[發(fā)明專(zhuān)利]一種絲桿推進(jìn)式剪切單元法測(cè)量金屬熔體擴(kuò)散的擴(kuò)散樣品制備方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010832180.5
• 申請(qǐng)日: 2020-08-18
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN111964992A
• 公開(kāi)（公告）日: 2020-11-20
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張博;王文智;呂晴;李建;李萬(wàn)寶
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 合肥工業(yè)大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): G01N1/28
• 分類(lèi)號(hào): G01N1/28;G01N13/00
• 代理公司: 安徽省合肥新安專(zhuān)利代理有限責(zé)任公司 34101
• 代理人: 盧敏;孫琴

本發(fā)明公開(kāi)了一種絲桿推進(jìn)式剪切單元法測(cè)量金屬熔體擴(kuò)散的擴(kuò)散樣品制備方法，包括一真空腔體，真空腔體內(nèi)安裝有擴(kuò)散臺(tái)，擴(kuò)散臺(tái)包括基座以及設(shè)置在基座空腔內(nèi)的擴(kuò)散組件，擴(kuò)散組件由多個(gè)陶瓷片層層疊壓而成，擴(kuò)散組件包括一組固定設(shè)置的固定陶瓷片、一組能向右移動(dòng)的活動(dòng)陶瓷片、以及一組能左右移動(dòng)的熔接陶瓷片；熔接陶瓷片組處于擴(kuò)散組件的中部，且在熔接陶瓷片組的上方和下方，各個(gè)固定陶瓷片和各個(gè)活動(dòng)陶瓷片一一間隔的設(shè)置；通過(guò)推動(dòng)各個(gè)活動(dòng)陶瓷片和熔接陶瓷片沿左右移動(dòng)，實(shí)現(xiàn)樣品的對(duì)接擴(kuò)散與分切。本發(fā)明相比現(xiàn)有技術(shù)具有以下優(yōu)點(diǎn)：保證了擴(kuò)散質(zhì)量，提高了擴(kuò)散試驗(yàn)的精度。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及金屬熔體擴(kuò)散技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及的是一種絲桿推進(jìn)式剪切單元法測(cè)量金屬熔體擴(kuò)散的擴(kuò)散樣品制備方法，用于二元或多元合金或其它非金屬材料在熔融態(tài)下互擴(kuò)散系數(shù)的測(cè)量。

背景技術(shù)

在液態(tài)金屬中，擴(kuò)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(kuò)散行為與液體的動(dòng)力學(xué)特征和微觀(guān)結(jié)構(gòu)有著密切關(guān)系，另一方面在凝固過(guò)程中，原子的擴(kuò)散行為是影響凝固組織的關(guān)鍵因素。在一些合金體系的研究中還發(fā)現(xiàn)，熔體冷卻過(guò)程中擴(kuò)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(guān)形貌。液態(tài)金屬的擴(kuò)散行為與材料學(xué)、冶金化學(xué)(如凝固、偏析、腐蝕和相變等研究)和液體物理學(xué)等諸多領(lǐng)域緊密相關(guān)。因此，擴(kuò)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(kuò)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(guò)去幾十年的研究中，由于液態(tài)金屬的擴(kuò)散系數(shù)的缺乏，擴(kuò)散機(jī)制與理論尚不成熟，很大程度上歸結(jié)于測(cè)量液態(tài)金屬擴(kuò)散系數(shù)技術(shù)的條件限制以及測(cè)量準(zhǔn)確度低。近代研究中出現(xiàn)了多種測(cè)量液態(tài)金屬擴(kuò)散系數(shù)的方法，如長(zhǎng)毛細(xì)管法、旋切單元法、X射線(xiàn)成像技術(shù)和滑動(dòng)剪切技術(shù)等。長(zhǎng)毛細(xì)管法用于液態(tài)金屬擴(kuò)散系數(shù)測(cè)量時(shí)，實(shí)驗(yàn)操作簡(jiǎn)單、易于實(shí)現(xiàn)，但精度不高，存在局限性，通常會(huì)有50-100％的誤差。旋切單元法為克服長(zhǎng)毛細(xì)管法中的弊端，將長(zhǎng)管分割成為許多層片結(jié)構(gòu)，通過(guò)旋轉(zhuǎn)移動(dòng)這些層片，可以將兩擴(kuò)散試樣在液態(tài)時(shí)對(duì)接與分離，避免了升溫和降溫過(guò)程中的原子擴(kuò)散對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響；但這種技術(shù)往往結(jié)構(gòu)過(guò)于復(fù)雜，裝置加工與實(shí)驗(yàn)操作都十分困難。X射線(xiàn)成像技術(shù)目前主要是德國(guó)采用，國(guó)內(nèi)目前還未能搭建此平臺(tái)。而滑動(dòng)剪切技術(shù)雖然可以避免升溫過(guò)程對(duì)擴(kuò)散系數(shù)的影響，但降溫過(guò)程卻無(wú)法控制。

