【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及微纳力学实验，尤其涉及一种适用于ti2alnb材料的微纳米尺寸原位弯曲疲劳实验研究装置及其实验研究方法。
技术介绍
1、微纳米弯曲疲劳实验具有极高的难度，现有的原位实验多为微纳米金属铜等材料在准静态载荷作用下的力学响应和塑性变形特性，较少涉及材料的弯曲疲劳损伤过程。
2、微纳米尺度原位弯曲疲劳力学实验测试极具挑战性，并且现有的实验装置和方法难以实现对微米尺度的合金材料的弯曲疲劳测试，导致对于ti2alnb合金材料变形、失效的微观机制的理论认识不足。
技术实现思路
1、鉴于上述的分析，本专利技术实施例旨在提供一种适用于ti2alnb材料的微纳米尺寸原位弯曲疲劳实验研究装置及其实验研究方法，用以解决现有实验装置和方法难以实现对微米尺度的ti2alnb合金材料进行原位弯曲疲劳测试的问题。
2、一方面，本专利技术的实施例提供了一种适用于ti2alnb材料的微纳米尺寸原位弯曲疲劳实验研究装置，其包括：电镜原位测试系统、固定夹具、加载驱动机构和力传感器；电镜原位测试系统包括：基座、样品台和电镜设备，样品台固定设置于基座上，固定夹具可移动地设置于基座上；样品台与固定夹具相对应地间隔设置，且固定夹具与基座之间的距离小于样品台与基座之间的距离；样品台用于承载试样的承载面垂直于基座，试样的一端连接于样品台的承载面，另一端沿平行于承载面的方向朝向基座延伸并与固定夹具连接，以将ti2alnb材料的试样连接于样品台和固定夹具之间，且试样的长度方向平行于承载面；固定夹具远
3、进一步的，固定夹具靠近样品台的一端形成有加载端，加载端远离基座的一侧形成有j型槽，j型槽的开口设置于位于加载端远离基座且垂直于样品台承载面的一侧；j型槽包括依次连接的第一限位槽、第二限位槽和第三限位槽，第二限位槽的长度方向垂直于样品台的承载面；
4、试样包括试样主体和连接部，连接部呈j型，样品台用于固定连接试样主体，连接部包括第一连接段、第二连接段和第三连接段，第一连接段与试样主体连接，第一连接段平行于第三连接段，第二连接段垂直连接于第一连接段和第三连接段之间；当试样连接于样品台时，连接部位于样品台朝向基座的一侧，且第二连接段垂直于承载面；其中，j型槽与连接部的形状和尺寸相匹配，j型槽用于安装连接部。
5、进一步的，加载端包括主体和延伸部，主体呈圆台形，主体的中心轴线垂直于样品台的承载面，主体的一端与加载驱动机构连接，另一端与延伸部固定连接，延伸部呈矩形，j型槽形成于延伸部远离基座的一侧。
6、进一步的，第一连接段的长度为10～14μm，第二连接段的总长度为7.5～10.5μm，第三连接段的长度为3.8～5.3μm。
7、进一步的，第一连接段的长度为第二连接段宽度的3.9～4.1倍，第二连接段的总长度为第三连接段长度的1.9～2.1倍，第三连接段的长度为第二连接段宽度的1.5～1.7倍。
8、另一方面，本专利技术的实施例提供了一种适用于ti2alnb材料的微纳米尺寸原位弯曲疲劳实验研究方法，采用上述实施例的实验装置实现，其包括：
9、步骤s1，制备ti2alnb材料的试样，并将试样安装于实验装置的样品台；其中，试样的长度方向平行于样品台，且试样的j型连接部伸出样品台且朝基座的方向延伸；
10、步骤s2，移动实验装置的固定夹具，使试样的连接部连接于实验装置的加载端的j型槽内；其中，j型槽设置于加载端远离基座的一侧，其开口方向远离基座且垂直于样品台；
11、步骤s3，启动加载驱动机构，使其带动固定夹具沿样品台承载面的垂直方向循环往复移动，以对试样进行循环加载垂直于试样长度方向的弯曲载荷，同时采集力传感器的数据，并原位采集试样在循环加载过程中的sem图像；
12、步骤s4，根据力传感器的数据和sem图像，分析试样在循环载荷下的变形和弯曲疲劳失效行为。
13、进一步的，步骤s1包括：利用聚焦离子束从ti2alnb材料的选定区域上切出微块；在聚焦离子束-扫描电镜双束系统中，将微块固定于承载铜台上；利用聚焦离子束铣削微块，使试样逐步加工成型为试样，成型的试样包括试样主体和j型的连接部；将承载铜台连接于样品台。
14、进一步的，在聚焦离子束铣削微块包括：利用聚焦离子束对微块依次进行粗处理和精处理；其中，粗处理时的离子束电流为20～40na，精处理时的离子束电流为40～60pa。
15、进一步的，步骤s1中，将微块固定于承载铜台上，包括：在微块和承载铜台之间沉积金属铂，以使微块固定于承载铜台，金属铂的沉积厚度为18～25nm。
16、进一步的，沉积金属铂时，沉积电流为40～60pa，沉积电压为20～30kv。
17、与现有技术相比，本专利技术至少可实现如下有益效果之一：
