專利名稱：一種平行力連續自加載裝置樣品及試驗方法
技術領域：
本發明是研究材料在不同拉伸應變位移下的形貌、表面電勢等變化情況。對不同的加載位移，在不改變樣品的應變狀態條件下可以研究裝置樣品在溶液或者其他環境下的變化情況，同時滿足對不同精確度要求的實驗，操作非常方便。
背景技術：
在通常的加載實驗過程中，我們看到往往是樣品放在加載裝置上，在將樣品固定好后，再做樣品的連續加載試驗。對于在原子力顯微鏡下的試樣AFM形貌觀察和SKPFM電勢觀察中，原子力顯微鏡成像的原理是利用一個對力非常敏感的微懸臂，其尖端有一個微小的探針，當針尖輕微地接觸樣品表面時，由于探針尖端的原子和樣品表面的原子之間產生極其微弱的相互作用力而使懸臂彎曲，將微懸臂彎曲的形變信號轉換成光電信號并進行放大，就可以得到原子之間力的微弱變化的信號，這就要求微懸臂要與樣品表面非常接近。而以往的加載裝置由于要固定樣品，用于固定樣品的裝置部位往往高于樣品表面，因此微懸臂很難接近樣品表面，給原子力顯微鏡的觀察帶來不便。對加載后的試樣做電解充氫實驗，由于要求試樣本身受力狀態不變，這就要求在實驗中不能將樣品充氫后再重新加載到受力狀態，另外，充氫實驗后的樣品要做簡單的表面拋光處理才能做原子力下的觀察實驗，這就要求樣品的受力面非常平滑，沒有凸起。
發明內容
由于傳統加載裝置體積大，加載裝置與試樣分離，不能滿足實驗要求，本發明的目的就是提供一種能在不同平行力加載位移條件下的連續實驗觀察，保證受力表面平滑，便于在原子力顯微鏡下 的微觀觀察，同時在將樣品電解充氫過程中，確保樣品處于受力狀態。本發明由受載裝置樣品，螺栓組成，通過改變標距區域的加載位移，可以做在不同受力狀態下試樣的形貌，電勢，磁力或者其他性能的原位觀察。螺栓的長度要求在與另一側面剛接觸時要長，這樣才能使樣品斷裂前盡可能滿足不同加載變形量的要求；中間兩個對稱的觀察平面形狀，厚度完全一樣，這樣不至于使要觀察的區域發生彎曲變形；兩個端面設計成正方形，螺紋孔要處在一個端面的正中間的位置，這樣加載的過程中保證兩個對稱標距區域受力相同，扭矩相互抵消，不會發生彎曲變形；螺栓的旋進端平齊光滑，在與另一端面接觸的過程中，力均勻分布在這一端面的中心部位，同樣保證了標距區域不會發生彎曲變形；考慮加力的方便，標距區域厚度不宜過厚。本發明一種平行力連續自加載裝置樣品，其特征在于:它包括兩側對稱的兩個實驗觀察面和兩個端面，另配一個螺栓，其中，一個端面中間有螺紋孔，通過螺栓的旋轉給不帶螺紋孔的端面施加位移，來改變中間兩個實驗觀察平面的拉伸應變，使變形區域始終處于平行拉伸力的作用下。進一步的，中間兩個對稱的實驗觀察平面形狀、厚度完全一樣。進一步的，兩個端面設計成正方形，螺紋孔處在一個端面的正中間的位置。
進一步的，螺栓的旋進端平齊光滑，在與另一端面接觸加力的過程中，力均勻分布在端面的中心部位。進一步的，為了方便加載，兩側的實驗觀察平面標距部分厚度一般不宜過厚，經過計算取適宜厚度。一種平行力連續自加載裝置樣的試驗方法，敘述如下:(I)加載時，通過螺栓一端與受力端面的作用，使中間兩側實驗觀察平面的標距區域發生拉伸，產生變形；(2)對變形量精度要求比較高的試驗，通過在標距區域貼應變片的方法，運用程控靜態電阻應變儀，測量出因加載引起的標距區域應變變化，根據實驗要求連續加載；(3)對于精度要求不高的試驗，可以通過測量螺栓旋進角度的方法計算出變形量，即Λ L= a M/360mm, α為螺栓旋轉角度，M為螺紋螺距，則應變ε = Δ L/L= a M/360Lmm, L為標距，根據實驗要求連續加載；(4)對于在溶液中的電解充氫實驗，將處于拉伸狀態的裝置放在溶液中作為陰極充氫，充氫時間按照標距區域的厚度，根據公式X= a (Dt)1/2求出；其中X為標距區域的厚度，α取I 2, D是材料擴散系數，t為充氫時間。本實驗的有益效果是可以滿足不同平行力作用下的加載試驗，可以使試樣在受力的狀態下做電解充氫實驗，可以方便的加力，并可以精確測量出觀察平面標距區應變量的變化，操作非常簡便。
