CN104342569A - 铝合金样品制备装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种铝合金样品制备装置及方法。铝合金样品制备装置包括：腔体组件、涂层、两个加热板、夹紧机构。腔体组件包括：底板，由硅酸铝制成；两个端板，均由硅酸铝制成，分别位于底板的两端且与底板接触贴合；两个侧板，均由硅酸铝制成且宽度δ为8mm～12mm，分别位于底板及两个端板的两侧且分别从两侧与底板及两个端板接触贴合，从而底板、两个端板以及两个侧板一起形成顶部开口的中空腔体。涂层设置在腔体组件的中空腔体的内表面。加热板分别受控包覆且夹持在腔体组件的相对的两个侧板，从而将腔体组件夹持住，受控对腔体组件进行加热。夹紧机构受控在两个加热板外侧对两个加热板施加夹紧力。所述铝合金样品制备方法采用上述铝合金样品制备装置。

Description

铝合金样品制备装置及方法

技术领域

本发明涉及铝合金样品制备领域，尤其涉及一种铝合金样品制备装置及方法。

背景技术

在金属材料研究中，常常需要制备特定成分的合金样品，由于量小成分特殊，未有量产，因此难以购买，而采用传统熔炼浇制方法成本高、时间长。

发明内容

鉴于背景技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种铝合金样品制备装置及方法，其能在普通实验室条件下快速制备不能量产的量小的不同成分比例的铝合金样品。

为了实现上述目的，在第一方面，本发明提供了一种铝合金样品制备装置，其包括：腔体组件、涂层、两个加热板、以及夹紧机构。腔体组件包括：底板，由硅酸铝制成；两个端板，均由硅酸铝制成，分别位于底板的两端且与底板接触贴合；以及两个侧板，均由硅酸铝制成且宽度δ为8mm～12mm，分别位于底板及两个端板的两侧且分别从两侧与底板及两个端板接触贴合，从而底板、两个端板以及两个侧板一起形成顶部开口的中空腔体。涂层设置在腔体组件的中空腔体的内表面。两个加热板分别受控包覆且夹持在腔体组件的相对的两个侧板，从而将腔体组件夹持住，且受控对腔体组件进行加热。夹紧机构受控在两个加热板外侧对两个加热板施加夹紧力。

为了实现上述目的，在第二方面，本发明提供了一种铝合金样品制备方法，其采用根据本发明第一方面所述的铝合金样品制备装置，包括步骤：采用夹紧机构在两个加热板外侧对称施加夹紧力；向腔体组件的中空腔体加入足量纯铝原料；对腔体组件加热至850～950℃，此时按预制备铝合金成分配比向腔体组件的中空腔体加入合金成分，并进行冶金处理；保温预定时间，停止加热，在腔体组件温度降至400～500℃时卸下夹紧机构的夹紧力；以及移除加热板与腔体组件，拆开腔体组件，取出中空腔体的铝合金板件并进行空冷。

本发明的有益效果如下：

铝合金样品在腔体组件中成型的过程中，因为加热板与腔体组件的侧板接触，同时两者接触面为侧板的整个侧面，所以腔体组件内外热交换较为均匀，从而合金样品在腔体组件中无论是升温还是降温均与腔体组件的边界保持温度一致性，不存在激冷或者激热，各时间段、各部位均不会形成大的温度梯度，故铝合金样品成型后应力变形小。

形成腔体组件的底板、端板以及侧板间在宽度方向上的夹紧力以及温升热胀作用下，板间接触贴合更紧密，通过金属液表面张力保证不会渗漏，从而保证了制备过程稳定安全。

由于铝合金样品在腔体组件中成型的过程中，硅酸铝制成的底板、端板以及侧板组合形成的腔体组件内外热交换较为均匀，所以腔体组件与铝合金原料同时升温并保持温度一致性，当铝合金溶液配制完成之后二者同时降温并保持温度一致性，熔炼与凝固在同一腔体组件中完成，制备方便快捷。

