一种同步辐射X射线衍射原位拉伸装置及其使用方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及材料结构研究与性能原位测试领域，具体为一种同步辐射X射线衍射原位拉伸装置及其使用方法。该装置有加载器、驱动器和固定支架三大部件，加载部件主要由高强铝合金或钛合金制成，包括底座、载荷驱动部分、载荷传动部分、样品夹具部分、拉伸传感器部分以及滑移导轨部分；驱动器由数据采集卡和电机驱动器集成，该部分和加载器相互独立；固定支架由高强铝合金制成，下部有可拆卸式接口。该装置基于X射线反射式光路原理设计，样品加载夹具和载荷传感器高度满足要求，可有效应用于原位微结构与性能一体化测试，实现利用高能X射线原位观察材料各相应力应变分配的动态过程，在微观相尺寸分析测量材料力学性能机制。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术涉及材料结构研究与性能原位测试领域，具体为一种同步辐射X射线衍射原位拉伸装置及其使用方法。该装置有加载器、驱动器和固定支架三大部件，加载部件主要由高强铝合金或钛合金制成，包括底座、载荷驱动部分、载荷传动部分、样品夹具部分、拉伸传感器部分以及滑移导轨部分；驱动器由数据采集卡和电机驱动器集成，该部分和加载器相互独立；固定支架由高强铝合金制成，下部有可拆卸式接口。该装置基于X射线反射式光路原理设计，样品加载夹具和载荷传感器高度满足要求，可有效应用于原位微结构与性能一体化测试，实现利用高能X射线原位观察材料各相应力应变分配的动态过程，在微观相尺寸分析测量材料力学性能机制。【专利说明】一种同步辐射X射线衍射原位拉伸装置及其使用方法
本专利技术涉及材料结构研究与性能原位测试领域，具体为一种同步辐射X射线衍射原位拉伸装置及其使用方法。采用一种安装在同步辐射X射线衍射仪中对各种固体材料进行原位动态力学性能和微观应力应变分配测试及形变诱导相变观察的装置，根据材料X射线衍射特征的变化来研究材料微观尺度上应力/应变的不均匀分布，从而为在相尺度上研究材料各组成相的性能提供了可能性，打破传统研究手段的极限性。
技术介绍
材料的力学性能是指材料在不同的工作环境下，从开始受载荷作用至到失效的全过程中所呈现出来的力学响应，结构材料在服役条件过程中的安全性和可靠性很大程度取决于材料本身的力学性能。测试材料力学性能的方法很多，其中拉伸模式下的力学性能测试是一种最直接、最有效地、最真实地贴近材料实际应用的测试手段。从材料的微观变形机制去了解材料的力学性能，可进一步优化材料结构参数，对新材料的开发和工程应用具有重大意义。而实际工程应用的材料微观组织极其复杂，常为多相材料且各相性能差别大，在形变过程中微观尺度上的应力应变分配不均匀往往是导致其最终破坏的关键因素。但传统研究手段仅限于对材料宏观的整体应力应变层面的研究，难以探索其微观机制。X射线衍射，作为一种传统的、精密的实验检测手段，可实现对材料微观组织结构的精确检测，可用于材料结构中的物相分析、织构分析、宏观和微观的应力应变测定等，能够实现对材料微观结构的精确研究。同时，由于其衍射特征由材料相结构确定，所以可以被用来研究材料中各相的性能。随着材料服役环境对材料力学性能的要求越来越苛刻，需要在更微观层面上检测和理解材料的力学性能。因此，研究者对材料的研究不再局限于宏观层面上，更多的是集中在微观相尺度上，由此“原位”的概念逐渐显露在研究者眼前。如何实现“原位”动态观察分析，成了研究者追逐的热点问题。拉伸装置与X射线衍射仪的原位对接，能够实现X射线衍射原位拉伸实验。然而由于X射线衍射仪样品台的空间局限性，常规的拉伸装置无法与衍射仪对接。因此，从功能和尺寸的角度去优化拉伸装置，极大缩小拉伸装置的空间尺寸和重量，实现拉伸装置与衍射仪的对接，这对在载荷作用下原位观察分析材料微观力学行为显得十分必要。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种同步辐射X射线衍射原位拉伸装置及其使用方法，解决现有技术中常规的拉伸装置无法与衍射仪对接等问题。针对当前的高能同步辐射X射线衍射技术，提供一种小型拉伸装置，一方面能够通过测量材料的应力应变曲线来计算材料力学性能参数，同时可利用X射线照射样品变形区，采集各相的衍射峰信息，原位观察各相在拉伸过程中的应变应力分配，以及形变诱导相变的全程动态监测。结合所专利技术的小型拉伸装置，提出一种基于同步辐射X射线衍射原位拉伸装置的使用方法。