一种基于多场耦合下提高材料润湿性的装置及方法制造方法及图纸

一种基于多场耦合下提高材料润湿性的装置及方法，包括操作平台、放置在操作平台上的真空炉、高压电源控制箱、超声辅助装置、电场辅助装置和磁场辅助装置，在真空炉一侧的台架上设有导轨立柱，其上端设有可移动横梁，超声波换能器固定在横梁上，超声波变压杆经波纹管伸进真空炉内，电场辅助装置设在超声波变压杆下，试样放置在绝缘陶瓷板上并通过挡块定位，在真空炉内侧还设置有磁场电源线圈，施加电流后产生可变的磁场。本发明专利技术可以使试样在超声波振动载荷、电场、磁场的共同辅助下进行润湿，解决了现有外加辅助设备施加方式单一、超声波施加方式存在功率损失大、单一辅助能改善试样润湿性作用不明显等问题。

Device and method for improving wettability of materials based on multi field coupling

A device and method for improving the wettability of the material of the multi field coupling based on the operating platform, including high voltage power vacuum furnace, placed on the operating platform of the control box, ultrasonic equipment, electric auxiliary device and magnetic auxiliary device, the guide rail is arranged in the column bench vacuum furnace on one side of the upper end is provided with a movable the beam, the ultrasonic transducer is fixed on the beam, ultrasonic pressure swing rod through the corrugated pipe into the vacuum furnace, electric auxiliary device in ultrasonic pressure rod, the sample placing block position and through the insulating ceramic plate, in the vacuum furnace side is provided with the magnetic field coil current is applied to produce power, variable magnetic field. The invention can make samples in ultrasonic vibration assisted wet joint load, electric field, magnetic field, solve the existing external auxiliary equipment applied to single mode, ultrasonic waves are large power loss, a single sample can improve the wettability of the auxiliary function gettingobvious question.