在公開(kāi)號(hào)為“CN103257062B”、專(zhuān)利名稱(chēng)為“一種多層平動(dòng)剪切單元法測(cè)量金屬熔體擴(kuò)散的擴(kuò)散樣品制備方法”的發(fā)明專(zhuān)利中，公開(kāi)了一種多層平動(dòng)剪切單元法測(cè)量金屬熔體擴(kuò)散的擴(kuò)散樣品的制備方法，該方法在滑動(dòng)剪切技術(shù)的基礎(chǔ)上，經(jīng)過(guò)擴(kuò)散工作臺(tái)以及滑動(dòng)剪切單元等結(jié)構(gòu)上的改進(jìn)(比如將原本兩個(gè)石墨塊分割成30個(gè)小片)，實(shí)現(xiàn)擴(kuò)散開(kāi)始和結(jié)束時(shí)間點(diǎn)上的控制，在擴(kuò)散測(cè)量實(shí)驗(yàn)過(guò)程中能夠避免加熱過(guò)程和冷卻收縮過(guò)程對(duì)擴(kuò)散系數(shù)的影響。但該方法在具體使用時(shí)仍存在很多問(wèn)題：其擴(kuò)散臺(tái)采用的石墨片在高溫下易與某些成分樣品反應(yīng)，從而污染樣品，影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果；采用一層熔接石墨片時(shí)在樣品中間易產(chǎn)生孔洞；爐壁溫度過(guò)高以及無(wú)法準(zhǔn)備判斷樣品是否完全對(duì)接等問(wèn)題，這些問(wèn)題均會(huì)對(duì)實(shí)驗(yàn)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(shù)的不足，提供一種絲桿推進(jìn)式剪切單元法測(cè)量金屬熔體擴(kuò)散的擴(kuò)散樣品制備方法，以期能夠通過(guò)剪切單元法對(duì)金屬熔體擴(kuò)散系數(shù)進(jìn)行精確的測(cè)量，為從事相關(guān)的金屬研究及鑄造提供可靠的依據(jù)。

本發(fā)明是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：

本發(fā)明一種絲桿推進(jìn)式剪切單元法測(cè)量金屬熔體擴(kuò)散的擴(kuò)散樣品的制備方法的特點(diǎn)是：

一種絲桿推進(jìn)式剪切單元法測(cè)量金屬熔體擴(kuò)散的擴(kuò)散樣品制備方法，其特點(diǎn)在于：設(shè)置一種絲桿推進(jìn)式剪切單元法測(cè)量金屬熔體擴(kuò)散的設(shè)備：包括一真空腔體，所述真空腔體內(nèi)設(shè)置一框架，所述框架內(nèi)安裝有擴(kuò)散臺(tái)，所述擴(kuò)散臺(tái)上設(shè)置有對(duì)擴(kuò)散臺(tái)進(jìn)行加熱的加熱器；