基于dic焊接動態(tài)應變測試的高溫散斑制備方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明光學測試、力學技術領域，尤其是涉及一種基于DIC焊接動態(tài)應變測試的高溫散斑制備方法。
【背景技術】
[0002]近年來，高溫環(huán)境下材料力學行為的表征已成為材料加工、實驗固體力學和材料科學等領域中十分關注的問題，尤其是焊接過程材料動態(tài)應力應變的測量。實時測量材料在高溫環(huán)境下的力學行為對材料性能的演變、可靠性評估以及壽命預測等具有非常重要的意義。由于傳統(tǒng)的接觸式方法受溫度的影響，難以有效地測量高溫環(huán)境下的材料或結構表面的位移，因此非接觸式方法在高溫環(huán)境下的位移測量中發(fā)揮著非常重要的作用。數(shù)字圖像相關法(DIC)由于具有非接觸、大/小尺度測量、全場/局部測量、可視化等優(yōu)點，成為最為常用的高溫環(huán)境下的非接觸式位移測量方法之一。
[0003]數(shù)字圖像相關法是通過在被測試樣表面制備高質量散斑，施加載荷(溫度、力、位移等)前后分別拍攝試樣表面的散斑圖，根據(jù)得到的散斑圖進行相關運算，即可得到試樣表面的位移場和應變場。數(shù)字圖像相關法中使用的散斑圖一般是由具有一定灰度且分布隨機的散斑組成。由于散斑是被測試樣表面變形信息的載體，因此散斑制備是數(shù)字圖像相關測試中關乎成敗的關鍵部分，尤其是高溫散斑的制作。最常用的散斑制備方法是噴漆法，但是常規(guī)的噴漆在測試溫度還未達到20(TC時就會發(fā)生氧化，然后開始變色、變脆，甚至脫落，即使使用耐高溫噴漆，當溫度達到550°C時，耐高溫漆也會發(fā)生氧化并出現(xiàn)脫落。
[0004]馮雪等提出了一種高溫散斑制作方法(中國專利申請公布號:CN 101850426A)，使用純凈水、硝酸銀粉末、濃氨水和葡萄糖粉末按一定比例配制成特定溶液，然后使用該溶液在被測試樣表面生成銀質散斑。該方法涉及的化學反應較多，操作較繁雜，且生成的銀質散斑難以控制其分布及大小。劉戰(zhàn)偉等提出了用于界面高溫變形測量的微尺度散斑制作方法(申請?zhí)?201210146916.9)，選擇兩種黑白顏色反差大的耐高溫粉末作為原料，然后使用無水乙醇分別和這兩種粉末按1:0.1?0.15(g/mL)的質量體積比進行混合后裝進兩個噴霧瓶，噴灑在試樣表面，等乙醇揮發(fā)后，依靠范德華力把耐高溫散斑顆粒與試樣表面粘附。該方法制備的散斑比較容易脫落，使用過程中受外界環(huán)境的影響較大，在實際應用中會受到一定的限制。
[0005]綜上所述，現(xiàn)有的耐高溫散斑制備方法中，有些方法操作比較繁雜，有些方法散斑質量難以保證，有些方法受外界環(huán)境影響較大，因此迫切需要發(fā)展一種操作簡單、散斑質量易控制、使用過程受外界環(huán)境影響小的耐高溫散斑的制備方法。

【發(fā)明內容】

[0006]本發(fā)明的目的就是為了克服上述現(xiàn)有技術存在的缺陷而提供一種操作簡單、散斑質量易控制、不易受外界環(huán)境影響、低成本的耐高溫散斑制備方法。該方法的技術特點是通過耐高溫膠把耐高溫顆粒粘附在基底材料表面，制得的耐高溫散斑適用于高溫環(huán)境下使用數(shù)字圖像相關法進行焊接動態(tài)應力應變的非接觸式測量。
[0007]本發(fā)明的目的可以通過以下技術方案來實現(xiàn):
[0008]基于DIC焊接動態(tài)應變測試的高溫散斑制備方法，采用以下步驟:
[0009](I)將雙組份硅鋁酸鹽材料配成糊狀的耐高溫膠；
[0010](2)在經(jīng)打磨拋光并使用乙醇清洗干凈的基底材料表面均勻涂覆耐高溫膠，然后在耐高溫膠上撒一層均勻分布的耐高溫顆粒，修整基底材料表面；
[0011](3)使耐高溫膠固化，即在基底材料表面制備出耐高溫散斑。
[0012]所述的雙組份硅鋁酸鹽材料，其中液態(tài)組份成分為磷酸二氫鋁，固態(tài)組份的成分為娃酸鹽。
[0013]所述的耐高溫膠的固液配比為0.5?1.0g:1mL。
[0014]所述的耐高溫膠在基底材料上的厚度為0.1?0.2mm。
[0015]所述的耐高溫顆粒為白色粉末狀的氧化物或非氧化物。
