【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于合金冶炼，特别涉及一种稀土单晶合金和陶瓷高通量界面反应装置及方法。
技术介绍
1、稀土元素改性的单晶高温合金在铸造过程中，稀土元素改性的单晶高温合金与坩埚、型芯、型壳的陶瓷界面会有一系列的物料和化学界面反应。界面反应与稀土元素含量、工艺温度、气氛(真空、氩气、氢气）有关，制备完成的稀土元素改性的单晶高温合金与热障涂层同样也有界面反应。
2、研究界面材料的反应条件和演变规律，深刻认识稀土等活性元素的迁移规律和相互协同关系，认清稀土和陶瓷界面的反应机理，可以为优化单晶高温合金成分设计和提高使役性能奠定坚实的科学依据和理论支撑。因此,设计一种稀土单晶合金和陶瓷高通量界面反应装置是很有必要的。
技术实现思路
1、针对上述问题，本专利技术的目的在于提供一种稀土单晶合金和陶瓷高通量界面反应装置及方法。
2、为了实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案：
3、本专利技术一方面提供一种稀土单晶合金和陶瓷高通量界面反应装置，包括气氛环境制备系统、氩弧焊机器人系统ⅰ、氩弧焊机器人系统ⅱ、搬运机器人系统、温控焊接胎具及多孔陶瓷板组件，其中气氛环境制备系统用于提供焊接工艺环境，搬运机器人系统用于多孔陶瓷板组件的搬运，温控焊接胎具用于承载多孔陶瓷板组件且控制合金冷却温度，多孔陶瓷板组件具有多种反应界面，氩弧焊机器人系统ⅰ和氩弧焊机器人系统ⅱ协调作业在多孔陶瓷板组件上实施连续堆焊，形成稀土改性单晶合金。
4、在一种可能实现的方式中，所述多孔陶瓷板组
5、在一种可能实现的方式中，各所述长腰孔的侧壁涂覆无机填料组分不同的涂料，通过烧结形成多种材质和表面状态的所述陶瓷表面反应层。
6、在一种可能实现的方式中，所述氩弧焊机器人系统ⅰ和所述氩弧焊机器人系统ⅱ分别通过高温母合金焊丝ⅰ和复合材料焊丝进行堆焊，其中复合材料焊丝材料为包含有稀土元素的高温母合金，高温母合金焊丝ⅰ和复合材料焊丝在所述陶瓷板的长腰孔内形成含有稀土元素的高温合金熔池。
7、在一种可能实现的方式中，所述复合材料焊丝包括高温母合金焊丝ⅱ和稀土合金箔丝带，其中稀土合金箔丝带呈螺旋状缠绕于高温母合金焊丝ⅱ的外侧，且相对高温母合金焊丝ⅱ固定。
8、在一种可能实现的方式中，所述氩弧焊机器人系统ⅰ包括工业机器人ⅰ及设置于工业机器人ⅰ执行末端的焊枪ⅰ；
9、所述氩弧焊机器人系统ⅱ包括工业机器人ⅱ及设置于工业机器人ⅱ执行末端的焊枪ⅱ；
10、所述搬运机器人系统包括工业机器人ⅲ及设置于工业机器人ⅲ执行末端的搬运末端执行器，其中搬运末端执行器为叉形结构，用于叉取所述多孔陶瓷板组件。
11、在一种可能实现的方式中，所述温控焊接胎具包括变位机及设置于变位机上的温控台，变位机用于控制温控台旋转，温控台用于提供冷却温度。
12、本专利技术另一方面提供一种稀土单晶合金和陶瓷高通量界面反应方法，通过如上所述的稀土单晶合金和陶瓷高通量界面反应装置实现，该方法包括以下步骤：
13、步骤s1：通过气氛环境制备系统将空气氛围改为焊接工艺气氛环境；
14、步骤s2：搬运机器人系统将多孔陶瓷板组件放置在温控焊接胎具上；
15、步骤s3：氩弧焊机器人系统ⅰ和氩弧焊机器人系统ⅱ分别通过高温母合金焊丝ⅰ和复合材料焊丝在陶瓷板上的一长腰孔内进行堆焊，形成含有稀土元素的高温合金熔池，含有稀土元素的高温合金熔池从长腰孔的一端向另一端持续生长；同时通过温控焊接胎具提供冷却固化温度，形成稀土改性单晶合金；