本发明的铝合金样品制备装置的各部分均为组合式，可拆卸，易组装，方便携带运输。

本发明能够在普通实验室条件下快速制备不能量产的量小的不同成分比例的铝合金样品，且操作简便，从而可以在普通实验室条件下大大降低不能量产的量小的任意成分比例的铝合金样品制备的时间成本与经济成本。

附图说明

图1为根据本发明的铝合金样品制备装置的腔体组件的底板的立体图；

图2为根据本发明的铝合金样品制备装置的腔体组件的端板的立体图；

图3为根据本发明的铝合金样品制备装置的腔体组件的侧板的立体图；

图4为根据本发明的铝合金样品制备装置的一实施例的腔体组件的剖开图；

图5为图4的腔体组件的立体图；

图6为根据本发明的铝合金样品制备装置的另一实施例的腔体组件的剖开图；

图7为图6的腔体组件的立体图；

图8为根据本发明的铝合金样品制备装置的侧面图；

图9为铝合金样品制备装置的加热板的一实施例的立体示意图。

其中，附图标记说明如下：

1腔体组件                    L3长度

11底板                       H3高度

W1宽度                       131外表面

L1长度                       C中空腔体

H1高度                       2加热板

12端板                       21耐火板

W2宽度                       211内表面

L2长度                       22电阻丝

H2高度                       3夹紧机构

13侧板

具体实施方式

下面参照附图来详细说明根据本发明的铝合金样品制备装置及方法。

首先说明根据本发明第一方面的铝合金样品制备装置。

参照图1至图9，根据本发明第一方面的铝合金样品制备装置包括：腔体组件1、涂层(未示出)、两个加热板2、以及夹紧机构3。腔体组件1包括：底板11，由硅酸铝制成；两个端板12，均由硅酸铝制成，分别位于底板11的两端且与底板11接触贴合；以及两个侧板13，均由硅酸铝制成且宽度δ为8mm～12mm，分别位于底板11及两个端板12的两侧且分别从两侧与底板11及两个端板12接触贴合，从而底板11、两个端板12以及两个侧板13一起形成顶部开口的中空腔体C。涂层设置在腔体组件1的中空腔体C的内表面。两个加热板2分别受控包覆且夹持在腔体组件1的相对的两个侧板13，从而将腔体组件1夹持住，且受控对腔体组件1进行加热。夹紧机构3受控在两个加热板2外侧对两个加热板2施加夹紧力。

硅酸铝具有较好的强度，由硅酸铝制成的两个侧板13的宽度δ为8mm～12mm，当宽度δ大于8mm时，侧板13的强度足以支持铝合金样品成型，同时足以承受外部夹持力；当宽度δ小于12mm时，可保证升温效率。本发明的腔体组件1的组合方式能够使夹持力施加在两侧板13上时，底板11与两个端板12均匀受力，从而保持板间接触贴合。

采用本发明的合金样品制备装置具有以下优点。

铝合金样品在腔体组件1中成型的过程中，因为加热板2与腔体组件1的侧板13接触，同时两者接触面为侧板13的整个侧面，所以腔体组件1内外热交换较为均匀，从而合金样品在腔体组件1中无论是升温还是降温均与腔体组件1的边界保持温度一致性，不存在激冷或者激热，各时间段、各部位均不会形成大的温度梯度，故铝合金样品成型后应力变形小。

形成腔体组件1的底板、端板以及侧板间在宽度方向上的夹紧力以及温升热胀作用下，板间接触贴合更紧密，通过金属液表面张力保证不会渗漏，从而保证了制备过程稳定安全。

由于铝合金样品在腔体组件1中成型的过程中，硅酸铝制成的底板、端板以及侧板组合形成的腔体组件1内外热交换较为均匀，所以腔体组件1与铝合金原料同时升温并保持温度一致性，当铝合金溶液配制完成之后二者同时降温并保持温度一致性，熔炼与凝固在同一腔体组件1中完成，制备方便快捷。