【技术实现步骤摘要】
一种基于多场耦合下提高材料润湿性的装置及方法
本专利技术涉及一种材料润湿装置，属于材料性能测试
，主要涉及一种基于多场耦合下提高材料润湿性的装置及方法。
技术介绍
润湿性不仅是评价钎焊焊点质量的关键因素，也是复合材料界面结合评定的关键指标。良好的润湿性是获得具有高可靠性钎焊焊点的前提，传统提高钎料的润湿性主要是通过外加钎剂的方法，利用钎剂的化学反应除去材料表面的氧化膜，从而达到降低材料表面张力的目的，但是钎剂具有腐蚀性，焊件在服役过程中焊接头的使用性能会大幅度降低；在复合材料方面，如要将增强相加入基体中，必须保证增强相和基体能够润湿，对于复合材料来说主要是利用合金元素在固液界面发生反应形成界面反应物来提高材料的润湿性。除此之外也可利用外加辅助能量来提高材料的润湿性，目前应用较多的主要有超声波和静电场，有研究者在纳米CeO2p/Zn-4.5%Al-RE-Mg-Ti复合材料的高能超声制备中发现，高能超声作用能够改善界面的润湿性，使纳米CeO2粒子能够进入到ZA熔体中，这是因为超声波振动辅助下会产生“声空化”作用和“声涡流”作用，可以破碎固体表面的氧化膜，提高液态金属润湿性；有研究表明在静电场作用下钎料润湿过程中，Cu原子的扩散可使钎料铺展面积提高20%、润湿角减小20.4%，这是因为电场可以通过降低元素之间的扩散激活能、促进界面的空位扩散和元素之间的固溶等机制，促进了界面处各元素之间的扩散、界面结合层的形成，降低了界面张力，增强了界面附着功，从而改善了润湿性；也有人研究了凝固过程中外场对流动控制的研究，发现旋转磁场作用能显著提高合金的润湿性，而且能消除宏观偏析，碎断和细化枝晶；而对于外加磁场提高材料表面润湿性也有一定的报道，有研究发现在强磁场作用下富Zn液相在Fe-6.5wt％Si双晶晶界（36.9°和45°晶界）与固/液界面相交处的晶界润湿行为特征如下：润湿角明显的减小，润湿性得到明显的提高。以上方法都可以改善材料润湿性，但是只单独施加超声波辅助、静电场辅助或磁场辅助，都仅能在有限范围内提高润湿性，将超声振动-电场-磁场共同作用以期改善润湿性的研究或应用还未见报道。本专利技术的目的是提供一种能同时施加超声振动载荷、高压静电场以及可变磁场的提高材料润湿性的装置及方法，可用于研究在超声振动载荷-电场-磁场复合场作用下润湿性试验，有助于研究出提高材料润湿性的新技术、新工艺，对探寻和发展材料的制备技术都有十分重要的意义。
技术实现思路
为解决上述技术问题，本专利技术提供的是一种基于多场耦合下提高材料润湿性的装置及方法，解决了现有外加辅助设备施加方式单一、超声波施加方式存在功率损失大、单一辅助能改善试样润湿性作用不明显等问题。本专利技术所采用的技术方案是：一种基于多场耦合下提高材料润湿性的装置及方法，包括以下步骤：步骤一：将需要复合的试样A、试样B的表面分别用砂纸或磨削设备去掉毛刺，打磨光洁，然后将试样A、B放入超声波清洗机内，加酒精或丙酮进行清洗，清洗次数为3~5次，每次清洗时间为15~20min，清洗完毕去除试样表面的油污及氧化物杂质后，取出晾干后备用，同时将钎料C制成厚度为0.05~1mm的薄片，备用；步骤二：打开真空炉炉门，将试样A和试样B叠放在上、下电极板之间的铜板上，并在试样A和试样B之间放置1片或多片钎料C，然后用挡块将铜板调整到合适位置并固定在绝缘润湿性工作台上，滑动横梁使其在导轨立柱上移动，调整横梁位置直至超声波振动子与试样相接触；步骤三：关闭真空炉炉门，并对真空炉进行抽真空处理，待真空度达到8×10-3~10×10-3Pa后，开启加热装置的电源，将真空炉以10~15℃/min的速率升温至所需钎焊温度；步骤四：开启超声辅助装置、电场辅助装置、磁场辅助装置的电源，并设定超声频率为20~40kHz、功率为0~1kW，电场强度为2~2.5kV/cm，磁场强度为0~1T，超声辅助作用时间达到40~45s时关闭超声辅助装置的电源，电场辅助作用时间达到60~65s时关闭电场辅助装置的电源，磁场辅助作用时间达到240~250s时关闭磁场辅助装置的电源；步骤五：关闭真空泵阀门，并用放电棒将上电极板、下电极板以及高压电源内部的电荷释放完全，再以5~6℃/min的速率将真空炉降至室温，然后打开炉门，升起超声波变压杆，取出试样。一种基于多场耦合下提高材料润湿性的装置，包括操作平台、放置在操作平台上的真空炉、位于操作平台一侧的高压电源控制箱和对试样施加辅助能量的超声辅助装置、电场辅助装置、磁场辅助装置，所述的真空炉上设有热电偶接口，热电偶从热电偶接口伸入真空炉内；所述的超声辅助装置包括导轨立柱和固定在导轨立柱上且可在导轨立柱上滑动的横梁，在横梁上远离导轨立柱的一端连接有超声波发生装置，所述超声波发生装置包括实现从声能转换为机械能的超声波换能器、提供大功率高频交流电流并驱动超声波换能器工作的超声波发生器、将机械振动的质点位移或速度放大并把超声能量集中在较小面积上的超声波变压杆和将超声波变压杆上的能量传递到试样上的超声波振动子，所述超声波变压杆的一端与超声波换能器连接，另一端与伸进真空炉内的超声波振动子连接；所述的电场辅助装置设在真空炉内且位于超声波振动子下方，包括电场电源、沿水平方向平行间隔设置的上电极板和下电极板，所述的上电极板和下电极板上还设有与真空炉外部的高压电源控制箱连接的电极引线，所述的电极引线外面套设有与真空炉炉壁绝缘的陶瓷套管，所述的上电极板通过绝缘陶瓷支柱支撑在绝缘平台上，所述的下电极板的下方设置有位于绝缘平台上的绝缘陶瓷板，上方设置有用于放置试样的绝缘润湿性工作台，所述的绝缘润湿性工作台的台面上设有用于放置润湿的钎料的铜板和用于固定铜板位置的挡块；所述的磁场辅助装置设置在真空炉内，包括磁场电源线圈和磁场电源，所述的磁场电源线圈为两个，通过支架分别设在电场辅助装置的两侧，所述的磁场电源通过导线给磁场电源线圈输出交流电，并产生可变的磁场。作为优选方案，所述的超声波发生装置还包括由钛合金制成的超声波聚能器，所述的超声波聚能器和超声波换能器形成组合体通过螺纹固定在超声波变压杆上。作为优选方案，在所述的超声波变压杆指向真空炉的一端通过高温胶连接有一段绝缘陶瓷柱，所述的绝缘陶瓷柱通过金属波纹管和法兰固定在真空炉炉腔上。作为优选方案，所述的超声振动子的一端通过螺纹与绝缘陶瓷柱连接，另一端与试样接触后传递超声负载。作为优选方案，所述的超声波发生器的频率和功率为可调的，且功率为0～1000W，振动频率为20～40kHz。作为优选方案，所述的上电极板和下极板的间距为5～7mm，电场电源的电压为10kv～15kv。作为优选方案，所述的上电极板和下电极板均为由304不锈钢制成的带有接线柱的圆形平板，所述的绝缘润湿性工作台、绝缘陶瓷板和绝缘平台均为由氮化硅陶瓷制成的圆形板，所述的绝缘陶瓷支柱由氮化硅陶瓷制成。作为优选方案，所述磁场电源线圈的匝数为1000～1500匝，磁场电源的输出电压的范围为0～1500V，磁场强度为0～1T。作为优选方案，所述的电场电源可以提供正直流高压、负直流高压、交流高压和脉冲高压，具有正直流高压输出端、负直流高压输出端、交流高压输出端、正直流脉冲高压输出端以及接地端。本专利技术的有益效果是：其一、本专利技术首次本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于多场耦合下提高材料润湿性的方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一：将需要复合的试样A、试样B的表面分别用砂纸或磨削设备去掉毛刺，打磨光洁，然后将试样A、B放入超声波清洗机内，加酒精或丙酮进行清洗，清洗次数为3~5次，每次清洗时间为15~20min，清洗完毕去除试样表面的油污及氧化物杂质后，取出晾干备用，同时将钎料C制成厚度为0.05~1mm的薄片，备用；步骤二：打开真空炉炉门，将试样A和试样B叠放在上、下电极板之间的铜板上，并在试样A和试样B之间放置1片或多片钎料C，然后用挡块将铜板调整到合适位置并固定在绝缘润湿性工作台上，滑动横梁使其在导轨立柱上移动，调整横梁位置直至超声波振动子与试样相接触；步骤三：关闭真空炉炉门，并对真空炉进行抽真空处理，待真空度达到8×10

