一种袖珍式多功能合金凝固热台及使用方法

技术领域

本发明涉及实验教学设备技术领域，特别是指一种袖珍式多功能合金凝固热台及使用方法。

背景技术

凝固微观组织是连接合金成分与性能的桥梁，准确认识和把握合金凝固微观组织的形成机理、主导因素与控制途径，有利于精确控制和设计材料组织结构以提高材料的综合性能，对合金性能的提升具有重要的工程指导意义。金属合金的凝固组织决定着合金铸件的力学性能以及后续加工过程。凝固组织的形成受到许多因素的影响，包括温度、冷速、合金成分、环境压力、气氛条件以及电场和磁场等。由于凝固设备的限制，大多数凝固实验都集中在温度、冷速和合金成分的控制上，很难施加电场或者磁场来对凝固组织的形成进行调控，这就限制了开发具有更优性能的合金的可能性。

发明内容

本发明提出一种袖珍式多功能合金凝固热台及使用方法，解决了现有技术中凝固实验无法施加电场或磁场进行调控的问题。

本发明的技术方案是这样实现的：

一种袖珍式多功能合金凝固热台，包括热台主体和热台密封盖，热台主体内部设有实验腔，热台主体一侧设有开口，热台密封盖与热台主体的开口配合连接，实验腔内设有电场组件、磁场组件、测温组件、调温组件和样片夹持组件，样片夹持组件位于实验腔中心，电场组件、磁场组件、测温组件和调温组件均分布在样片夹持组件四周，实验腔内设有多种实验条件调控组件，可以对凝固影响条件进行多样化调控，方便观察各种条件对合金的凝固影响。

所述的热台密封盖中心设有通光孔Ⅰ，热台主体上设有通光孔Ⅱ，通光孔Ⅰ与通光孔Ⅱ相对应，通光孔方便X射线穿过并且便于对样片的观察。

所述的电场组件包括电极座和电极片，电极座对称设置在实验腔两侧，电极片与电极座活动连接，电极座与电极座插口连接，电极座插口设置在热台主体上，磁场组件包括线圈，线圈对称设置在实验腔两侧，电极片与样片或线圈连接，电极片与样片连接对样片施加电场，或电极片与线圈连接对样片施加磁场。

所述的样片夹持组件包括样片台和样片夹片，样片台位于实验腔中心，样片夹片对称设置在样片台两侧，样片置于样片台上，样片夹片固定样片。

所述的测温组件包括热电偶，热电偶贴附在样片台上并与热电偶插口连接，热电偶插口设置在热台主体上，热电偶实时测量样片温度。

所述的调温组件包括加热丝和冷却管道，加热丝铺设在样片台内部并从样片台内引出与加热丝插口连接，冷却管道包括热台冷却管道和密封盖冷却管道，热台冷却管道环设在热台主体内壁上，密封盖冷却管道环设在热台密封盖内壁上，冷却管道通入冷水降温。

所述的热台主体外部设有进水口和出水口，热台主体的进水口和出水口分别与热台冷却管道相连通，热台密封盖外部设有进水口和出水口，热台密封盖的进水口和出水口分别与密封盖冷却管道相连通。

所述的热台主体外部设有进气口和出气口，进气口和出气口对称布置，进气口和出气口分别与实验腔相连通，可以对实验腔内通入惰性气体。

所述合金凝固热台使用方法的步骤如下：

步骤一，打开热台密封盖，将样片用样片夹片夹设在样片台上，并将热电偶贴附在样片台上，电极片与样片或线圈连接；

步骤二，关上热台密封盖；

步骤三，从进气口向实验腔内通入惰性气体，从出气口排出实验腔内的空气；

步骤四，X射线从通光孔Ⅰ射入照射样片，然后从通光孔Ⅱ射出；

步骤五，通过电极座插口接入电流，电极片与样片连接对样片施加电场，或电极片与线圈连接对样片施加磁场；

步骤六，通过加热丝插口接入电流，加热丝对样片加热使样片升温，通过冷却管道通入冷水循环对样片进行降温，通过热电偶与热电偶插口连接测量样片温度。

本发明产生的有益效果是：实验腔内设有多种实验条件调控组件，可以对凝固影响条件进行多样化调控，方便观察各种条件对合金的凝固影响；对样片施加电场和施加磁场的切换，方便快速；实验腔内设有热电偶，便于对温度的精准控制；本发明使得合金的凝固实验在电场或者磁场的调控下的微观组织演化过程得以观测。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明袖珍式多功能合金凝固热台主体正视图。

图2为本发明合金凝固热台密封盖正视图。

图3为本发明合金凝固热台侧视图。

图4为本发明样片正视图。

图5为本发明样片侧视图。

图中：1-热台支架，2-热台主体，3-热台进水口Ⅰ，4-热台冷却管道，5-热电偶，6-进气口，7-加热丝，8-线圈，9-样片夹片，10-热台出水口Ⅰ，11-电极座，12-热台进水口Ⅱ，13-电极片，14-样片台，15-出气口，16-热台出水口Ⅱ，17-实验腔，18-热台密封盖，19-密封盖出水口Ⅰ，20-密封盖进水口Ⅰ，21-密封盖出水口Ⅱ，22-密封盖冷却管道，23-通光孔Ⅰ，24-密封盖进水口Ⅱ，25-电极座插口，26-通光孔Ⅱ，27-加热丝插口，28-热电偶插口，29-螺栓，30-样片，31-大陶瓷片，32-无机耐高温胶，33-合金试样，34-小陶瓷片。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1，如图1、图2和图3所示，一种袖珍式多功能合金凝固热台，包括热台主体2和热台密封盖18，热台主体2设置在热台支架1上，热台支架1支撑固定热台主体2，热台主体2内部设有实验腔17，热台主体2一侧设有开口，热台密封盖18与热台主体2的开口通过螺栓29配合连接，螺栓29穿过热台密封盖18固定在热台主体2上，所述螺栓29的数量为4个且均匀分布在热台密封盖18侧边上，热台密封盖18与热台主体2连接处设有密封圈保证实验腔17的密封性，实验腔17内设有电场组件、磁场组件、测温组件、调温组件和样片夹持组件，样片夹持组件固定样片30，调温组件对样片30进行加热和冷却，测温组件测量监控样片30的温度，电场组件对样片30施加电场，磁场组件对样片30施加磁场，封闭的实验腔17内可通入惰性气体减小空气对合金凝固的影响。

