研磨，得到尺寸为长度48±0.1mm、宽度4mm、厚度4mm、上下表面平行的线膨胀系数测试试样(测试试样的结构参见图4)。由于该板材的厚度满足立式线膨胀系数测试试样的要求，所以可以直接进行测量。
线膨胀系数测试：将线膨胀系数测试试样立于测试仪中，从-160℃至室温(25℃)进行线膨胀系数测试。测得殷钢在-160℃至室温(25℃)的平均线性膨胀系数为1.0×10-6/℃。
通过对比上述实施例1-3和比较例可以发现：测试的线膨胀系数不受合金板材的厚度影响，不同厚度的板材测试结果均相同。因此，本发明实施例提出的方法测试的低膨胀合金薄板的线膨胀系数具有极高的测试精度。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (11)

1.一种线膨胀系数的测试方法，其特征在于，所述线膨胀系数的测量方法用于立式测量厚度小于3mm的待测试样的线膨胀系数，所述待测试样为低膨胀合金试样；其包括如下步骤：
切割处理步骤：将待测试样切割成多个试样板；其中，所述试样板的厚度与所述待测试样的厚度一致；
叠接步骤：将所述多个试样板叠接在一起，得到层叠板；其中，所述层叠板的厚度满足立式线膨胀系数测量试样的要求；
研磨处理步骤：对所述层叠板的层叠面进行研磨处理；
线膨胀系数测量步骤：对研磨处理后的层叠板进行立式线膨胀系数测试；其中，将研磨处理后的层叠板放入线膨胀系数测试设备中，根据如下公式进行测量计算：α＝(L2-L1)/[L1×(T2-T1)]；其中，α为线膨胀系数、L1是当温度为T1时的层叠板的长度，L2时当温度T2时的层叠板的长度。
2.根据权利要求1所述的线膨胀系数的测试方法，其特征在于，在所述切割处理步骤中：
所述试样板是长度为49-51mm、宽度为5-7mm、厚度小于3mm的长方形板；和/或
采用电火花线将待测试样切割成多个试样板。
3.根据权利要求1或2所述的线膨胀系数的测试方法，其特征在于，在所述切割处理步骤中：所述试样板的个数确保所述层叠板的厚度为3-6mm。
4.根据权利要求3所述的线膨胀系数的测试方法，其特征在于，所述试样板的个数确保所述层叠板的厚度为3-4mm。
5.根据权利要求1所述的线膨胀系数的测试方法，其特征在于，在所述叠接步骤中：以点焊的方式，将所述多个试样板叠接在一起。
6.根据权利要求5所述 的线膨胀系数的测试方法，其特征在于，所述叠接步骤具体为：将所述多个试样板进行堆叠、预固定，然后在试样板的表面进行点焊以固定多层试样板，使其成为叠焊的整体，得到层叠板。
7.根据权利要求1所述的线膨胀系数的测试方法，其特征在于，
在所述层叠板上，焊点的数量为3-7个。
8.根据权利要求7所述的线膨胀系数的测试方法，其特征在于，
其中一个焊点位于试样板的中心处，其余的焊点位于所述试样板上靠近两端的位置处，且关于试样板的中心对称。
9.根据权利要求1所述的线膨胀系数的测试方法，其特征在于，在所述叠接步骤中，在将所述多个试样板叠接在一起的步骤之前，需对所述试样板进行清洗。
10.根据权利要求1所述的线膨胀系数的测试方法，其特征在于，所述层叠板具有相对的两个第一层叠面、相对的两个第二层叠面：其中，
所述第一层叠面沿着所述层叠板的宽度方向延伸、所述第二层叠面沿着所述层叠板的长度方向延伸；
其中，研磨处理后的第一层叠面和研磨处理后的第二层叠面相垂直；
研磨处理后的两个第一层叠面相互平行、研磨处理后的两个第二层叠面相互平行。
11.根据权利要求10所述的线膨胀系数的测试方法，其特征在于，
研磨处理后的第一层叠面的粗糙度Ra不大于1.6μm；和/或
研磨处理后的第一层叠面的平行度小于20μm。
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