一种研究合金快速凝固的简易实验装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术提供一种研究合金快速凝固的简易实验装置，包括实验平台、真空泵、氩气瓶、气体控制装置以及感应熔炼装置；气体控制装置和感应熔炼装置设于实验平台上，真空泵和氩气瓶分别通过各自的通气管和气体控制装置与第三通气管相连通，第三通气管与设于感应熔炼装置内的熔炼接头相连；熔炼接头活动密封连接熔炼冷却装置的熔炼管上端。它利用高频感应加热装置进行实验合金的熔化，最后，通过控制通气阀施加压力，利用差压成型的方式并结合不同的冷却装置实现不同冷却速度的快速凝固实验。具有成本低廉、操作简单，便于推广，能通过连接不同的冷却装置实现不同冷却速度，并能满足不同非晶合金以及非晶复合材料的制备要求。特别适用于实验室进行合金快速凝固的研究。（*该技术在2019年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及一种研究合金快速凝固的简易实验装置，属于实验研究设备。
技术介绍
金属或合金快速凝固指的是在比常规工艺过程中快得多的冷却速度下，以50°C /s 以上的速度从液态转变为固态的过程。由于凝固系统的传热强度及凝固速率对凝固过程及 合金组织有着直接而重要的影响。因此，通过快速凝固得到的金属或合金，可能会出现一系 列特殊的组织结构和性能。 非晶合金是一种在快速凝固实验中被发现并发展起来的新型合金，它是指一种 原子排列是长程无序的合金，其不像晶体材料那样拥有晶界和位错等缺陷。同时，由于 非晶合金中原子的结合是金属键，这使得其同时具备了金属相关的特性。非晶合金所 具有独特的长程无序，短程有序结构，这使得其具有比常规晶态合金更加优异的力学、物 理和化学性能。例如Co43Fe20Ta5. 5B31. 5非晶合金的压縮断裂强度达到了 5185MPa。 Mg54Cu26. 5Ag8. 5Gdl1非晶合金的压縮断裂强度达到了 1000MPa，是普通晶体合金的3 4 倍。非晶合金优异了性能使之成为了材料研究的热点。 快速凝固不仅能够得到非晶合金，而且还可以改变晶态合金的组织结构。例如 Y. Kawamura等人通过快速凝固的方法得到了具有长周期堆砌结构的准晶相的Mg-Zn-Y合 金其拉伸屈服强度达到610MPa，随研究的进一步深入，发现在不同的冷却速度下，应用快速 凝固技术可使Mg-Zn-Y合金中形成18R， 14H， 10H，24R四种不同堆砌结构的长周期准晶相。 同时通过运用不同的工艺，可控制准晶相的体积分数及分布情况，从而达到提高合金的力 学性能的目的。 现有技术中，实现快速凝固的方法主要包括水淬法、铜模浇铸法和差压成型法等。 但是，目前根据文献报道可用于快速凝固的实验装置存在价格昂贵和普及率低的问题，且 仅仅只能以单一的方法来获得较高冷却速度。因而，不利于研究不同冷却方式及冷却速度 对合金性能及组织的影响，也不利于关于合金快速凝固研究工作的开展。
技术实现思路
针对现有技术存在的上述不足，本技术的目的是提供一种结构简单、成本较 低，易于普及推广使用的，并且集空冷法、水淬法、铜模喷铸法和水冷铜模喷铸法于一体的 研究合金快速凝固的简易实验装置。 本技术的目的是这样实现的一种研究合金快速凝固的简易实验装置，其特 征在于，包括实验平台、真空泵、氩气瓶、气体控制装置以及感应熔炼装置；气体控制装置和 感应熔炼装置设于实验平台上，真空泵和氩气瓶分别通过各自的通气管和气体控制装置与 第三通气管相连通，第三通气管与设于感应熔炼装置内的熔炼接头相连；熔炼接头活动密 封连接熔炼冷却装置的熔炼管上端。 进一步，所述熔炼冷却装置由连为一体并且相通的石英玻璃熔炼管和冷却管构3成，使之成为空冷实验装置；冷却管设于熔炼管的底部且端部封口，熔炼管的直径为25 35mm，冷却管的直径为3 8mm。 另外，在熔炼冷却装置的冷却管外设有水槽，可构成水淬实验装置。 再进一步，所述熔炼冷却装置由石英玻璃熔炼管和冷却铜模构成，使之成为铜模 喷铸实验装置；冷却铜模设于石英玻璃熔炼管的底部且端部封口 ；冷却铜模包括模座、铜 模芯和密封圈；石英玻璃熔炼管的底部设有与铜模芯相配合的密封环盖；熔炼管的直径为 25 35mm，冷却管的直径为3 8mm。 同样，所述熔炼冷却装置的冷却铜模外设有水槽，可构成水冷铜模实验装置。 相比现有技术，本技术具有如下优点 1、本技术结构简单，容易装配和更换。