进一步，所述的热台密封盖18设有通光孔Ⅰ23，通光孔Ⅰ23位于热台密封盖18中心且通光孔Ⅰ23为矩形，热台主体2上设有通光孔Ⅱ26，通光孔Ⅱ26位于热台主体2中心且通光孔Ⅱ26为矩形，通光孔Ⅰ23与通光孔Ⅱ26相对应，通光孔Ⅰ23和通光孔Ⅱ26位于同一水平高度上，通光孔Ⅰ23和通光孔Ⅱ26分布在样片台14左右两侧，通光孔Ⅰ23和通光孔Ⅱ26方便X射线穿过并且便于对样片30的观察。

进一步，所述的电场组件包括电极座11和电极片13，电极座11的数量有两个且对称设置在实验腔17上下两侧，电极片13与电极座11活动连接，电极座11与电极座插口25连接，电极座插口25位于热台主体2的侧壁上，磁场组件包括线圈8，线圈8的数量有两个且对称设置在实验腔17上下两侧，两个线圈8的一头均固定在实验腔17的一侧，另一头用导线串联起来，且线圈8位于电极片13附近，使电极片13转动一定角度可以与线圈8连接，电极片13与样片30或线圈8连接，电极片13与样片30连接时对样片30施加电场，样片30内的合金试样33的凝固行为将受到电场的调控，转动电极片13，电极片13与线圈8连接时对样片30施加磁场，样片30内的合金试样33的凝固行为将受到磁场的调控。

进一步，所述的样片夹持组件包括样片台14和样片夹片9，样片台14位于实验腔17中心，样片夹片9的数量有两个且对称设置在样片台14上下两侧，样片夹片9夹紧样片30。

进一步，所述的测温组件包括热电偶5，热电偶5贴附在样片台14上并与热电偶插口28连接，热电偶插口28位于热台主体2的侧壁上，热电偶5测量样片30实时温度。

进一步，所述的调温组件包括加热丝7和冷却管道，加热丝7铺设在样片台14内部并从样片台14内引出与加热丝插口27连接，加热丝插口27位于热台主体2的侧壁上，优选的，加热丝7为白金丝，加热丝7通入电流对样片30加热，热台主体2内壁环设有热台冷却管道4，热台密封盖18内壁环设有密封盖冷却管道22，冷却管道通入冷水对样片30降温，热台主体2外部设有热台进水口Ⅰ3、热台进水口Ⅱ12和热台出水口Ⅰ10、热台出水口Ⅱ16，热台进水口与出水口交错布置，热台进水口Ⅰ3、热台进水口Ⅱ12、热台出水口Ⅰ10和热台出水口Ⅱ16分别与热台冷却管道4相连通，热台密封盖18外部设有密封盖进水口Ⅰ20、密封盖进水口Ⅱ24、密封盖出水口Ⅰ19和密封盖出水口Ⅱ21，热台密封盖18的进水口和出水口交错布置，密封盖进水口Ⅰ20、密封盖进水口Ⅱ24、密封盖出水口Ⅰ19和密封盖出水口Ⅱ21分别与密封盖冷却管道22相连通。

进一步，所述的热台主体2外部设有进气口6和出气口15，进气口6和出气口15对称布置在热台主体2外部左右两侧，进气口6和出气口15分别与实验腔17相连通，可以从进气口6充入惰性气体，将空气从出气口15排出，使实验腔17内充满惰性气体减小空气对样片30凝固实验的影响。

如图4、图5所示，所述样片30包括大绝缘陶瓷片31、小绝缘陶瓷片34、无机耐高温胶32和合金试样33，合金试样33由大陶瓷片31和小陶瓷片34压住并露出一部分，电极片13可以与合金试样33露出部分连接对样片试样33施加电场，用无机耐高温胶32涂抹于样片30四周对合金试样33进行密封。

实施例2，一种袖珍式多功能合金凝固热台使用方法的步骤如下：

步骤一，打开热台密封盖18，将样片30用样片夹片9夹设在样片台14上，样片夹片9与大绝缘陶瓷片31接触，并将热电偶5贴附在样片台14上，电极片13与合金试样33或线圈8连接；

步骤二，关上热台密封盖18；

步骤三，从进气口6向实验腔17内通入惰性气体，从出气口15排出实验腔17内的空气；

步骤四，X射线从通光孔Ⅰ23射入照射样片30，然后从通光孔Ⅱ26射出；

步骤五，通过电极座插口25接入电流，电极片13与样片30的合金试样33连接对样片30施加电场，电极片13与线圈8连接对样片30施加磁场；

步骤六，通过加热丝插口27接入电流，对样片30加热使样片30升温，通过冷却管道通入冷水循环对样片30进行降温，通过热电偶5与热电偶插口28连接测量样片30温度。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。