18、1、采用本专利技术的实验研究装置和实验研究方法，将微米尺度的ti2alnb试样安装在样品台上，通过试样与固定夹具的连接，使得加载驱动机构能够对试样进行弯曲载荷的循环加载，同时通过电镜设备获得循环加载过程中的原位sem图像，便于研究分析ti2alnb试样在弯曲疲劳损伤过程中的变形、失效的微观机制。
19、2、本专利技术通过试样j型连接部和固定夹具上j型槽的相匹配连接，操作简单，可以简易且牢固地固定试样，减少试样在弯曲载荷加载过程中滑动的可能性。
20、3、本专利技术通过限制试样的尺寸在合适的范围内，不仅可以保持试样结构的紧凑性，使其具有较小的占用空间；还能够保证试样与固定夹具之间连接的稳定性，避免试样在弯曲疲劳实验过程中的脱出和接触区域局部变形而影响实验结果。
21、4、本专利技术通过将制备试样时的离子束电流、金属铂的沉积电流等参数控制在合适的范围内，能够保证试样的加工精度，提高制得的试样表面的质量；通过控制金属铂的沉积厚度，能够保证试样与样品台连接牢固、避免试样表面粗糙度增加。
22、本专利技术中，上述各技术方案之间还可以相互组合，以实现更多的优选组合方案。本专利技术的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分优点可从说明书中变得显而易见，或者通过实施本专利技术而了解。本专利技术的目的和其他优点可通过说明书实施例以及附图中所特别指出的内容中来实现和获得。
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1.一种适用于Ti2AlNb材料的微纳米尺寸原位弯曲疲劳实验研究装置，其特征在于，包括：电镜原位测试系统、固定夹具、加载驱动机构和力传感器；
2.根据权利要求1所述的实验装置，其特征在于，所述固定夹具靠近所述样品台的一端形成有加载端，所述加载端远离所述基座的一侧形成有J型槽，所述J型槽的开口设置于位于所述加载端远离所述基座且垂直于所述样品台承载面的一侧；所述J型槽包括依次连接的第一限位槽、第二限位槽和第三限位槽，所述第二限位槽的长度方向垂直于所述样品台的承载面；
3.根据权利要求2所述的实验装置，其特征在于，所述加载端包括主体和延伸部，所述主体呈圆台形，所述主体的中心轴线垂直于所述样品台的承载面，所述主体的一端与所述加载驱动机构连接，另一端与所述延伸部固定连接，所述延伸部呈矩形，所述J型槽形成于所述延伸部远离基座的一侧。
4.根据权利要求2所述的实验装置，其特征在于，
5.根据权利要求4所述的实验装置，其特征在于，所述第一连接段的长度为所述第二连接段宽度的3.9～4.1倍，所述第二连接段的总长度为所述第三连接段长度的1.9～2.1倍
6.一种适用于Ti2AlNb材料的微纳米尺寸原位弯曲疲劳实验研究方法，其特征在于，采用根据权利要求1～5任一项所述的实验研究装置实现，其特征在于，包括：
7.根据权利要求6所述的实验方法，其特征在于，所述步骤S1包括：
8.根据权利要求7所述的实验方法，其特征在于，在所述聚焦离子束铣削所述微块包括：利用所述聚焦离子束对所述微块依次进行粗处理和精处理；其中，所述粗处理时的离子束电流为20～40nA，所述精处理时的离子束电流为40～60pA。
9.根据权利要求7所述的实验方法，其特征在于，所述步骤S1中，将所述微块固定于所述承载铜台上，包括：
10.根据权利要求9所述的实验方法，其特征在于，沉积所述金属铂时，沉积电流为40～60pA，沉积电压为20～30kV。
...【技术特征摘要】
1.一种适用于ti2alnb材料的微纳米尺寸原位弯曲疲劳实验研究装置，其特征在于，包括：电镜原位测试系统、固定夹具、加载驱动机构和力传感器；
2.根据权利要求1所述的实验装置，其特征在于，所述固定夹具靠近所述样品台的一端形成有加载端，所述加载端远离所述基座的一侧形成有j型槽，所述j型槽的开口设置于位于所述加载端远离所述基座且垂直于所述样品台承载面的一侧；所述j型槽包括依次连接的第一限位槽、第二限位槽和第三限位槽，所述第二限位槽的长度方向垂直于所述样品台的承载面；
3.根据权利要求2所述的实验装置，其特征在于，所述加载端包括主体和延伸部，所述主体呈圆台形，所述主体的中心轴线垂直于所述样品台的承载面，所述主体的一端与所述加载驱动机构连接，另一端与所述延伸部固定连接，所述延伸部呈矩形，所述j型槽形成于所述延伸部远离基座的一侧。
4.根据权利要求2所述的实验装置，其特征在于，
5.根据权利要求4所述的实验装置，其特征在于，所述第一连接段的长...
【专利技术属性】
技术研发人员：王彦菊，李兴无，丁贤飞，周毅，
申请(专利权)人：中国航发北京航空材料研究院，
类型：发明
国别省市：
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