(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210594574.0 (22)申请日 2022.05.27 (71)申请人 南京航空航天大 学 地址 210016 江苏省南京市御道街2 9号 (72)发明人 韩琦男　方健文　崔海涛　苏越　 张宏建　施惠基　 (74)专利代理 机构 北京清亦华知识产权代理事 务所(普通 合伙) 11201 专利代理师 赵丽婷 (51)Int.Cl. G01N 3/36(2006.01) G01N 3/02(2006.01) G01N 3/04(2006.01) G01N 1/44(2006.01) G01N 23/2251(2018.01)G01N 23/2202(2018.01) (54)发明名称 极端高温原位 榫连接微动疲劳实验 装置 (57)摘要 本申请公开了一种极端高温原位榫连接微 动疲劳实验装置， 包括： 加载件， 加载件用于支 撑 榫头试件和榫槽试件， 并向榫头试件施加周期 往 复的水平疲劳载荷； 加热件， 加热件设置在榫头 试件和榫槽试件 下方， 用于加热榫头试件和榫槽 试件； 保温套， 保温套包裹加热件； 控制件， 用于 控制加载件和加热件的开启或关闭， 以向榫头试 件施加水平疲劳载荷和加热榫头试件和榫槽试 件， 采用多种措施减少进入探测器的热电子， 提 高了极端高温环境下原位扫描电镜的成像质量， 并提升了实验温度的上限。 由此， 解决了相关技 术在高温环境下加热装置或样品产生的热电子 干扰探测器对信号电子的收集， 使得高温成像品 质劣化、 图像发白而无法观测到有效信息等问 题。 权利要求书1页 说明书6页 附图4页 CN 114813414 A 2022.07.29 CN 114813414 A 1.一种极端高温原位 榫连接微动疲劳实验 装置， 其特 征在于， 包括： 加载件， 所述加载件用于支撑榫头试件和榫槽试件， 并向所述榫头试件施加周期往复 的水平疲劳载荷； 加热件， 所述加热件设置在所述榫头试件和榫槽试件下方， 用于加热所述榫头试件和 榫槽试件； 保温套， 所述保温套包裹所述加热件； 控制件， 用于控制所述加载件和所述加热件的开启或关闭， 以向所述榫头试件施加水 平疲劳载荷和 加热所述榫头试件和榫槽试件。 2.根据权利要求1所述的装置， 其特 征在于， 所述加载件 包括： 夹持平台； 夹持所述榫槽试件的第 一夹头和夹持所述榫头试件的第 二夹头， 所述第 一夹头和所述 第二夹头均设置在所述夹持平台上； 液压动力系统， 所述液压动力系统与所述第二夹头相连， 用于控制所述第二夹头在水 平方向周期往复运动， 为所述 榫头试件施加水平疲劳载荷； 垫片， 所述垫片设置 于所述榫头试件和所述 榫槽试件下 方。 3.根据权利要求1所述的装置， 其特 征在于， 还 包括： 屏蔽罩， 所述屏蔽罩设置在所述加载件上方， 在所述屏蔽罩内形成安装空间， 所述屏蔽 罩顶部设置有观测孔， 通过 所述观测孔观测所述 榫头事件和榫槽试件的接触区域。 4.根据权利要求2所述的装置， 其特 征在于， 还 包括： 液氮循环管道， 所述液氮循环管道设置于所述第 一夹头和第 二夹头上方和/或下方， 用 于对所述第一夹 头和所述第二夹 头进行冷却降温。 5.根据权利要求1所述的装置， 其特征在于， 所述控制件进一步用于调整扫描电镜的电 子电压， 以降低所述 榫头试件和所述 榫槽试件接触区域的电子着陆能量。 6.根据权利要求1所述的装置， 其特 征在于， 所述加热件 包括： 加热丝， 所述加热丝 外包裹所述保温套； 热电偶， 用于检测所述 榫头试件和榫槽试件的温度； 温度控制系统， 所述温度控制系统与所述加热丝和所述热电偶相连， 用于对所述加热 丝的温度进行调节。 