16、步骤s4：完成陶瓷板上的所有长腰孔内的连续堆焊，各长腰孔内侧的不同反应特性的陶瓷表面反应层会与含有稀土元素的高温合金熔池反应，获得多个不同金属特性的稀土改性单晶合金；
17、步骤s5：搬运机器人系统将多孔陶瓷板组件及其上的多个稀土改性单晶合金一同搬运脱离温控焊接胎具；
18、步骤s6：气氛环境制备系统将焊接气氛更换为正常空气氛围，将陶瓷板与折弯板分离，将多个条形的稀土改性单晶合金取出。
19、在一种可能实现的方式中，通过控制氩弧焊机器人系统ⅰ和氩弧焊机器人系统ⅱ的送丝速度，使稀土改性单晶合金内的稀土元素的质量百分比梯度渐变。
20、在一种可能实现的方式中，对获得的所述稀土改性单晶合金进行梯度渐变稀土含量单晶合金与陶瓷界面测试分析；
21、将获得的所述稀土改性单晶合金做热障涂层工艺，再进行梯度渐变稀土含量单晶合金与热障涂层界面测试分析。
22、本专利技术的优点及有益效果是：本专利技术提供的一种稀土单晶合金和陶瓷高通量界面反应装置及方法，通过不同反应界面高通量获得不同材料特性的稀土改性单晶合金，以研究界面材料的反应条件和演变规律，了解稀土等活性元素的迁移规律和相互协同关系，获得稀土和陶瓷界面的反应机理。
23、本专利技术高通量分析效率高，自动化程度高，出错概率小，人工参与少，污染少。
24、本专利技术的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本专利技术而了解。本专利技术的目的和其他优点可通过在所写的说明书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
25、下面通过附图和实施例，对本专利技术的技术方案做进一步的详细描述。
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1.一种稀土单晶合金和陶瓷高通量界面反应装置，其特征在于，包括气氛环境制备系统（1）、氩弧焊机器人系统Ⅰ（2）、氩弧焊机器人系统Ⅱ（3）、搬运机器人系统（4）、温控焊接胎具（5）及多孔陶瓷板组件，其中气氛环境制备系统（1）用于提供焊接工艺环境，搬运机器人系统（4）用于多孔陶瓷板组件的搬运，温控焊接胎具（5）用于承载多孔陶瓷板组件且控制合金冷却温度，多孔陶瓷板组件具有多种反应界面，氩弧焊机器人系统Ⅰ（2）和氩弧焊机器人系统Ⅱ（3）协调作业在多孔陶瓷板组件上实施连续堆焊，形成稀土改性单晶合金（12）。
2.根据权利要求1所述的稀土单晶合金和陶瓷高通量界面反应装置，其特征在于，所述多孔陶瓷板组件包括折弯板（11）和放置于折弯板（11）上的陶瓷板（6），其中折弯板（11）的材质采用单晶母合金；陶瓷板（6）上设有多个用作坩埚侧壁的长腰孔（601），各长腰孔（601）的侧壁具有不同反应特性的陶瓷表面反应层。
3.根据权利要求2所述的稀土单晶合金和陶瓷高通量界面反应装置，其特征在于，各所述长腰孔（601）的侧壁涂覆无机填料组分不同的涂料，通过烧结形成多种材质和表面状态的
4.根据权利要求2所述的稀土单晶合金和陶瓷高通量界面反应装置，其特征在于，所述氩弧焊机器人系统Ⅰ（2）和所述氩弧焊机器人系统Ⅱ（3）分别通过高温母合金焊丝Ⅰ（7）和复合材料焊丝（8）进行堆焊，其中复合材料焊丝（8）材料为包含有稀土元素的高温母合金，高温母合金焊丝Ⅰ（7）和复合材料焊丝（8）在所述陶瓷板（6）的长腰孔（601）内形成含有稀土元素的高温合金熔池（9）。
