CN101839846A - 高分辨率高温金相组织分析仪 - Google Patents

Abstract

本发明涉及金相显微镜技术领域，具体地说是一种高分辨率高温金相组织分析仪，包括装有数码摄像装置的金相显微镜、热台、视窗的冷却水循环系统、温台上封盖的冷却水循环系统、内嵌有图像分析系统的微机，其特征在于：数码摄像装置的信号输出端连接微机的图像信号输入端，热台的外壁上分别设有冷却水进水口、液氮冷却口、真空接口、加热电源接口、热电偶接口、冷却水出水口、预留功能接口。本发明同现有技术相比，冷却速度与加热速度可以数值表现，能够更直观更方便的控制，可智能控制冷却水的流速；本装置热台内部真空度可达10^-3帕，可防止高温下金属试样的氧化；本装置预留功能口接口，极大的增加了高温金相显微镜的应用范围。

Description

高分辨率高温金相组织分析仪

[技术领域]

本发明涉及金相显微镜技术领域，具体地说是一种高分辨率高温金相组织分析仪。

[背景技术]

20世纪是真空技术广泛发展的时期，在真空的获得，测量和保持等方面取得了巨大的发展，为实验室和工业实践中应用真空技术奠下了可靠的基础，而真空技术为研究金属在高温下的行为开辟了广阔的发展前途，逐渐形成了一门新的研究技术-高温金相技术。高温金相技术的应用，将会对金属在加热和冷却时所发生的许多过程获得新的认识，高温金相技术的主要设备为高温金相显微镜。

高温金相技术发展的一个主要标志——高温金相显微镜的发展，1863年英国的H.C.Sorby首次用显微镜观察经抛光并腐刻的钢铁试片，从而揭开了金相学的序幕，而1909年P.Oberhoffer首次使用高温金相显微镜则揭开了高温金相学和高温金相技术应用的序幕。

目前国内金相显微镜为便于记录观察，已在目镜上方安设摄像装置，但这种金相显微镜多为室温观察，功能较单一，多数高温金相显微镜加热温度无法控制，虽然视窗19与热台上封盖18分别外接有冷却水循环系统，但冷却速度无法控制，试样在高温观察时易氧化。市场上尚未出现耐高温长焦距高分辨率金相显微镜。

[发明内容]

本发明的目的是克服现有技术的不足，在不改变金相显微镜光路系统的基础上，加装高温热台，可以在高温环境下，实时观察金相试样的组织变化，加热温度从-190℃～1200℃，温度可控，冷却速度可控，并通过预留接口自由增加其他测试功能。工作距离长，分辨率可达1500倍。

为实现上述目的，设计一种高分辨率高温金相组织分析仪，包括装有数码摄像装置的金相显微镜、热台、视窗的冷却水循环系统、温台上封盖的冷却水循环系统、内嵌有图像分析系统的微机，其特征在于：数码摄像装置的信号输出端连接微机的图像信号输入端，热台的外壁上分别设有冷却水进水口、液氮冷却口、真空接口、加热电源接口、热电偶接口、冷却水出水口、预留功能接口；热台的腔室内设有陶瓷杯，陶瓷杯内的底部设有绝缘支架，绝缘支架顶部设有载物台，绝缘支架底部空隙处对应的陶瓷杯底部设一孔，绝缘支架外缠绕电阻丝，电阻丝一端采用接线柱连接加热电源接口内端，加热电源接口外端采用CX100系列控制记录表连接电源，组成热台加热系统；热电偶置于热台腔室内，热电偶一端连接热电偶接口，热电偶另一端穿过孔后连接载物台底部一侧形成热台测温系统；载物台底部另一侧连接铜棒的一端，铜棒的另一端穿过孔后连接液氮冷却口内端，液氮冷却口外端连接液氮源组成热台急速冷却系统；冷却水进水口的外端采用智能质量流量控制仪连接冷却水源，并与冷却水出水口共同组成热台水冷系统，真空接口的外端连接真空泵。

所述的冷却水进水口与冷却水出水口分别位于热台两边的对角位置。

所述的金相显微镜采用长焦距物镜。

本发明同现有技术相比，有如下优点：

一、本装置的冷却速度与加热速度可以数值表现，能够更直观更方便的控制：采用CX100系列控制记录表5控制热台电源的输入功率，从而达到控制热台加热速度与试样温度的目的；采用智能质量流量控制器控制冷却水的流速，通过冷却水流速的控制来达到控制热台冷却速度与维持热台恒定温度的目的；使用智能质量流量控制器可以更直观的控制热台内部的温度变化。

