[发明专利]金属工件表面应力沿深度方向分布的测试方法

说明书

本发明提供的金属工件表面应力沿深度方向分布的测试方法，采用X射线衍射仪进行测试，所述金属工件在采用所述X射线衍射仪测试前在工件预处理机上进行腐蚀预处理，所述工件预处理机包括工件平台、控制平台、定位单元、保护单元、导电触头、笔电极、压力单元和深度测试单元。本发明提供一种使饱和氯化钠溶液腐蚀剥离方法获得可控腐蚀深度，并对非腐蚀区域实现有效保护，从而获得金属工件表面不同深度方向的表面，进而采用X射线衍射仪对其表面应力沿特定深度方向分布的测试方法。

技术领域

本发明涉及金属材料表面性能测试方法，更具体涉及一种采用X射线衍射仪和金属工件腐蚀设备进行工件表面应力沿深度方向分布的测试方法。

背景技术

金属工件表面由于机械加工、热处理或者表面处理等都会引起其表面残余应力的变化，而残余应力的存在对金属工件的疲劳寿命有着直接而显著的影响，通常来说，压应力的存在可以显著改善金属工件的疲劳性能，提高其疲劳寿命。对于焊接热处理或者喷丸等表面机械处理来说，工件在不同深度处的残余应力大小及其在某一个方向的深度分布情况，显得更为重要。

采用X射线衍射仪对金属工件的晶体结构进行测试，通过对比无应力标准衍射峰和金属工件实际衍射峰之间的衍射角度变化，可以获得金属工件表面数微米深度的残余应力。而要想获得金属工件表面应力沿深度方向分布，就需要对金属工件在该深度方向进行剥离，然后测试对应深度的残余应力，就可以得到其沿深度方向的应力分布规律。为了最大程度减小金属工件沿深度方向剥离过程中对表面应力的影响，通常不能采用机械加工的方式，而需要采用电化学腐蚀的方式，其中采用饱和氯化钠溶液再电路接通条件下进行电化学腐蚀是实验室中对金属工件进行剥离的常用的有效方法之一。但现有的饱和氯化钠溶液腐蚀剥离方法存在以下几方面的显著问题：一是用于夹持和导电的工件夹持头通常为金属镊子形式，对于不规则或者体积较大的工件经常或出现实验过程中夹持松动或者脱落等问题，进而影响电化学腐蚀的正常进行；二是腐蚀过程中氯化钠溶液的供应通过人为挤压吸有氯化钠溶液的脱脂棉花球手动控制，而且棉花球中存储的氯化钠溶液的体积也取决于操作者，这些都导致其腐蚀电流和电压忽大忽小，腐蚀速率不可控；三是由于腐蚀之后需要将试样送到深度测试装置进行测量，这种分步骤的移动式深度测量使得测量位置和基准面都会出现不同程度的偏差，导致腐蚀深度的确定误差较大；四是腐蚀过程中非腐蚀区域难以得到有效保护，现有的方法是采用透明胶带粘贴的方式来实现非腐蚀区域的保护，但由于胶带粘附不仅会对后期试样的清洁带来麻烦，而且非腐蚀区域与腐蚀区域的交界处会随着腐蚀的时间延长出现起泡和渗透现象，使得非腐蚀区域不同程度得到破坏。因此，如何使饱和氯化钠溶液腐蚀剥离方法获得可控腐蚀速率，并对非腐蚀区域实现有效保护，从而获得金属工件表面不同深度方向的表面，对于采用X射线衍射仪对其表面应力沿特定深度方向分布的测试非常重要，但目前还没有有效的方法。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于克服上述现有技术之不足，提供一种使饱和氯化钠溶液腐蚀剥离方法获得可控腐蚀深度，并对非腐蚀区域实现有效保护，从而获得金属工件表面不同深度方向的表面，进而采用X射线衍射仪对其表面应力沿特定深度方向分布的测试方法。

按照本发明提供的金属工件表面应力沿深度方向分布的测试方法，采用X射线衍射仪进行测试，其技术方案如下：所述金属工件在采用所述X射线衍射仪测试前在工件预处理机上进行腐蚀预处理，所述工件预处理机包括工件平台、控制平台、定位单元、保护单元、导电触头、笔电极、压力单元和深度测试单元。

所述控制平台包括电流表、电压表、腐蚀液存储箱、腐蚀液输送管和支撑臂。

所述导电触头为金属铜导线，位于所述工件平台的四周和底部，可与所述金属工件表面相连。通过四周和底部的多方位导电触头设计，使得金属工件与电化学腐蚀池之间随时都保持有效接通状态，而不受金属工件形状的影响，这与现有的采用夹头夹持工件边缘的方法相比更易操作，也更有保障。

所述定位单元位于所属工件平台的四角，通过螺钉和挡板的方式对所属工件试样进行固定。