5.根据权利要求4所述的稀土单晶合金和陶瓷高通量界面反应装置，其特征在于，所述复合材料焊丝（8）包括高温母合金焊丝Ⅱ（801）和稀土合金箔丝带（802），其中稀土合金箔丝带（802）呈螺旋状缠绕于高温母合金焊丝Ⅱ（801）的外侧，且相对高温母合金焊丝Ⅱ（801）固定。
6.根据权利要求4所述的稀土单晶合金和陶瓷高通量界面反应装置，其特征在于，所述氩弧焊机器人系统Ⅰ（2）包括工业机器人Ⅰ（202）及设置于工业机器人Ⅰ（202）执行末端的焊枪Ⅰ（201）；
7.根据权利要求2所述的稀土单晶合金和陶瓷高通量界面反应装置，其特征在于，所述温控焊接胎具（5）包括变位机（501）及设置于变位机（501）上的温控台（502），变位机（501）用于控制温控台（502）旋转，温控台（502）用于提供冷却温度。
8.一种稀土单晶合金和陶瓷高通量界面反应方法，其特征在于，通过如权利要求5所述的稀土单晶合金和陶瓷高通量界面反应装置实现，该方法包括以下步骤：
9.根据权利要求8所述的稀土单晶合金和陶瓷高通量界面反应方法，其特征在于，通过控制氩弧焊机器人系统Ⅰ（2）和氩弧焊机器人系统Ⅱ（3）的送丝速度，使稀土改性单晶合金（12）内的稀土元素的质量百分比梯度渐变。
10.根据权利要求9所述的稀土单晶合金和陶瓷高通量界面反应方法，其特征在于，对获得的所述稀土改性单晶合金（12）进行梯度渐变稀土含量单晶合金与陶瓷界面测试分析；
...【技术特征摘要】
1.一种稀土单晶合金和陶瓷高通量界面反应装置，其特征在于，包括气氛环境制备系统（1）、氩弧焊机器人系统ⅰ（2）、氩弧焊机器人系统ⅱ（3）、搬运机器人系统（4）、温控焊接胎具（5）及多孔陶瓷板组件，其中气氛环境制备系统（1）用于提供焊接工艺环境，搬运机器人系统（4）用于多孔陶瓷板组件的搬运，温控焊接胎具（5）用于承载多孔陶瓷板组件且控制合金冷却温度，多孔陶瓷板组件具有多种反应界面，氩弧焊机器人系统ⅰ（2）和氩弧焊机器人系统ⅱ（3）协调作业在多孔陶瓷板组件上实施连续堆焊，形成稀土改性单晶合金（12）。
2.根据权利要求1所述的稀土单晶合金和陶瓷高通量界面反应装置，其特征在于，所述多孔陶瓷板组件包括折弯板（11）和放置于折弯板（11）上的陶瓷板（6），其中折弯板（11）的材质采用单晶母合金；陶瓷板（6）上设有多个用作坩埚侧壁的长腰孔（601），各长腰孔（601）的侧壁具有不同反应特性的陶瓷表面反应层。
3.根据权利要求2所述的稀土单晶合金和陶瓷高通量界面反应装置，其特征在于，各所述长腰孔（601）的侧壁涂覆无机填料组分不同的涂料，通过烧结形成多种材质和表面状态的所述陶瓷表面反应层。
4.根据权利要求2所述的稀土单晶合金和陶瓷高通量界面反应装置，其特征在于，所述氩弧焊机器人系统ⅰ（2）和所述氩弧焊机器人系统ⅱ（3）分别通过高温母合金焊丝ⅰ（7）和复合材料焊丝（8）进行堆焊，其中复合材料焊丝（8）材料为包含有稀土元素的高温母合金，高温母合金焊丝ⅰ（7）和复合材料焊丝（8）在所述陶瓷板（6）的长...
【专利技术属性】
技术研发人员：张尚洲，张丽敏，周兵，吴冲冲，周鑫，张华，朱维金，
申请(专利权)人：烟台大学，
类型：发明
国别省市：
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