[0016]耐高溫顆粒優(yōu)選可以采用中性氧化鋁、二氧化鈦、氧化鋯、氮化硅或氮化硼。
[0017]修整基底材料表面是利用吹風機對基底材料表面吹掃15?30s，去除沒有粘附牢固的耐高溫顆粒。
[0018]耐高溫膠固化是將基底材料在室溫下放置6?12h ;再加熱到60?80°C，保溫I?3h ;最后加熱到130?150°C，保溫I?3h。
[0019]與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明采用的制作原料都是常用的材料，成本低廉；制作過程不涉及化學反應，操作簡單；散斑的尺寸、分布、密度易控制，容易獲得高質量的耐高溫散斑；散斑與基底材料結合牢固，能耐800°C左右的高溫，非常適用于基于DIC的焊接動態(tài)應變的測試，其中最突出優(yōu)點是散斑質量易控制，散斑的大小、密度可以通過耐高溫顆粒的大小和分布密度來控制；另外散斑與基底材料結合牢固，使用過程受外界環(huán)境影響小，即使有振動、風力等外界因素的影響，散斑也不會脫落。
【附圖說明】
[0020]圖1為實施例1中在鋁合金表面制備出不同尺寸的耐高溫散斑的兩幅數(shù)字圖像:(a)中性氧化鋁(100-200目)，(b)中性氧化鋁(200-300目)。
[0021]圖2為實施例2中在銅板表面制備出不同密度的耐高溫散斑的三幅數(shù)字圖像:(a)較疏，(b)適中和(C)較密。
[0022]圖3為實施例3中在304不銹鋼表面制備出的耐高溫散斑在不同溫度下的四幅數(shù)字圖像:(a)20°C，(b) 200°C, (c)600°C和(d)800°C。
[0023]圖4為實施例3中，溫度為200°C時通過數(shù)字圖像相關法計算得到的位移分布圖。
【具體實施方式】
[0024]下面結合附圖進一步說明本發(fā)明的實施方式，但不應以此限制本發(fā)明的保護范圍。
[0025]基于DIC焊接動態(tài)應變測試的高溫散斑制備方法，采用以下步驟:
[0026]1、將基底材料切割成所需的形狀，進行打磨拋光處理，使用無水乙醇清洗基底材料表面、干燥；
[0027]2、準備好表面皿、玻璃棒、小平鏟、藥匙、雙組份硅鋁酸鹽材料、白色耐高溫粉末材料；
[0028]3、在表面皿中按照0.5?1.0g:1mL的固液配比將雙組份硅鋁酸鹽材料配成稀糊狀的耐尚溫月父;
[0029]4、使用小平鏟取適量的耐高溫膠置于基底材料表面，并使用小平鏟將高溫膠均勻地涂成厚度為0.1?0.2mm的薄層；
[0030]5、使用藥匙取適量的白色耐高溫粉末材料，通過振動篩等方式使藥匙中的白色耐高溫粉末均勻地撒落到耐高溫膠上；
[0031]6、使用吹風機對著基底材料表面吹15?30s，將基底材料表面上沒有粘附牢固的耐高溫顆粒除去；
[0032]7、將基底材料先在室溫下放置6?12h ;再將其加熱到60?80°C，保溫I?3h ;最后將其加熱到130?150°C，保溫I?3h，耐高溫散斑制作完成。
[0033]下面通過三個具體實施例來進一步理解本發(fā)明。
[0034]實施例1
[0035]基底材料為鋁合金，尺寸為75mmX 25mmX 1.5mm，在鋁合金表面制備耐高溫散斑的過程如下:
[0036]1、取兩塊該鋁合金，使用無水乙醇清洗鋁合金表面、干燥；
[0037]2、準備好表面皿、玻璃棒、小平鏟、藥匙、雙組份硅鋁酸鹽材料、中性氧化鋁(100-200目)、中性氧化鋁(200-300目);
[0038]3、在表面皿中按照0.7g:1mL的固液配比將雙組份硅鋁酸鹽材料配成稀糊狀的耐高溫膠；
[0039]4、使用小平鏟取適量的耐高溫膠分別置于兩塊鋁合金表面，并使用小平鏟將高溫膠均勾地涂成厚度為0.1?0.2mm的薄層；
[0040]5、使用藥匙取適量的中性氧化鋁(100-200目)，通過振動篩等方式使藥匙中的氧化鋁粉末均勻地撒落到其中一塊鋁合金表面的耐高溫膠上，然后使用同樣的方法將中性氧化鋁(200-300目)均勻地撒落到另外一塊鋁合金表面的耐高溫膠上；
[0041]6、使用吹風機對著鋁合金表面吹15?30s，將鋁合金表面上沒有粘附牢固的氧化鋁顆粒除去；
[0042]7、將兩塊鋁合金在室溫下放置8h ;再將它們加熱到70°C，保溫2h ;最后將它們加熱到140°C，保溫2h，即可完成耐高溫散斑的制備。獲得的鋁合金表面的耐高