[發(fā)明專利]一種化學(xué)成分含量不斷變化的合金樣品高通量制備方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201811032016.5
• 申請(qǐng)日: 2018-09-05
• 公開（公告）號(hào): CN109371264A
• 公開（公告）日: 2019-02-22
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李靜媛;祁明凡;陳雨來(lái);洪慧平;謝建新
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 北京科技大學(xué)
• 主分類號(hào): C22C1/02
• 分類號(hào): C22C1/02;C22C21/10;C22C23/02
• 代理公司: 北京金智普華知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11401
• 代理人: 皋吉甫

本發(fā)明一種化學(xué)成分含量不斷變化的合金樣品高通量制備方法，該方法將坩堝以陣列形式排布在坩堝放置平臺(tái)上，將所需的各種金屬粉末/顆粒放入獨(dú)立存料器中，利用PLC控制下料時(shí)各存料器的運(yùn)動(dòng)路徑和運(yùn)動(dòng)速度，通過(guò)存料器出料口尺寸的選擇和下料時(shí)運(yùn)動(dòng)速度的控制來(lái)調(diào)整進(jìn)入坩堝內(nèi)每種金屬粉末/顆粒的含量，實(shí)現(xiàn)各坩堝內(nèi)合金化學(xué)成分含量的連續(xù)變化；配料完成后對(duì)熔化腔體抽真空并通入保護(hù)氣體，接著對(duì)陣列坩堝內(nèi)的粉末/顆粒進(jìn)行熔化；待熔體成分均勻，停止加熱并通氣冷卻合金樣品，凝固后取出以備后續(xù)表征使用。本發(fā)明工藝簡(jiǎn)單，控制方便，縮短了材料從成分設(shè)計(jì)、原料配比、多爐熔煉和制備的時(shí)間進(jìn)程及冶金能耗，可快速篩選所需的合金成分。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及合金制備技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種化學(xué)成分含量不斷變化的合金樣品高通量制備方法。

背景技術(shù)

傳統(tǒng)材料研發(fā)方法可簡(jiǎn)單歸納為“試錯(cuò)法”，即依據(jù)已有的理論或經(jīng)驗(yàn)，對(duì)目標(biāo)材料的組分配比給出預(yù)測(cè)范圍，接著進(jìn)行小批量制備，然后根據(jù)對(duì)制備樣品的表征結(jié)果進(jìn)行組分調(diào)整優(yōu)化，再一次進(jìn)行制備和表征，經(jīng)過(guò)多次循環(huán)最終才能獲得目標(biāo)材料。隨著科技發(fā)展，高精尖裝備對(duì)于材料的綜合性能提出了嚴(yán)苛要求，在這一背景下，工程合金的成分逐漸向多元化、復(fù)雜化方向發(fā)展。以先進(jìn)的高溫合金和非晶合金為例，合金元素種類一般為4～8種。隨著元素種類增加，可能形成的材料組合數(shù)量呈幾何級(jí)數(shù)增長(zhǎng)，如果采用傳統(tǒng)的試錯(cuò)法進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究，將產(chǎn)生無(wú)法想象的巨大工作量和高額研發(fā)成本。因此，從加速多元合金成分優(yōu)化的角度，亟需開發(fā)適用于工程合金樣品成分設(shè)計(jì)的高通量實(shí)驗(yàn)方法。

“材料高通量實(shí)驗(yàn)”即在短時(shí)間內(nèi)完成大量樣品的制備與表征，其核心思想是以量變引起質(zhì)變，將傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)中采用的順序迭代方法轉(zhuǎn)變?yōu)楦咄繉?shí)驗(yàn)的并行處理方法，從而有效地提高材料研發(fā)效率，大大地縮短研發(fā)周期，從而逐步推進(jìn)材料“按需設(shè)計(jì)”的終極目標(biāo)。實(shí)現(xiàn)并行處理的高通量實(shí)驗(yàn)的基本前提是制備適用于成分、結(jié)構(gòu)、組織、性能表征的高通量實(shí)驗(yàn)樣品，本發(fā)明旨在針對(duì)工程合金材料的高通量實(shí)驗(yàn)中存在的一些技術(shù)問(wèn)題。提供一種新的樣品制備方法，為后續(xù)表征過(guò)程提供可代表工程材料性能的高通量實(shí)驗(yàn)樣品。

發(fā)明內(nèi)容

為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的是提供一種化學(xué)成分含量不斷變化的合金樣品高通量制備方法，利用PLC控制程序控制下料時(shí)各存料器的運(yùn)動(dòng)路徑和運(yùn)動(dòng)速度，通過(guò)對(duì)存料器出料口尺寸(存料器出料口尺寸決定粉末/顆粒單位時(shí)間體積流量)的選擇和下料時(shí)運(yùn)動(dòng)速度的控制來(lái)調(diào)整進(jìn)入坩堝內(nèi)每種金屬粉末/顆粒的含量，從而實(shí)現(xiàn)各坩堝內(nèi)合金化學(xué)成分含量的連續(xù)變化，并在熔化腔體內(nèi)進(jìn)行熔化和冷卻，快速高通量制備出成分含量不斷變化的合金材料。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了如下技術(shù)方案：一種化學(xué)成分含量不斷變化的合金樣品高通量制備方法，該方法將坩堝以陣列形式排布在坩堝放置平臺(tái)預(yù)先設(shè)計(jì)好的位置，并在各坩堝正上方安置漏斗狀進(jìn)料器，將實(shí)驗(yàn)所需的各種高純金屬粉末/顆粒放入獨(dú)立存料器中，利用PLC控制程序控制下料時(shí)各存料器的運(yùn)動(dòng)路徑和運(yùn)動(dòng)速度，通過(guò)存料器出料口尺寸(出料口尺寸決定粉末/顆粒單位時(shí)間體積流量)的選擇和下料時(shí)運(yùn)動(dòng)速度的控制來(lái)調(diào)整進(jìn)入坩堝內(nèi)每種金屬粉末/顆粒的含量，從而實(shí)現(xiàn)各坩堝內(nèi)合金化學(xué)成分含量的連續(xù)變化；配料完成后對(duì)熔化腔體抽真空并通入保護(hù)氣體，接著對(duì)陣列坩堝內(nèi)的金屬粉末/顆粒進(jìn)行熔化；待熔體成分均勻，停止加熱并通氣冷卻合金樣品，凝固后取出以備后續(xù)表征使用。

該方法的具體步驟為：

步驟1：將選定好坩堝，將選定好的坩堝按照所需數(shù)量以陣列形式排布在坩堝放置平臺(tái)預(yù)先設(shè)計(jì)好的位置；

步驟2：按照設(shè)計(jì)合金組元數(shù)目和化學(xué)成分含量變化范圍，將實(shí)驗(yàn)所需的各種高純金屬粉末/顆粒分別放入獨(dú)立的存料器中；

步驟3：在主控電腦上根據(jù)坩堝布置方式預(yù)設(shè)各存料器的運(yùn)動(dòng)路徑和時(shí)運(yùn)動(dòng)速度，通過(guò)漏斗狀進(jìn)料器將金屬粉末/顆粒導(dǎo)入到坩堝內(nèi)，實(shí)現(xiàn)各坩堝內(nèi)合金化學(xué)成分含量的連續(xù)變化；