[发明专利]用于介观尺度拉伸试样力学性能测试的磁控溅射成形装置

说明书

本发明提供了一种用于介观尺度拉伸试样力学性能测试的磁控溅射成形装置，其解决了现有用于介观尺度拉伸试样力学性能测试的磁控溅射成形装置尚未公开的技术问题，其设有底板，底板分别开设有凹坑和凹槽，凹坑用于放置拉伸试样；凹槽设置在凹坑的上层，用于安放金属镀膜成形板，金属镀膜成形板开设有若干个第一通孔，第一通孔为圆形孔，第一通孔的孔径为100μm；在底板上可拆卸的安装设有压板，压板开设有第二通孔，第二通孔的大小大于第一通孔的孔径；压板的板身压在金属镀膜成形板上，使金属镀膜成形板压在放置在凹坑内的拉伸试样上；紧贴在拉伸试样的中间测试部上的第一通孔与第二通孔相连通，可广泛应用于材料力学性能测量技术领域。

技术领域

本申请涉及材料力学性能测量技术领域，特别涉及用于介观尺度拉伸试样力学性能测试的磁控溅射成形装置。

背景技术

介观尺度下，当金属薄板在厚度方向上的晶粒个数减小至临界值时，例如对于纯铜薄板这一值为～4，金属薄板的塑性变形能力将快速降低，出现尺寸效应这一现象。而通过法向加载的方式，对试样的厚度方向上施加压力，试样在变形过程中除受到试样长度方向的拉应力外，还受到垂直于试样表面的压应力，有助于愈合材料在变形过程中的微裂纹，提高其塑性变形能力，有助于提升塑性微成形工艺的成形能力。但是由于法向加载的压应力与介观尺度尺寸效应的耦合作用，材料的塑性变形行为与应变演化行为发生变化。此时，需要一种有效的应变标识与测量方法来研究材料的应变演化行为。

由于在介观尺度下，试样尺寸很小，其特征尺寸处微米、亚微米尺度，因此，传统的丝网印刷方式绘制在试样上绘制的网格由于线宽较大，无法准确标识变形后试样的应变分布。而且，法向加载时摩擦条件也是其变形行为的影响因素，需要在试样表面涂抹润滑油来调整其摩擦条件，而丝网印刷用油墨则会与润滑油发生互溶，从而导致印刷网格线条模糊，在试验后无法用于应变标识与测量。

目前，介观尺度拉伸试样的应变分布测量主要采用激光测量与数字散斑全场应变测量、数字散斑全场应变测量两种方法，由于其各自的限制性，无法准确测量成形极限实验中试样的应变数据，导致成形极限图的准确程度降低，无法有效指导成形工艺的优化。具体如下：

(1)激光测量与数字散斑全场应变测量方法。激光测量方法的原理是在试样表面进行标记引出形变，利用激光直线传播的特点来获取试样上标记区域的位移变化，而后通过计算确定激光照射处的应变。但是，当试样在透明度较低(例如不透明或半透明)的介质环境下进行拉伸力学测量时，由于激光无法照射在试样上，导致该测量方法就无法进行应变测量。

(2)数字散斑全场应变测量方法。该测量方法为目前较为优秀的应变测量方法，它的原理是通过测量喷漆上散斑点的位移来计算试样变形区各处的应变。该方法可实现测量变形过程中任意时刻的应变测量，且可以形成试样测量区域的应变云图。但是，该方法只适用于被测试样表面与测量镜头之间有着连续的光路，当试样在透明度较低(例如不透明或半透明)的介质环境下或是镜头与试样变形区中光路不连续时，该测量方法就无法完成应变测量的目标。并且，由于介观尺度拉伸试样的厚度较小，试样强度较低，使用喷漆在试样表层喷涂的散斑图层会明显影响试样的力学性能。

申请人通过潜心研究，通过磁控溅射在被测试样的表面形成阵列排布的微几何图形，并严格控制溅射的微几何图形的厚度，该应变标识最大程度的减小对拉伸试样的力学性能测试的影响。通过磁控溅射形成的微几何图形与金属试样间的结合力为金属键，其强度远远大于通过现有印刷成形的微几何图形与金属试样的范德华力，其成形的微几何图形的变形与试样的变形一致性较好。且本应变分布测量方法对试样变形条件、变形空间的光路没有特定要求，解决了上述现有介观尺度拉伸试样的应变分布测量的方法的弊端。目前用于介观尺度拉伸试样力学性能测试的磁控溅射成形装置尚未公开。

发明内容

本发明的目的是为了解决上述技术的不足，提供一种用于介观尺度拉伸试样力学性能测试的磁控溅射成形装置，通过磁控溅射在被测试样的表面形成的阵列排布的微几何图形。