本专利技术的上述目的通过以下技术方案实现:一种同步辐射X射线衍射原位拉伸装置，该装置包括加载器、驱动器和固定支架，具体结构如下:加载器包括底座、载荷驱动部分、样品夹具部分、拉伸传感器部分以及滑移导轨部分；载荷驱动部分包括固定在前侧板上的直流伺服电机、三个同步皮带齿轮:一个主动同步皮带齿轮、两个被动同步皮带齿轮:被动同步皮带齿轮1、被动同步皮带齿轮II，固定架为截面直角形的板状结构，前侧板设置于固定架的立面一侧，前侧板与固定架的立面连接，直流伺服电机的输出端连接主动同步皮带齿轮，三个同步皮带齿轮间由传动皮带传动连接，被动同步皮带齿轮1、被动同步皮带齿轮II所在齿轮轴上分别设有二级齿轮，二级齿轮分别与加载螺杆相连；样品夹具部分包括与位移滑块连接的后样品加载夹具，与固定架连接的前样品固定夹具，拉伸样品两端放置在两夹具:后样品加载夹具、前样品固定夹具上；位移滑块设置于固定架的平面上，位移滑块与固定架平面上的加载移动导轨滑动配合；前样品固定夹具设置于固定架的立面另一侧，前样品固定夹具与后样品加载夹具相对应；拉伸传感器部分设有通过位移滑块与后样品加载夹具相连接的载荷传感器；滑移导轨部分设有安装于固定架上的加载移动导轨，与底座相连的位移补偿导轨，固定架位于位移补偿导轨上。所述的同步辐射X射线衍射原位拉伸装置，底座为包括设置于固定架底部的方形底座，方形底座用于支撑整个加载器，同时方形底座下部有可拆卸式接口，方形底座通过可拆卸式接口安装在固定支架:卧式固定支架或立式固定支架上。所述的同步辐射X射线衍射原位拉伸装置，拉伸样品两端通过固定垫片压实，并通过锁紧螺丝锁住。所述的同步辐射X射线衍射原位拉伸装置，加载器为高强铝合金或钛合金加载器，加载器及其控制器部件各自独立。一种同步辐射X射线衍射原位拉伸装置的使用方法，由直流伺服电机驱动主动同步皮带齿轮，带动被动同步皮带齿轮1、被动同步皮带齿轮II发生转动，联动加载螺杆的旋转，后样品加载夹具连同位移滑块在加载螺杆的带动下，相对前样品固定夹具做相反方向的位移运动，此时拉伸样品逐渐被拉伸变形；位移滑块被驱动时，沿着加载移动导轨移动，同时固定架会沿着位移补偿导轨朝位移滑块的相反方向移动，从而保证拉伸样品的几何中心位置始终处于X射线照射区域的中心，保证原位观察的有效性。所述的同步辐射X射线衍射原位拉伸装置的使用方法，在原位同步辐射或实验室X射线衍射下，该方法包括如下步骤:I)根据样品尺寸，通过计算机操作系统将后样品加载夹具移动到与前样品固定夹具之间存在一段距离，将拉伸样品两端固定在前样品固定夹具和后样品加载夹具两端，并压上固定垫片，用锁紧螺丝锁住，此时样品的位置设为零点；2)将装载好的样品和加载器通过卧式固定支架或立式固定支架与同步辐射或实验室X射线衍射仪的测角头连接，两夹具固定样品的中心位置，使之正好与旋转样品台中心一致，保证X射线从校直器或光管出来仅照射在样品表面上；为减轻衍射仪测角头上的承重，驱动器固定在提供电源之处，用带有信号放大功能的长数据线将驱动器与实验室外的计算机连接，实行实验室外对原位拉伸的操作控制；3)首先通过控制衍射仪CHI轴旋转，将样品的2 Θ角调整到有特征衍射峰出现的角度；然后根据样品厚度调整衍射仪Z轴高度，摆动探测器，收集衍射信号；如果此时探测器能接收到衍射信号，表明X射线照射到样品上并形成了布拉格衍射；否则，则需要上下调动z轴高度，调整样品高度的零点位置；4)然后通过计算机软件控制直流伺服电机驱动同步皮带轮转动，带动加载螺杆的旋转，驱动位移滑块运动，位移滑块带动后样品加载夹具相对于前样品固定夹具做反向移动，前样品固定夹具位置不动，后样品加载夹具对样品施加载荷进行单向拉伸，与后样品加载夹本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种同步辐射X射线衍射原位拉伸装置，其特征在于：该装置包括加载器（20）、驱动器（13）和固定支架，具体结构如下：加载器（20）包括底座、载荷驱动部分、样品夹具部分、拉伸传感器部分以及滑移导轨部分；载荷驱动部分包括固定在前侧板（12）上的直流伺服电机（10）、三个同步皮带齿轮（5）：一个主动同步皮带齿轮（51）、两个被动同步皮带齿轮：被动同步皮带齿轮Ⅰ（52）、被动同步皮带齿轮Ⅱ（53），固定架（11）为截面直角形的板状结构，前侧板（12）设置于固定架（11）的立面一侧，前侧板（12）与固定架（11）的立面连接，直流伺服电机（10）的输出端连接主动同步皮带齿轮（51），三个同步皮带齿轮（5）间由传动皮带（4）传动连接，被动同步皮带齿轮Ⅰ（52）、被动同步皮带齿轮Ⅱ（53）所在齿轮轴上分别设有二级齿轮，二级齿轮分别与加载螺杆（8）相连；样品夹具部分包括与位移滑块（6）连接的后样品加载夹具（2），与固定架（11）连接的前样品固定夹具（3），拉伸样品（18）两端放置在两夹具：后样品加载夹具（2）、前样品固定夹具（3）上；位移滑块（6）设置于固定架（11）的平面上，位移滑块（6）与固定架（11）平面上的加载移动导轨（9）滑动配合；前样品固定夹具（3）设置于固定架（11）的立面另一侧，前样品固定夹具（3）与后样品加载夹具（2）相对应；拉伸传感器部分设有通过位移滑块（6）与后样品加载夹具（2）相连接的载荷传感器（1）；滑移导轨部分设有安装于固定架（11）上的加载移动导轨（9），与底座相连的位移补偿导轨（7），固定架（11）位于位移补偿导轨（7）上。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：王培，张盛华，邓江宁，李殿中，李依依，
申请(专利权)人：中国科学院金属研究所，
类型：发明
国别省市：