二、本装置的温度范围可达到-190℃～1200℃：本试验装置加装了利用液氮实现的热台急速冷却系统，使试样冷却温度可达-190℃，再由于内部空心的上封盖18外部原本连接的冷却水循环系统，对视窗进行冷却，即使热台内部温度达到1200℃，物镜镜头也不会炸裂；

三、本装置可实时观察金属与非金属在加热与冷却环境下的组织变化，使用范围广；

四、本装置使用二级真空系统，热台内部真空度可达10^-3帕，真空度的提高可防止高温下金属试样的氧化，能够更真实的观察高温下金属试样的组织变化；

五、本装置可扩展功能，极大的增加了高温金相显微镜的应用范围。例如通过预留功能口预留功能接口15可连接高温金相显微镜的附属装置，可以测量金属的显微硬度，金属材料在高温情况下的内应力，还可检测无机材料的流动性与润湿性。

[附图说明]

图1为本发明的结构示意图。

图2为本发明专利中热台的示意图。

图3为本发明专利中热台的剖面图。

指定图1为摘要附图。

参见图1-图3，1为热台；2为长焦距物镜；3为目镜；4为微机，内嵌图像分析系统；5为CX100系列控制记录表；6为智能质量流量控制仪；7为真空泵；8为摄像装置；9为冷却水进水口；10为液氮冷却口；11为真空接口；12为加热电源接口；13为热电偶接口；14为冷却水出水口；15为预留功能接口；16为铜棒；17为陶瓷杯；18为热台上封盖；19为视窗；20为耐高温载物台；21为加热电源；22为热电偶；23为绝缘支架；24为孔，设于陶瓷杯底部；25为底座。

[具体实施方式]

下面结合附图对本发明作进一步的说明，本发明对本技术领域的人来说还是比较清楚的。

实施例：

金相显微镜采用长焦距物镜2，金相显微镜设有数码摄像装置8，数码摄像装置8的摄像头与镜筒相连，并且组成垂直于试样平面的光路，可以通过调节摄像头的焦距对试样观察的放大倍数进行调节，数码摄像装置8的信号输出端连接微机4的图像信号输入端，微机内嵌设有图像分析系统，所述的图像分析系统主要包括上海长方光学仪器有限公司CF-2000系列金相组织分析软件等组织分析软件。

热台1固定于金相显微镜的底座25上，热台1的外壁上后侧的左右两端分别设有冷却水进水口9、液氮冷却口10，热台1的外壁上前侧的左右两端分别设有预留功能接口15、冷却水出水口14，，热台1的外壁的右侧按前后顺序依次设有真空接口11、加热电源接口12、热电偶接口13；上述各接口的排布位置可根据需要设定。

热台1的腔室内设有陶瓷杯17，陶瓷杯17内的底部设有绝缘支架23，绝缘支架23顶部固设载物台20，绝缘支架23底部空隙处对应的陶瓷杯底部设孔24，绝缘支架23外缠绕电阻丝21，电阻丝21一端采用接线柱连接加热电源接口12内端，加热电源接口12外端采用CX100系列控制记录表5连接电源，组成热台加热系统；

热电偶22置于热台腔室内，热电偶22一端连接热电偶接口13，热电偶22另一端穿过孔24后连接载物台20底部一侧形成热台测温系统；

载物台20底部另一侧连接铜棒16的一端，铜棒16的另一端穿过孔24后连接液氮冷却口10内端，液氮冷却口10外端连接液氮源组成热台急速冷却系统；

为了便于在热台内的空间布局，所述的热电偶和铜棒可设计成直角式；

冷却水进水口9的外端连接智能质量流量控制仪6的出水口，智能质量流量控制仪6的进水口连接冷却水源，并与热台侧壁上的冷却水出水口14共同组成热台水冷系统，冷却水进水口9与冷却水出水口14分别位于热台1两边的对角位置，真空接口11的外端采用角阀连接真空泵7，用来实现和维持热台的低真空，防止试样在加热过程中氧化。

