[发明专利]介观尺度成形极限拉伸试样及制备方法及力学测量方法

说明书

本发明提供了一种介观尺度成形极限拉伸试样及制备方法及力学测量方法，其解决了现有介观尺度成形极限拉伸试样的应变分布测量方法无法满足试样在透明度较低的介质环境下进行拉伸力学测量，所做标记明显影响试样的力学性能的技术问题，介观尺度成形极限拉伸试样设有夹持部和中间测试部，在中间测试部的表面磁控溅射金属镀膜，金属镀膜为多个介观尺寸的微小几何图形，呈阵列式分布，且金属镀膜的厚度为不超过300nm，本发明还公开了介观尺度成形极限拉伸试样的制备方法及力学测量方法，可广泛应用于应变测量技术领域。

技术领域

本申请涉及应变测量技术领域，特别涉及介观尺度成形极限拉伸试样及制备方法及力学测量方法。

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，介观尺度成形极限拉伸试样的应变分布测量主要采用两种方法：

(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。

由此可见，上述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。

发明内容

本发明的目的是为了解决上述技术的不足，提供介观尺度成形极限拉伸试样及制备方法及力学测量方法，其中一个目的在于满足试样在透明度较低的介质环境下进行拉伸力学测量，又一个目的在于所做标记最大限度的降低对试样力学性能的影响。

为此，本发明提供一种介观尺度成形极限拉伸试样，其设有夹持部和中间测试部，在中间测试部的表面磁控溅射金属镀膜，金属镀膜为多个介观尺寸的微小几何图形，呈阵列式分布，且金属镀膜的厚度不超过300nm。

优选的，拉伸试样为哑铃形或者圆形试样。

优选的，金属镀膜为多个介观尺寸的微小圆形，呈矩形阵列分布。

优选的，金属镀膜的直径D₀为100μm，位于行或列的方向上相邻两个金属镀膜之间的最短距离L为50μm。