[發(fā)明專利]一種絲桿推進式剪切單元法測量金屬熔體擴散的設備

在審

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• 申請日: 2020-08-18
• 公開（公告）號: CN111965077A
• 公開（公告）日: 2020-11-20
• 發(fā)明（設計）人: 張博;李建;李萬寶;王文智;呂晴
• 申請（專利權(quán)）人: 合肥工業(yè)大學
• 主分類號: G01N13/00
• 分類號: G01N13/00
• 代理公司: 安徽省合肥新安專利代理有限責任公司 34101
• 代理人: 孫琴;何梅生

本發(fā)明公開了一種絲桿推進式剪切單元法測量金屬熔體擴散的設備，包括一真空腔體，真空腔體內(nèi)安裝有擴散臺，擴散臺包括基座以及設置在基座空腔內(nèi)的擴散組件，擴散組件由多個陶瓷片層層疊壓而成，擴散組件包括一組固定設置的固定陶瓷片、一組能向右移動的活動陶瓷片、以及一組能左右移動的熔接陶瓷片；熔接陶瓷片組處于擴散組件的中部，且在熔接陶瓷片組的上方和下方，各個固定陶瓷片和各個活動陶瓷片一一間隔的設置；通過推動各個活動陶瓷片和熔接陶瓷片沿左右移動，實現(xiàn)樣品的對接擴散與分切。本發(fā)明相比現(xiàn)有技術具有以下優(yōu)點：保證了擴散質(zhì)量，提高了擴散試驗的精度。

技術領域

本發(fā)明涉及金屬熔體擴散設備技術領域，尤其涉及的是一種絲桿推進式剪切單元法測量金屬熔體擴散的設備。

背景技術

在液態(tài)金屬中,擴散系數(shù)是描述金屬原子質(zhì)量傳輸現(xiàn)象的重要物理參數(shù),一方面擴散行為與液體的動力學特征和微觀結(jié)構(gòu)有著密切關系,另一方面在凝固過程中,原子的擴散行為是影響凝固組織的關鍵因素,在一些合金體系的研究中還發(fā)現(xiàn),熔體冷卻過程中擴散系數(shù)的變化能夠直接改變凝固組織的成分分布和微觀形貌。液態(tài)金屬的擴散行為與材料學、冶金化學(如凝固、偏析、腐蝕和相變等研究)和液體物理學等諸多領域緊密相關。因此,擴散系數(shù)作為描述質(zhì)量傳輸現(xiàn)象的核心參數(shù),掌握液態(tài)金屬的擴散系數(shù)有助于人們了解液態(tài)金屬的原子結(jié)構(gòu)和原子遷移的物理本質(zhì)。在過去幾十年的研究中,由于液態(tài)金屬的擴散系數(shù)的缺乏,擴散機制與理論尚不成熟,很大程度上歸結(jié)于測量液態(tài)金屬擴散系數(shù)技術的條件限制以及測量準確度低。近代研究中出現(xiàn)了多種測量液態(tài)金屬擴散系數(shù)的方法,如長毛細管法、旋切單元法、X射線成像技術和滑動剪切技術等。長毛細管法用于液態(tài)金屬擴散系數(shù)測量時，實驗操作簡單，易于實現(xiàn)，但精度不高，存在局限性，通常會有50-100％的誤差。旋切單元法為克服長毛細管法中的弊端,將長管分割成為許多層片結(jié)構(gòu),通過旋轉(zhuǎn)移動這些層片,可以將兩擴散試樣在液態(tài)時對接與分離，避免了升溫和降溫過程中的原子擴散對測量結(jié)果的影響；但這種技術往往結(jié)構(gòu)過于復雜,裝置加工與實驗操作都十分困難。X射線成像技術目前主要是德國采用，國內(nèi)目前還未能搭建此平臺。而滑動剪切技術雖然可以避免升溫過程對擴散系數(shù)的影響，但降溫過程卻無法控制。

在公開號為“CN103234872B”、專利名稱為“一種多層平動剪切單元法測量金屬熔體擴散的設備”的發(fā)明專利中，公開了一種多層平動剪切單元法測量金屬熔體擴散的設備，該設備在滑動剪切技術的基礎上，經(jīng)過擴散工作臺以及滑動剪切單元等結(jié)構(gòu)上的改進(比如將原本兩個石墨塊分割成30個小片)，實現(xiàn)擴散開始和結(jié)束時間點上的控制，在擴散測量實驗過程中能夠避免加熱過程和冷卻收縮過程對擴散系數(shù)的影響。但該設備在具體使用時仍存在很多問題：其擴散臺采用的石墨片在高溫下易與某些成分樣品反應，從而污染樣品，影響實驗結(jié)果；采用一層熔接石墨片時在樣品中間易產(chǎn)生孔洞；爐壁溫度過高以及無法準備判斷樣品是否完全對接等問題，這些問題均會對實驗數(shù)據(jù)的精度產(chǎn)生影響。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術的不足，提供了一種絲桿推進式剪切單元法測量金屬熔體擴散的設備，以期能夠通過剪切單元法對金屬熔體擴散系數(shù)進行精確的測量，為從事相關的金屬研究及鑄造提供可靠的依據(jù)。

本發(fā)明是通過以下技術方案實現(xiàn)的：

一種絲桿推進式剪切單元法測量金屬熔體擴散的設備，包括一真空腔體，所述真空腔體內(nèi)設置一框架，所述框架內(nèi)安裝有擴散臺，所述擴散臺上設置有對擴散臺進行加熱的加熱器，

所述擴散臺包括基座，所述基座內(nèi)設左右貫通的空腔，所述空腔內(nèi)設置有擴散組件，所述擴散組件由沿左右方向延伸的多個長條狀陶瓷片層層疊壓而成，所述擴散組件的多個陶瓷片包括一組固定設置的固定陶瓷片、一組能向右移動的活動陶瓷片、以及一組能左右移動的熔接陶瓷片；熔接陶瓷片組包括多片熔接陶瓷片，所述熔接陶瓷片組處于擴散組件的中部，與熔接陶瓷片組上、下相鄰的陶瓷片分別為第一固定陶瓷片和第二固定陶瓷片，且在熔接陶瓷片組的上方和下方，各個固定陶瓷片和各個活動陶瓷片一一間隔的設置；