本发明的合金样品制备装置的各部分均为组合式，可拆卸，易组装，方便携带运输。

本发明能够在普通实验室条件下快速制备不能量产的量小的不同成分比例的铝合金样品，且操作简便，从而可以在普通实验室条件下大大降低不能量产的量小的任意成分比例的铝合金样品制备的时间成本与经济成本。

在根据本发明第一方面的铝合金样品制备装置的一实施例中，底板11与两个端板12可为一体成型件。在根据本发明第一方面的铝合金样品制备装置的一实施例中，参照图4和图5、图6和图7，底板11与两个端板12可为分体成型件。在一实施例中，底板11、两个端板12以及两个侧板13可通过剪裁硅酸铝板而形成。硅酸铝板具有较好的强度且易剪裁，可以根据所需尺寸剪裁硅酸铝板组合围成腔体组件1。

在根据本发明第一方面的铝合金样品制备装置的一实施例中，参照图4和图5，两个端板12可位于底板11的两端的上方。

在根据本发明第一方面的铝合金样品制备装置的一实施例中，参照图6和图7，两个端板12可位于底板11的两端的侧方。

在根据本发明第一方面的铝合金样品制备装置的一实施例中，底板11、两个端板12以及两个侧板13在宽度上可相同或不同。

在根据本发明第一方面的铝合金样品制备装置的一实施例中，参照图1和图2，底板11的宽度W1可为8mm～12mm；各端板12的宽度W2可为8mm～12mm。

在根据本发明第一方面的铝合金样品制备装置的一实施例中，参照图1、图2和图3，底板11的长度L1可为50～500mm、高度H1可为10～30mm；各端板12的长度L2可为10～30mm、高度H2可为50～300mm；各侧板13的长度L3可为50～500mm、高度H3可为50～300mm。

在根据本发明第一方面的铝合金样品制备装置的一实施例中，涂料可为ZrO₂涂料。

在根据本发明第一方面的铝合金样品制备装置的一实施例中，参照图8和图9，加热板2的加热方式可为电阻加热。在一实施例中，参照图8和图9，各加热板2可包括耐火板21和凹入且裸露于耐火板21的电阻丝22，电阻丝22裸露的一面与腔体组件1的对应一个侧板13的外表面131相对且保持2mm～3mm的间隙(换句话说，参照图9，电阻丝22凹入耐火板21，且电阻丝22的顶部低于耐火板21的内表面211的距离为2mm～3mm)。

在根据本发明第一方面的铝合金样品制备装置的一实施例中，参照图8，夹紧机构3可为剪叉式伸缩机构。

接下来说明根据本发明第二方面的铝合金样品制备方法。

根据本发明第二方面的铝合金样品制备方法采用根据本发明第一方面所述的铝合金样品制备装置，其包括步骤：采用夹紧机构3在两个加热板2外侧对称施加夹紧力；向腔体组件1的中空腔体C加入足量(足量是指需要制备的样品量，控制在中空腔体C的体积的4/5左右)纯铝原料；对腔体组件1加热至850～950℃，此时按预制备铝合金成分配比向腔体组件1的中空腔体C加入合金成分，并进行冶金处理；保温预定时间，停止加热，在腔体组件1温度降至400～500℃时卸下夹紧机构3的夹紧力；以及移除加热板2与腔体组件1，拆开腔体组件1，取出中空腔体C的铝合金板件并进行空冷。

在根据本发明第二方面的铝合金样品制备方法中，举例而言，侧板13的升温时间τ与侧板13的宽度δ的计算关系为：

$1-\frac{{750-T}_0}{{950-T}_0}=\mathrm{erf}\left(\frac{\mathrm{\δ}}{2\sqrt{\mathrm{\τ}\frac{\mathrm{\λ}}{\mathrm{\ρc}}}}\right)$

