[发明专利]一种同步辐射X射线衍射原位拉伸装置及其使用方法

说明书

技术领域

本发明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。

背景技术

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。

发明内容

本发明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。结合所发明的小型拉伸装置，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。

本发明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Ⅰ、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Ⅰ、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。