采用常规通用的高频感应加热装置和 真空泵等，所用石英玻璃管、真空接头价格低廉，制作方便；有效的降低了快速凝固装置的 制作成本。 2、本技术可实现不同冷却速度的快速凝固实验。通过与石英管或铜模凝固装 置连接可实现空冷法、水淬法、铜模喷铸法或水冷铜模喷铸法等方法的快速凝固，方便于对 合金的快速凝固进行系统的研究。 3、本技术可适用于各种合金的快速凝固实验，具有适用面广的特点。能够制 备不同体系非晶合金以及非晶复合材料的制备(如Mg基、Zr基等)。 4、本技术操作简便。通过控制抽气阀门可进行抽真空，同时通过控制通气阀， 可进行氩气的通入，并可实现加压喷铸。该技术中真空系统体积小，容易实现真空，并 可通过真空表进行直接读数。附图说明图1为本技术研究合金快速凝固的简易实验装置的结构示意图； 图2为石英玻璃管熔炼冷却装置示意图； 图3为铜模熔炼冷却装置示意图； 图4为水槽示意图 图5为普通铸态、水淬法和水冷铜模喷铸法制备得到的Mg71 (Cu。.66Y。.34) 24Zn5合金 的XRD实验结果； 图6为普通铸态、水淬法和水冷铜模喷铸法制备得到的Mg71 (Cu。.66Y。.34) 24Zn5合金 的力学性能测试结果； 图7为普通铸态，挤压态和水冷铜模喷铸法制备得到的ZK60样品的力学性能测试 结果； 图8为水淬法和水冷铜模喷铸法制备得到的Zr65Cu17.5A17.5Ni1Q合金的XRD实验结 果；具体实施方式下面参照附图并结合具体实施例，进一步阐述本技术，应理解的是，这些实施 例是用于说明本技术，而不是对本技术的限制，本技术的保护范围不限于以 下的实施例。 本技术可进行不同冷却速度的快速凝固实验。通过与石英管或铜模凝固装置 连接可实现空冷法、水淬法、铜模喷铸法或水冷铜模喷铸法等方法的快速凝固，方便于对合 金的快速凝固进行系统的研究。具体实施例如下 如图1所示，实施例1 :一种研究合金快速凝固的简易实验装置，包括实验平台1、 真空泵2、氩气瓶3、气体控制装置4以及感应熔炼装置5 ;气体控制装置4和感应熔炼装置 5设于实验平台1上；真空泵2和氩气瓶3分别通过各自的通气管6、7和气体控制装置4相 连，通气管6、7通过气体控制装置4的控制开关与第三通气管8相连，第三通气管8与设于 感应熔炼装置5内的熔炼接头9相连；熔炼接头9用于连接熔炼冷却装置IO，熔炼冷却装 置10的熔炼管上端通过活动密封接头与所述熔炼接头9相连。 如图2所示，所述熔炼冷却装置10由连为一体并且相通的石英玻璃熔炼管11和 冷却管12构成；冷却管12设于熔炼管11的底部且端部封口，熔炼管的直径为25 35mm， 冷却管的直径为3 8mm。该熔炼冷却装置10的熔炼管11上端连接于熔炼接头9上，使之 构成空冷实验装置，该空冷实验装置的冷却速度为< 50K/S。 实施例2 :与实施例1不同的是所述熔炼冷却装置10由石英玻璃熔炼管13和冷 却铜模14构成，参见图3 ;冷却铜模14设于石英玻璃熔炼管13的底部且端部封口 ；冷却 铜模14包括模座15、铜模芯16和密封圈17 ;石英玻璃熔炼管13的底部设有与铜模芯16 相配合的密封环盖18 ;熔炼管的直径为25 35mm，冷却管的直径为3 8mm。该熔炼冷却 装置10的熔炼管13的上端连接于熔炼接头9上，构成铜模冷却实验装置，其冷却速度为 100-200K/S。 实施例3 :在实施例1的基础上，在熔炼冷却装置10的冷却管11外设有水槽19， 参见图4 ;使之构成水淬实验装置。该水淬实验装置的冷却速度为50-100K/S。 实施例4 :在实施例2的基础上，在冷却铜模14外设有水槽19，参见图4 ;使之构 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种研究合金快速凝固的简易实验装置，其特征在于，包括实验平台（１）、真空泵（２）、氩气瓶（３）、气体控制装置（４）以及感应熔炼装置（５）；气体控制装置（４）和感应熔炼装置（５）设于实验平台（１）上，真空泵（２）和氩气瓶（３）分别通过各自的通气管（６、７）和气体控制装置（４）与第三通气管（８）相连通，第三通气管（８）与设于感应熔炼装置（５）内的熔炼接头（９）相连；熔炼接头（９）用于连接熔炼冷却装置（１０），熔炼冷却装置（１０）的熔炼管上端通过活动密封接头与所述熔炼接头（９）相连。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：王敬丰，潘复生，陈先华，吴夏，张丁非，
申请(专利权)人：重庆大学，
类型：实用新型
国别省市：85[中国|重庆]