高温合金氧化膜原位动态实时应力测试技术的制作方法
【专利摘要】本发明涉及材料应力测试领域，尤其是涉及高温合金材料表层氧化膜应力测试领域。高温合金氧化膜应力研究一直是困扰国内外科研工作者的难点和重点课题。本发明研究出一种新的力学测试方法：“阿基米德曲线薄片矩量法”，实现了不同温度、不同氧化时间的全过程、原位、动态、实时氧化膜应力测试。开发研制高温合金氧化膜应力测试装置，该装置由真空系统、加热温控系统、读数显微系统等部分组成，如附图所示。采用“真空升温-恒温氧化-真空降温”工艺方法实现氧化膜纯生长应力与纯热应力的准确定性、定量测试，为进一步提高高温合金抗氧化使用温度，开发研制新型高性能高温合金材料提供了科学依据。
【专利说明】高温合金氧化膜原位动态实时应力测试技术
【技术领域】
[0001] 本发明涉及材料应力测试领域，尤其是涉及高温材料表层氧化膜应力测试领域。【背景技术】
[0002]高温合金包括铁基、镍基、钴基高温合金，以其优良的高温机械性能和高温抗氧化性能广泛应用于航空、航天、舰船、能源、冶金、石油化工等高温设备领域。
[0003]高温合金能否抗高温氧化取决于其表层能否形成一层保护性氧化膜。氧化膜的破坏剥落是加速合金基体氧化，导致合金抗氧化性能降低的主要原因。有应力才会有氧化膜的剥落，因此，氧化膜的力学性能是决定其抗氧化性能优劣的关键因素。
[0004]氧化膜的力学行为研究一直是高温合金抗氧化性能研究的重点和难点课题。氧化膜的成份可以通过X-射线衍射分析测定，氧化膜形貌、结构可以通过SEM扫描电镜分析，氧化膜的元素及分布可以通过EPMA电子探针与EDS能谱加以分析，但氧化膜的力学性能难以获得。氧化膜通常较薄，与基体也难以分离，又涉及到微观尺度应力分析，因此，氧化膜的力学数据难以测量。
[0005]经过国内外科研工作者的不懈努力，目前已开发研制了较多的氧化膜力学性能测试技术。如单面氧化弯曲法，双面氧化弯曲法，X-射线衍射法，激光喇曼光谱技术，拉力法，声发射技术等。这些测试技术大多属于间接、冷态、静态的测试，均存在较多的问题和不足，测试数据误差较大，不够准确。目前还没有一种动态实时监测氧化膜应力的方法。
[0006]笔者长期从事高温合金的微观组织与材料性能研究，通过多年的研究研制了一种新的测试技术:“阿基米德曲线薄片矩量法”，能够实现全过程、实时、动态、原位测量氧化膜应力，通过科学的检测与分析，深入研究氧化膜的力学行为。该技术发明对探明高温合金氧化膜的抗剥落机理，开辟新工艺、新方法，进一步提高合金抗氧化使用温度，开发研制新型高性能高温合金均具有重要意义。
【发明内容】
[0007]( I)氧化膜应力测试原理
阿基米德曲线也叫渐开线，是指自圆点开始同时沿径向和圆周匀速运动的轨迹，如图1
所示。设径向运动速度为V，圆周运动角速度为ω，则任一点K旋转的角度记为Φ,Κ点切
线I与径向KO夹角为α，根据阿基米德曲线特性，tga为K点径向速度与线速度之比:
KO ω ,、 tga=-= φ (I)
V
金属做成阿基米德曲线形状薄片时，如图2所示，起点O固定，水平放置，高温氧化过程中其受到表面生成的氧化膜应力作用产生力矩发生弯曲变形。
[0008]阿基米德曲线薄片任一点K的氧化膜切向应力是叠加的，记为O，该应力产生力矩，促使薄片弯曲变形。
[0009]K点氧化膜应力产生的力矩M为:
【权利要求】
1.“阿基米德曲线薄片矩量法”测试氧化膜应力技术是本发明专利的核心技术，阿基米德曲线也称渐开线，该技术可以应用到高温合金氧化膜之外的薄膜覆层涂层等的应力测试，涉及到阿基米德曲线或渐开线薄片矩量的应力测试技术均属对本发明的侵权行为。
2.高温合金氧化膜应力测试装置核心由真空系统、加热温控系统、显微读数系统组成，系统设备不局限于牌号、型号与容量。
3.氧化膜应力测试中，采用“真空升温-恒温氧化”工艺措施实现高温合金氧化膜纯生长应力测试，恒温氧化不局限于大气氧化，可以是其它腐蚀气体的氧化测试。
4.氧化膜应力测试中，采用“恒温氧化-真空降温”工艺措施实现高温合金氧化膜纯热应力测试，恒温氧化不局限于大气氧化，可以是其它腐蚀气体的氧化测试。
【文档编号】G01N25/00GK103954641SQ201310656478
【公开日】2014年7月30日 申请日期:2013年12月9日 优先权日:2013年12月9日
【发明者】王海涛 申请人:青岛理工大学