7.根据权利要求2所述的装置， 其特 征在于， 所述垫片为氮化 钛陶瓷材 料。 8.根据权利要求6所述的装置， 其特 征在于， 所述加热丝为铂铑合金。 9.根据权利要求1所述的装置， 其特 征在于， 所述保温套为氧化铝材 料。 10.根据权利要求3所述的装置， 其特 征在于， 所述屏蔽罩材 料为钽。权　利　要　求　书 1/1 页 2 CN 114813414 A 2极端高温原位榫连接微动疲劳实验装 置 技术领域 [0001]本申请涉及 航空发动机技术领域， 特别涉及一种极端高温原位榫连接微动疲劳实 验装置。 背景技术 [0002]航空发动机涡轮叶片与轮盘之间的榫连接结构是典型的微动疲劳工况， 叶片的榫 头部位和轮盘的榫槽部位承受交变的接触载荷， 从而在榫连接结构的接触部位产生交变的 微小位移， 使得榫头与榫槽的微动疲劳接触区域 发生裂纹萌生、 裂纹扩展直至断裂失效。 研 究榫连接结构微动疲劳问题的关键在于揭示材料在微动疲劳载荷下的损伤演 变过程， 从而 阐明微动疲劳失效机理， 原位扫描电镜(In ‑situ Scanning  Electron  Microscope， in ‑ situ SEM)技术能够在进行实验的过程中对材料表面进行微观实时观测， 是研究材料力 学 性能和行为的关键手段。 [0003]扫描电镜(S canning Electron  Microscope， S EM)工作时， 利用聚焦的很窄的高能 电子束来扫描样品， 通过光束与样品表面的相互作用来产生信号电子， 再 由探测器对这些 电子进行收集和成像以实现对样品表面微观形貌的表征。 然而目前的技术问题在于高温环 境下的加热装置或样品产生的热电子会干扰探测器对信号电子的收集， 使得高温成像品质 劣化、 图像发白而 无法观测到有效信息。 先进航空发动机涡轮前温度在1000℃以上， 涡轮部 件处于极端高温的恶劣环境下， 用于涡轮部件的高温合金在高温环境下的力学性能和行为 与常温显著不同， 研究高温合金的微动疲劳性能和行为十分有必要还原极端高温环境。 [0004]相关技术的加热装置为钨电热丝， 垫片顶部则用于放置两个试件， 起到支撑作用。 两个试件的连接方式为榫连接， 通过夹头固定榫槽试件， 榫头试件则通过加载装置的夹头 施加载荷。 同时， 用不锈钢高温保护罩包住实验装置， 可以起到保温以及遮挡热电子的作 用， 高温罩中心 开一个圆孔， 用于使用扫描电镜观测。 垫片起到了遮挡部 分加热丝热电子的 作用， 这降低了加热丝热电子的影响， 从而实现了80 0℃超高温环境下原位 微动疲劳实验。 [0005]但是相关技术的方法无法实现 高于1000℃的极端高温环境下的成像， 原先实验装 置的隔热保护罩材料是钢， 其隔绝热电子的效果十分有限， 且钢本身在高温下也容易大量 发射热电子， 保护罩的圆孔区域内仍然存在干扰的热电子， 导致高于1000℃时扫描电镜成 像品质劣化、 图像发白而无法观测到有效信息。 并且加载夹头、 保护罩等辅助装置缺少冷 却， 这些辅助装置在极端高温环境下会发射热电子、 导致 成像品质劣化， 进而影响扫描电镜 成像效果。 并且加热丝仍然是 处于裸露状态， 通电加热到高温时， 加热丝产生的热电子数量 随着温度提高而急剧上升， 严重影响扫描电镜成像、 导致成像品质劣化。 加热丝的材料是 钨， 钨加热丝在真空极端高温环境会发生升华、 干扰成像、 降低成像质量， 亟 待解决。 发明内容 [0006]本申请的实施例提供一种极端高温原位榫连接微动疲劳实验装置， 以解决相关技 术在高温环境下加热装置或样品产生的热电子会干扰探测器对信号电子的收集， 使得高温说　明　书 1/6 页 3 CN 114813414 A 3