圖1是受載裝置樣品與螺栓的裝配圖。圖2是受載裝置樣品的三視圖。其中，1-實驗觀察面，2-端面，3-螺栓。
具體實施例方式(I)加載時，通過螺栓一端與受力端面的作用，使中間兩側實驗觀察平面的標距區域發生拉伸，產生變形；(2)對變形量精度要求比較高的試驗，通過在標距區域貼應變片的方法，運用程控靜態電阻應變儀，測量出因加載引起的標距區域應變變化，根據實驗要求連續加載。(3)對于精度要求不高的試驗，可以通過測量螺栓旋進角度的方法計算出變形量，即AL=aM/360mm(a為螺栓旋轉角度，M為螺紋螺距)則應變ε = Λ L/L= a M/360Lmm(L為標距)，根據實驗要求連續加載。(4)對于在溶液中的電解充氫實驗，將處于拉伸狀態的裝置放在溶液中作為陰極充氫，充氫時間按照標距區域的厚度，根據公式X= a (Dt)1/2求出(其中X為標距區域的厚度，α取I 2, D是材料擴散系數，t為充氫時間)。
權利要求
1.一種平行力連續自加載裝置樣品，其特征在于:它包括兩側對稱的兩個實驗觀察面和兩個端面，另配一個螺栓，其中，一個端面中間有螺紋孔，通過螺栓的旋轉給不帶螺紋孔的端面施加位移，來改變中間兩個實驗觀察平面的拉伸應變，使變形區域始終處于平行拉伸力的作用下。
2.如權利要求1所述的一種平行力連續自加載裝置樣品，其特征在于:中間兩個對稱的實驗觀察平面形狀、厚度完全一樣。
3.如權利要求1所述的一種平行力連續自加載裝置樣品，其特征在于:兩個端面設計成正方形，螺紋孔處在一個端面的正中間的位置。
4.如權利要求1所述的一種平行力連續自加載裝置樣品，其特征在于:螺栓的旋進端平齊光滑，在與另一端面接觸加力的過程中，力均勻分布在端面的中心部位。
5.如權利要求1所述的一種平行力連續自加載裝置樣品，其特征在于:為了方便加載，兩側的實驗觀察平面標距部分厚度一般不宜過厚，經過計算取適宜厚度。
6.根據權利要求1所述的平行力連續自加載裝置樣的試驗方法，敘述如下: (1)加載時，通過螺栓一端與受力端面的作用，使中間兩側實驗觀察平面的標距區域發生拉伸，產生變形； (2)對變形量精度要求比較高的試驗，通過在標距區域貼應變片的方法，運用程控靜態電阻應變儀，測量出因加載引起的標距區域應變變化，根據實驗要求連續加載； (3)對于精度要求不高的試驗，可以通過測量螺栓旋進角度的方法計算出變形量，SPΛ L= a M/360mm, α為螺栓旋轉角度，M為螺紋螺距，則應變ε = Δ L/L= a M/360Lmm, L為標距，根據實驗要求連續加載； (4)對于在溶液中的電解充氫實驗，將處于拉伸狀態的裝置放在溶液中作為陰極充氫，充氫時間按照標距區域的厚度，根據公式X= a (Dt)1/2求出；其中X為標距區域的厚度，α取I 2, D是材料擴散系數，t為充氫時間。
全文摘要
本發明是對在平行拉伸應力作用下的材料進行研究的自加載裝置，滿足對不同加載位移精確度的實驗要求，尤其是非常方便的應用于原子力顯微鏡(AFM)下各種測量，如形貌測量、SKPFM電勢測量或者磁性MFM測量等。它包括兩側對稱的兩個實驗觀察面和兩個端面，另配一個螺栓，其中，一個端面中間有螺紋孔，通過螺栓的旋轉給不帶螺紋孔的端面施加位移，來改變中間兩個實驗觀察平面的拉伸應變，使變形區域始終處于平行拉伸力的作用下。本裝置樣品操作簡便，經濟適用，金屬材料與原子力顯微鏡托盤接觸，保證了兩者的導電性，適宜SKPFM的加載觀察。
文檔編號G01N3/02GK103234813SQ20131015564
公開日2013年8月7日 申請日期2013年4月28日 優先權日2013年4月28日
發明者王瑞俊, 李金許, 喬利杰 申請人:北京科技大學