[发明专利]基于反射式X射线原位实验超高温力热耦合应变仪及工作方法

说明书

基于反射式X射线原位实验超高温力热耦合应变仪及工作方法，该应变仪包括底座，安装在底座中与长边平行的双向螺杆，借助双向螺杆实现相对运动的运动块，运动块连接4根连杆，4根连杆两两连接形成四边形结构，一对滑块相对放置于未连接运动块的另两个节点并分别放置于滑轨上，在垂直于双向螺杆的方向上滑块通过压电传感器连接上一对样品夹具，样品夹具穿过外壳内壁和外壳外壁后穿过隔热墙后接近加热模块，透过外壳内壁和外壳外壁的长边中央分别安装气路连接口；外壳内壁和外壳外壁之间安装冷却管；外壳内壁和外壳外壁上方安装上盖；本发明能够实现气氛环境的转换，减少热膨胀造成的机械漂移，实现超高温实验条件，避免超高温下对于运动机构造成的不利影响。

技术领域

本发明涉及一种基于反射式X射线原位实验应用超高温力热耦合应变仪，具体涉及一种应用于反射式X射线原位实验使用的超高温、高精度、多气氛力热耦合应变仪及工作方法。

背景技术

为了适用航空发动机的极端使用环境，单晶镍基高温合金由于具有高温下抗氧化能力，优异的抗蠕变能力等被应用于制造发动机叶片(T.M.Pollock,et al.Nickel-basedSuperalloys for advanced turbine engines:chemistry,microstructure andproperties,J.Propul.Power 2006)。然而发动机叶片的制造加工以及维修成本高昂，针对发动机叶片的修复，3D打印技术被视为理想方案，如果使用3D打印技术在原有的单晶镍基高温合金的基础上直接进行裂纹的修复，那么将会大大降低航空发动机的维修成本。那么修复后的翅片如何能够具有和基体相同的性能成为目前亟待解决的问题。研究人员通过使用同步辐射微束白光X射线对3D打印后的镍基高温合金进行观测后发现通过激光3D打印后的镍基高温合金在打印区域存在枝晶和散晶，同时在枝晶和散晶的过渡区域存在缺陷和残余应力的非均匀分布(Y.Li,et al.A synchrotron study of defect and straininhomogeneity in laser-assisted three-dimensionally-printed Ni-basedsuperalloy,Appl.Phys.Lett.2015)。在另一个工作中发现热影响区附近微裂纹的萌生以及存在的热析出相(Guangni Zhou,et al.Real-time microstructure imaging by Lauemicrodiffraction:A sample application in laser 3D printed Ni-basedsuperalloys,Sci.Rep.2016)。3D打印镍基高温合金在工艺上的优化仍然需要进一步的研究。如果能够在热处理的过程中对打印区域进行实时的观测，那么就能够获得3D打印微观结构演变机理进而得出最优的工艺处理条件。同时，在热处理的同时进行拉伸测试，能够为裂纹生长提供更为微观直接的观测。为了实现这个目的，就需要完备的实验条件，包括微观结构观测和超高温实验台。

反射式X射线衍射具有空间分辨率高、角分辨率高、亮度高、穿透深的优势(M.Kunz,et al.A dedicated superbend x-ray microdiffraction beamline formaterials,geo-,and environmental sciences at the advanced light source,Rev.Sci.Instrum.2009)。对于样品制备要求低，是实现样品原位实验观测的理想手段。然而针对反射式X射线衍射的原位实验台尚且存在不足。缺少能够实现超高温(>1100℃)力热耦合的实验台，以及由于在高温下实验台部件的热膨胀导致样品出现漂移，因此难以追踪相同的观测位置，无法获得高精度测量。

针对以上的需求，我们需要针对反射式X射线衍射使用设计原位力热耦合实验台，包括实现气氛环境的转换，减少热膨胀造成的机械漂移，实现超高温实验条件，同时避免超高温下对于运动机构造成的不利影响。

发明内容