[发明专利]煤制气环境中的试样疲劳裂纹扩展速率检测装置

权利要求书

1.一种煤制气环境中试样疲劳裂纹扩展速率检测装置，其特征是，包括疲劳试验机，充有高压煤制气气体的高压气体环境箱和位于高压气体环境箱中的压力检测机构；高压气体环境箱的上端和下端的开口分别与疲劳试验机的上拉伸杆和下拉伸杆密封连接，试样7上部和下部分别与上拉伸杆和下拉伸杆固定连接；高压气体环境箱一侧设有可密封的转动门；所述压力检测机构包括水平支撑板（1），设于水平支撑板左侧的竖向挡板（2），设于竖向挡板右侧的水平支撑板下表面的竖杆（3），与竖杆下端转动连接的L形杆（4），设于L形杆左下方的竖向挡板侧面上的应变片（5）；竖向挡板与应变片固定连接，横向延伸板右端与试样左侧面上部固定连接，竖杆下端与L形杆左上端之间通过纵向转轴（31）连接，L形杆的拐角外侧面上设有弧形缓冲垫（6），应变片与应变测试仪电连接，弧形缓冲垫右侧的L形杆包括套管（41）和伸入套管中并与套管滑动连接的伸缩杆（42），L形杆右端与试样左侧面下部转动连接。

2.根据权利要求1所述的煤制气环境中试样疲劳裂纹扩展速率检测装置，其特征是，所述应变片包括基板（101），位于基板上的过渡缓冲层（102），位于过渡缓冲层上的绝缘层（103），位于绝缘层上表面上的功能层（104）和位于功能层上的防护层（105）；基板采用304不锈钢材料制成，过渡缓冲层为金属Cr膜，绝缘层为Al₂O₃膜。

3.根据权利要求2所述的煤制气环境中试样疲劳裂纹扩展速率检测装置，其特征是，所述功能层为NiCrMoCuSi合金膜，防护层为环氧树脂涂层。

4.根据权利要求1所述的煤制气环境中试样疲劳裂纹扩展速率检测装置，其特征是，应变片的制作过程如下：

（4-1）将基板放到磁控溅射仪的样品台上，使样品正对靶材溅射，溅射室的两个靶座上分别装有99.99%的Cr靶和99,99%的Al靶，打开Cr靶靶盖，关闭Al靶靶盖，先在基板上表面溅射厚度约为100nm -300nm的Cr膜，得到过渡缓冲层；

（4-2）向溅射室内通入氧气，在Cr膜的上表面溅射Al₂O₃，得到厚度为600nm -1000nm的Al₂O₃膜，Al₂O₃膜构成绝缘层；

（4-3）关闭靶材直流溅射电源，停止通入氧气，使溅射室内的温度降至40℃-60℃以下；取出溅射室内的Cr靶材、Al靶材和基板，在基板的上表面覆盖应变花样式的掩模板；将已覆盖掩模板的基板放入磁控溅射仪的样品台上，将NiCrMoCuSi合金靶材安装到靶座上，在掩模板上溅射厚度为700nm -900nm的栅状NiCrMoCuSi合金膜；取出溅射室内的溅射了Cr膜、Al₂O₃膜和NiCrMoCuSi合金膜的基板；

（4-4）将环氧树脂、邻苯二甲酸二丁酯和乙二胺的混合液搅拌均匀后，涂覆在基板表面上，等环氧树脂固化后，形成固化防护层，应变片制作完成。

5.根据权利要求4所述的煤制气环境中试样疲劳裂纹扩展速率检测装置，其特征是，溅射Cr膜的过程包括如下步骤：

溅射室抽真空至1.5×10^-3Pa以下，通过加热基片传热使样品转台的基板温度升至240℃-280℃，调节偏压至100V-140V，向溅射室内通入氩气，控制氩气流量为20sccm -25sccm，将溅射室内气压升高至1Pa-2Pa，使装有Cr靶材的靶座电压升至330V -360V进行辉光放电，使氩气电离，产生氩离子，氩离子轰击Cr靶材，引起靶材溅射Cr原子；

调整溅射室内工作气压至0.75Pa-1Pa，进行预溅射10min-15min；经过预溅射过程，使装有Cr靶材的靶座的电压电流稳定后，控制样品转台自转速度为4r/min-7r/min，调节连接Cr靶靶座的直流溅射电源使溅射功率达到150W-180W，持续溅射35min-45min，在基板上形成Cr膜。