其中，950为侧板13的外侧(即侧板与加热板2接触的壁面)的加热温度，750为侧板13的内侧(即侧板的内壁)的升温目标温度，T₀为室温，λ为侧板13的材料导热系数，ρ为侧板13的材料密度，c为侧板13的材料比热容，erf()为误差函数。

由硅酸铝制成的两个侧板13的宽度δ为8mm～12mm，可推导出其外侧加热升温至950℃，内侧升温至750℃所需时间在30分钟以内，可满足升温效率的需求，能够保证整个制备过程在3小时内(升温1小时，冶炼保温30分钟，降温1小时30分钟)。

在根据本发明第二方面的铝合金样品制备方法中，测温点可设置在侧板13的中心位置。

在根据本发明第二方面的铝合金样品制备方法中，保温的预定时间可为30分钟。

Claims (9)

1.一种铝合金样品制备装置，其特征在于，包括：

腔体组件(1)，包括：

底板(11)，由硅酸铝制成；

两个端板(12)，均由硅酸铝制成，分别位于底板(11)的两端且与底板(11)接触贴合；以及

两个侧板(13)，均由硅酸铝制成且宽度δ为8mm～12mm，分别位于底板(11)及两个端板(12)的两侧且分别从两侧与底板(11)及两个端板(12)接触贴合，从而底板(11)、两个端板(12)以及两个侧板(13)一起形成顶部开口的中空腔体(C)；

涂层，设置在腔体组件(1)的中空腔体(C)的内表面；

两个加热板(2)，分别受控包覆且夹持在腔体组件(1)的相对的两个侧板(13)，从而将腔体组件(1)夹持住，且受控对腔体组件(1)进行加热；以及

夹紧机构(3)，受控在两个加热板(2)外侧对两个加热板(2)施加夹紧力。

2.根据权利要求1所述的铝合金样品制备装置，其特征在于，两个端板(12)位于底板(11)的两端的上方。

3.根据权利要求1所述的铝合金样品制备装置，其特征在于，两个端板(12)位于底板(11)的两端的侧方。

4.根据权利要求1所述的铝合金样品制备装置，其特征在于，底板(11)、两个端板(12)以及两个侧板(13)在宽度上相同或不同。

5.根据权利要求1所述的铝合金样品制备装置，其特征在于，

底板(11)的长度(L1)为50～500mm、高度(H1)为10～30mm；

各端板(12)的长度(L2)为10～30mm、高度(H2)为50～300mm；

各侧板(13)的长度(L3)为50～500mm、高度(H3)为50～300mm。

6.根据权利要求1所述的铝合金样品制备方法，其特征在于，加热板(2)的加热方式为电阻加热。

7.根据权利要求6所述的铝合金样品制备方法，其特征在于，各加热板(2)包括耐火板(21)和凹入且裸露于耐火板(21)的电阻丝(22)，电阻丝(22)裸露的一面与腔体组件(1)的对应一个侧板(13)的外表面(131)相对且保持2mm～3mm的间隙。

8.根据权利要求1所述的铝合金样品制备方法，其特征在于，夹紧机构(3)为剪叉式伸缩机构。

9.一种铝合金样品制备方法，其采用根据权利要求1-8所述的铝合金样品制备装置，其特征在于，包括步骤：

采用夹紧机构(3)在两个加热板(2)外侧对称施加夹紧力；

向腔体组件(1)的中空腔体(C)加入足量纯铝原料；

对腔体组件(1)加热至850～950℃，此时按预制备铝合金成分配比向腔体组件(1)的中空腔体(C)加入合金成分，并进行冶金处理；

保温预定时间，停止加热，在腔体组件(1)温度降至400～500℃时卸下夹紧机构(3)的夹紧力；以及

移除加热板(2)与腔体组件(1)，拆开腔体组件(1)，取出中空腔体(C)的铝合金板件并进行空冷。