启动图像分析系统中的图像监控与记录软件，打开显微镜的光源与摄像装置8，调节好光路，将磨好的试样放在耐高温载物台20上，盖上热台上封盖18，保证热台内部完全密封；打开真空泵7开始抽真空，当热台内部真空度为10^-3Pa时关闭真空泵7，调节长焦距物镜2进行对焦，当微机的显示器上出现清晰图像后，打开外接电源，通过CX100系列控制记录表5来控制电阻丝21的加热功率，电阻丝再通过绝缘支架23对高温载物台20上的试样进行加热；在加热过程中，为实现高分辨率，减小物镜与试样的距离，可打开视窗19与温台上封盖18原有外接的独立的水循环冷却系统，降低视窗的温度，保持视窗的温度变化范围小，配合选用工作距离短、高分辨率的长焦距物镜2来增大物镜的更换范围；同时防止了物镜受试样的热辐射影响，使物镜炸裂；而且可通过热电偶接口与热电偶组成的热台测温系统的内部程序自动完成热台内的温度补偿。

通过微机内图像分析系统可实时分析试样的组织变化，当温度达到设定值时，可以打开热台1内部的热台水冷系统，即通过智能质量流量控制仪6来控制热台的冷却水的流速，从而控制热台冷却速度，观察试样在不同冷却速度下组织的变化情况。

另外，也可将热台1内的铜棒16一端延伸出液氮接口10直接浸入液氮中，可观察试样在急速冷却条件下的组织变化。

更换试样时，调高长焦距物镜2，松开连接真空接口11的真空角阀，向热台1内放入空气，待热台内部气压升为大气压后，打开热台上封盖18，重新装样即可。

通过本发明中的预留接口15可以添加不同的附加功能，如通过将预留接口15连接高温金相显微镜的附属功能装置，来测量金属的显微硬度、金属材料在高温情况下的内应力，还可检测无机材料的流动性与润湿性。高温金相显微镜可实现高温金相组织的实时观察，但无法显示金相组织的晶格变化。若将X射线衍射应用到高温金相显微镜中，则能够检测出金相组织在高温或低温环境下的变化。

本发明的高分辨率高温金相组织分析仪可适用于以下情况：

(1)高温金相组织的观察和晶粒长大的研究：某些金属及合金的高温相不稳定，无法用快冷“冻结”下来，所以这些金属组织只能在高温下进行观察。例如奥氏体组织的观察，利用高温金相显微镜不仅可以观察奥氏体，还可以对其再结晶过程的某些规律进行研究。

(2)多相变过程的观察，包括加热时高温相的形成，高温下的相变过程。

(3)高温下承受负荷的金属内部组织研究，如高温断裂、高温蠕变组织的研究。高温金相显微镜是研究高温蠕变机理的有效工具。

(4)金属和合金在高温、真空环境下力学性能的研究，对极端条件下金属或合金的寿命具有重要意义。这种检测作为高温金相显微镜新的发张方向，扩大了高温金相显微镜的应用范围。

Claims (3)

1.一种高分辨率高温金相组织分析仪，包括装有数码摄像装置的金相显微镜、热台、视窗的冷却水循环系统、温台上封盖的冷却水循环系统、内嵌有图像分析系统的微机，其特征在于：数码摄像装置(8)的信号输出端连接微机(4)的图像信号输入端，热台(1)的外壁上分别设有冷却水进水口(9)、液氮冷却口(10)、真空接口(11)、加热电源接口(12)、热电偶接口(13)、冷却水出水口(14)、预留功能接口(15)；热台(1)的腔室内设有陶瓷杯(17)，陶瓷杯(17)内的底部设有绝缘支架(23)，绝缘支架(23)顶部设有载物台(20)，绝缘支架(23)底部空隙处对应的陶瓷杯底部设一孔(24)，绝缘支架(23)外缠绕电阻丝(21)，电阻丝(21)一端采用接线柱连接加热电源接口(12)内端，加热电源接口(12)外端采用CX100系列控制记录表(5)连接电源，组成热台加热系统；热电偶(22)置于热台腔室内，热电偶(22)一端连接热电偶接口(13)，热电偶(22)另一端穿过孔(24)后连接载物台(20)底部一侧形成热台测温系统；载物台(20)底部另一侧连接铜棒(16)的一端，铜棒(16)的另一端穿过孔(24)后连接液氮冷却口(10)内端，液氮冷却口(10)外端连接液氮源组成热台急速冷却系统；冷却水进水口(9)的外端采用智能质量流量控制仪(6)连接冷却水源，并与冷却水出水口(14)共同组成热台水冷系统，真空接口(11)的外端连接真空泵(7)。

2.如权利要求1所述的一种高分辨率高温金相组织分析仪，其特征在于：所述的冷却水进水口(9)与冷却水出水口(14)分别位于热台(1)两边的对角位置。

3.如权利要求1所述的一种高分辨率高温金相组织分析仪，其特征在于：所述的金相显微镜采用长焦距物镜(2)。

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