疲劳寿命计电阻变化机理的研究

　　1　原　理

　　我们研制成功的疲劳寿命计是由康铜经过特殊处理和轧制工艺制成,经扫描电镜分析^[1],Ni原子以杆状和片状的集聚形态存在于基体中,由高电导率的铜元素构成低阻抗特性。当交变应变作用后,位错通过集聚体使其分离,元素排列的变化使电阻率上升,最终电阻变化ΔR/R×100%可达7%,其结构稳定,重复性5%,是疲劳检测的理想元件。

　　疲劳寿命计外形如同普通应变计,图1是我们标定的特性曲线^[2],对数表示的纵、横坐标分别对应于某一交变应变量下百分比电阻变化值和所经受的循环次数,它与美国微测量公司所出产品的特性曲线相似^[3]。图1中曲线A是疲劳寿命计发生断裂破坏的曲线,在此处电阻急剧增加且不稳定。在±2500με以上电阻有序变化可达6.5%,交变应变量在此之下变化,同一循环次数下电阻变化量急剧减小。根据实验和文献[4],疲劳寿命计在低于再结晶温度下退火可去除元素排列变化引起的电阻改变,而位错和点缺陷引起的电阻变化值将保留。

　　本文通过实验主要弄清以下3个问题:①不同交变应变量下电阻累计机理、使用环境温度上限;②低温下放置与室温下疲劳性能比较有否不同;③冷作变形对电阻率影响,能否作单次应变记忆器使用。

　　2　试验方法

　　试样为4456CI牌号的疲劳寿命计成品,合金含量43Cu%-55Ni%,厚度6μ(1±10%),电阻率0.45(Ωmm²/m),室温电阻值R=120Ω(1±0.5%),电阻温度系数α= (- 20～20)×106Ω/℃。疲劳寿命计粘贴在等强度铝梁上进行疲劳试验,每一应变水平为两枚试样,由应变计测得的交变应变量约为±3050με,±1720με,±1220με。循环次数取相应交变应变量下约90%的疲劳寿命,分别为2.55×10⁴,6×10⁵,1.3×10⁶次循环,由7位半数字表测得相应电阻变化值ΔR/R×100%分别为:6.355%, 3.121%, 0.557%。

　　为了使试样从梁上取下不受损伤,先将疲劳寿命计粘贴在有机玻璃薄片上,然后将其粘贴在梁上。从梁上取下后,再将其放入三氯甲烷中溶解取下,这一过程中电阻变化△R/R×100%小于0.01%,说明无明显损伤。考虑到上述操作可能产生的影响,用两枚疲劳寿命计进行上述同样的操作而不作疲劳试验。

　　上述8枚疲劳寿命计放入高频加热炉中进行退火试验,为了防止卷曲和氧化,用陶瓷片夹持,并保持2×10^-3Pa真空度。退火从100℃～500℃,10min保温随炉冷却,约12℃测得电阻变化值,结果如图2所示。

　　将疲劳寿命计放入液氮溶液中浸泡10min后取出,与未经处理的疲劳寿命计粘贴在等强度梁上进行对比弯曲疲劳试验,交变应变量约为±1980με,测试结果如图3所示。