【技术特征摘要】
1.一种基于多场耦合下提高材料润湿性的方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一：将需要复合的试样A、试样B的表面分别用砂纸或磨削设备去掉毛刺，打磨光洁，然后将试样A、B放入超声波清洗机内，加酒精或丙酮进行清洗，清洗次数为3~5次，每次清洗时间为15~20min，清洗完毕去除试样表面的油污及氧化物杂质后，取出晾干备用，同时将钎料C制成厚度为0.05~1mm的薄片，备用；步骤二：打开真空炉炉门，将试样A和试样B叠放在上、下电极板之间的铜板上，并在试样A和试样B之间放置1片或多片钎料C，然后用挡块将铜板调整到合适位置并固定在绝缘润湿性工作台上，滑动横梁使其在导轨立柱上移动，调整横梁位置直至超声波振动子与试样相接触；步骤三：关闭真空炉炉门，并对真空炉进行抽真空处理，待真空度达到8×10-3~10×10-3Pa后，开启加热装置的电源，将真空炉以10~15℃/min的速率升温至所需钎焊温度；步骤四：开启超声辅助装置、电场辅助装置、磁场辅助装置的电源，并设定超声频率为20~40kHz、功率为0~1kW，电场强度为2~2.5kV/cm，磁场强度为0~1T，待超声辅助作用时间达到40~45s时关闭超声辅助装置的电源，电场辅助作用时间达到60~65s时关闭电场辅助装置的电源，磁场辅助作用时间达到240~250s时关闭磁场辅助装置的电源；步骤五：关闭真空泵阀门，并用放电棒将上电极板、下电极板以及高压电源内部的电荷释放完全，再以5~6℃/min的速率将真空炉降至室温，然后打开炉门，升起超声波变压杆，取出试样。2.一种基于多场耦合下提高材料润湿性的装置，其特征在于，包括操作平台（1）、放置在操作平台上的真空炉（2）、位于操作平台一侧的高压电源控制箱（19）和对试样施加辅助能量的超声辅助装置、电场辅助装置、磁场辅助装置，所述的真空炉（2）上设有热电偶接口，热电偶（16）从热电偶接口伸入真空炉（2）内；所述的超声辅助装置包括导轨立柱（12）和固定在导轨立柱上且可在导轨立柱上滑动的横梁（11），在横梁上远离导轨立柱的一端连接有超声波发生装置，所述超声波发生装置包括实现从声能转换为机械能的超声波换能器（10）、提供大功率高频交流电流并驱动超声波换能器工作的超声波发生器、将机械振动的质点位移或速度放大并把超声能量集中在较小面积上的超声波变压杆（9）和将超声波变压杆上的能量传递到试样上的超声波振动子，所述超声波变压杆（9）的一端与超声波换能器（10）连接，另一端与伸进真空炉内的超声波振动子连接；所述的电场辅助装置设在真空炉内且位于超声波振动子下方，包括外加电源、沿水平方向平行间隔设置的上电极板（14）和下电极板（5），所述的上电极板（14）和下电极板（5）上...

【专利技术属性】
技术研发人员：张柯柯，赵迪，马宁，崔建国，石红信，赵恺，刘琦，吴秀枫，覃燕如，
申请(专利权)人：河南科技大学，
类型：发明
国别省市：河南,41