[發明專利]合金凝固同步輻射成像靜磁場復合直流電作用裝置及實驗方法

在審

• 申請號: 201510444230.1
• 申請日: 2015-07-24
• 公開（公告）號: CN105136824A
• 公開（公告）日: 2015-12-09
• 發明（設計）人: 王同敏;楊芬芬;曹飛;康慧君;曹志強;李廷舉
• 申請（專利權）人: 大連理工大學
• 主分類號: G01N23/04
• 分類號: G01N23/04
• 代理公司: 大連星海專利事務所 21208
• 代理人: 裴毓英

技術領域

本發明涉及金屬材料同步輻射成像技術，尤其涉及一種合金凝固同步輻射成像靜磁場復合直流電作用裝置及實驗方法。

背景技術

在合金凝固過程中施加外場(電場或磁場)，可以產生電磁力效應、電遷移效應、Joule熱效應等改變合金熔體內部的溫度傳輸、溶質擴散、熔體流動及界面形態，從而影響晶粒的形核及長大過程、改變金屬材料的微觀組織，進而最終影響其綜合力學性能。很多學者就凝固過程中不同外場(交/直流電、脈沖電流、脈沖磁場、行波磁場等)對合金凝固組織的影響進行了探索，大量研究表明合金凝固過程中施加外場可以有效細化合金的凝固組織，提高其力學性能，但是在外場對合金凝固組織的具體影響機理上，至今仍未形成系統一致的認識。

由于合金的不透明性，外場作用下合金凝固過程中的熔體流動、溶質擴散、枝晶生長速度等許多動態信息難以直接觀察，從而限制了有關外場對合金凝固組織影響機理的研究發展。近年來，一種新的技術—同步輻射X射線成像技術開始逐漸被用于動態觀察合金的凝固行為，采用同步輻射X射線成像技術原位、動態觀察不同外場的施加對合金凝固過程中的現象，有助于更進一步探索外場對合金凝固組織的影響機理。然而，目前尚未見到有關可專門用于同步輻射X射線成像的靜磁場復合直流電場實驗方法及裝置的報導。

發明內容

本發明的目的在于，針對上述現有靜磁場復合直流電場實驗方法及裝置處于空白的問題，提出一種合金凝固同步輻射成像靜磁場復合直流電作用裝置，該裝置結構簡單，能實現靜磁場復合直流電場作用下合金凝固的同步輻射成像。

為實現上述目的，本發明采用的技術方案是：一種合金凝固同步輻射成像靜磁場復合直流電作用裝置，包括：供電電路和微型加熱爐；

所述微型加熱爐為具有設定容置空間的腔體，所述微型加熱爐腔體內設置有加熱單元，所述微型加熱爐相對的兩個側壁上分別設置有通光孔，兩個所述通光孔軸線重合，在本發明所述裝置工作時，應保證該通光孔與同步輻射X射線和CCD探測器在同一軸線上，所述微型加熱爐設置有通光孔的兩個側壁的外側設置有永磁鐵；所述微型加熱爐內設置有用于固定樣品的樣品支架，所述樣品支架設置的位置能使透過兩個通光孔的X射線垂直照射在樣品所在平面上；

所述供電電路包括直流電發生裝置、電極，兩個所述電極分別可拆卸固定在樣品兩端，兩個所述電極通過線路與直流電發生裝置連接。

進一步地，所述微型加熱爐的加熱單元為珀爾帖元件或電阻加熱元件，所述加熱單元與樣品緊貼，所述微型加熱爐的最高加熱溫度高達500℃；所述微型加熱爐的尺寸控制在200cm×100cm×30cm以下。

進一步地，所述微型加熱爐側壁上設置有冷卻單元。

進一步地，所述冷卻單元為設置在加熱爐側壁內的循環水路，所述循環水路進水口位于下部，出水口位于上部，進水口與出水口與一個冷卻水箱連接實現循環水冷。

進一步地，所述微型加熱爐兩個側壁上的永磁鐵為環形永磁鐵，所述環形永磁鐵軸線與通光孔軸線重合，所述兩塊永磁鐵的NS極設置需保證兩塊磁鐵相互吸引，所述永磁鐵為本發明的靜磁場發生裝置。

進一步地，所述電極為鋁箔電極，所述鋁箔電極設置在樣品兩端，并通過設置在樣品兩側的兩塊陶瓷片夾緊固定。

本發明的另一個目的還提供了一種合金凝固同步輻射成像靜磁場復合直流電作用的實驗方法，包括以下步驟：

(1)微型加熱爐的安裝：將所述微型加熱爐放置在實驗平臺上，調整微型加熱爐位置保證兩個通光孔與同步輻射X射線、CCD探測器在同一軸線上，即同步輻射X射線發射的X射線依次穿過通光孔、樣品、通光孔后能被CCD探測器所探測；

(2)樣品制備：將薄片狀樣品放置在用以限制熔體流動的中空云母片中間，將兩個電極分別固定在樣品的兩端，然后用兩塊陶瓷片將放置有樣品的云母片夾緊，并用耐高溫膠將兩塊陶瓷片四周進行密封；

(3)樣品的安裝及直流電施加：將放置有樣品的陶瓷片夾持在樣品支架上，并將樣品支架固定在加熱爐中，使透過通光孔的X射線能垂直照射在樣品所在平面上；連接電極與直流電發生裝置；