CN111336809A - 基于基因组高通量技术的高性能铝合金材料的制备装备及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于基因组高通量技术的高性能铝合金材料的制备装备及方法，包括：元素箱组件、送料斗机构、熔炼装置；元素箱组件安装在设备的一端；送料斗机构上设置有与元素箱组件配合的漏斗和可水平、垂直移动的移动装置，使其根据水平设置的多个元素箱获取元素后，再通过垂直移动放入下一工位的熔炼装置；位于装备下部水平设置至少一个以上熔炼装置，熔炼装置由加热部分与搅拌部分组成。本发明可以实现一次性配比多种不同材质的铝合金材料成分，完全实现机械自动化，配料精度高，重复性强，熔炼温度场一致性高等特点；也可以实现高通量制备铝合金在多种环境下生产多种批次的基因组铝合金试样制备。

Description

基于基因组高通量技术的高性能铝合金材料的制备装备及 方法

技术领域

本发明属于有色金属冶炼制造技术领域，具体涉及一种基因组高通量铝合金成分精确配比与冶炼技术的制备装备及方法。

背景技术

材料是人类生活和生产的物质基础，材料科学是决定工业发展进度重要因素之一，随着国内新材料的发展，材料基因组高通量制备技术已取得了较大的进展，并被证明为可有效地加速材料研发应用进程，因此被列为材料基因组计划的三大技术要素之一。20世纪90年代末期，高通量组合材料实验方法已在较大范围被材料科技工业领域接受,主要应用于金属、陶瓷、无机化合物、高分子等材料的研发与产业化。高通量实验在材料基因组技术中有着非常重要的地位与作用，但是因为高通量制备技术的制约，导致一些高通量实验方法的应用受到局限发展。面对未来材料科学技术的挑战与发展，基于基因组高通量技术的高性能材料的制备装备能在短时间内完成大量样品的制备，因此加速发展基因组高通量设备迫在眉睫。高通量铝合金制备设备其核心思想是将传统材料研究中采用顺序迭代方法改为并行处理，以量变引起材料研究效率的质变。因此我们在材料设计上，需要通过计算机模拟技术，应用理论模型和基础数据结合，将绝大多数材料计算结果准确配比熔炼，通过精密数据管理的方式替代传统经验和配料方法，铝合金基因组高通量实验可快速地提供有价值的研究成果，为材料模拟计算提供海量的基础数据并直接加速材料的筛选和优化，使海量的实验数据真正发挥其作用，加速材料研发和应用，使材料数据库得到充实，为材料研发打下坚实基础。基因组高通量技术的高性能铝合金材料制备装备，将顺应材料基因组科技的研发要求，不断被人们广泛采用，高性能铝合金材料也会因基因组高通量技术取得飞速发展。

发明内容

1、发明目的。

本发明为了解决高通量铝合金制备研究并行处理，为材料模拟计算提供海量的基础数据并直接加速材料的筛选和优化的问题，而提出了一种基因组高通量技术的高性能铝合金材料制备装备及方法。

2、本发明所采用的技术方案。

本发明公开了一种基于基因组高通量技术的高性能铝合金材料的制备装备，包括：元素箱组件、送料斗机构、熔炼装置；

元素箱组件安装在设备的一端；送料斗机构上设置有与元素箱组件配合的漏斗和可水平、垂直移动的移动装置，使其根据水平设置的多个元素箱获取元素后，再通过垂直移动放入下一工位的熔炼装置；位于装备下部水平设置至少一个以上熔炼装置，熔炼装置由加热部分与搅拌部分组成，其上端两侧设有平行移动导轨，送料斗机构沿着导轨水平移动至各熔炼装置后通过漏斗张合将元素分装在熔炼装置内的试样坩埚；元素箱数量为n个，n≥1；每个装载着 n种不同元素铝合金中间合金颗粒；试样坩埚膛底部安装加热装置、电磁搅拌装置以及熔炼温控系统。

在材料固液态转变时，进行电磁搅拌干扰，铝合金溶液可通过在电磁搅拌下凝固，当所有配料全部完成并加入坩埚后，后进入熔炼环节，熔炼炉开始加热，混合铝合金中间合金颗粒被融化，此时电磁搅拌开始按照程序设定要求搅拌，搅拌结束后，关闭熔炼炉，开始进行冷却，熔炼温控系统一直监测铝液温度，当温度降至液相线时，电磁搅拌继续工作，直至铝液凝固，电磁搅拌停止，此时试样制备完成。制备试样完全凝固后，可通过取件机器人以此进行抓取存放，从而实现基因组高通量铝合金试样制备。进行集中熔炼加热，集中控温。集中控温的目的是均匀化炉子内部温度场，这样单个试样坩埚受热也将非常均匀，制备试样条件也相对一致。

采用电磁搅拌方式利用电磁力推动金属液进行定性流动和金属液交变运动；本发明m组熔炼炉分别安装有m组搅拌器位于熔炼炉四周，m组搅拌磁场为独立控制搅拌力度和搅拌方向，可实现同时搅拌，也可实现独立搅拌控制。独立搅拌的设计对研究不同搅拌状态下相同铝合金基因组的变化有着至关重要的作用。

元素箱组件包括元素箱、元素箱绞龙、元素箱控制器；

元素箱与元素箱绞龙的中部连通，并成一定角度设置(90度)；元素箱绞龙一端为出料口，另一端与元素箱电机连接；控制器安装在元素箱电机的下部；元素箱绞龙即螺旋输送机中带叶片的螺旋轴，旋转的螺旋叶片将物料推移而进行螺旋输送机输送；元素箱一端与元素箱绞龙的中部连通，另一端为进料口，进料口与元素箱主体呈一定角度设置(小于90度)；元素箱电机带动元素箱绞龙旋转通过连接在绞龙轴上的元素箱控制器的编码器进行计数，元素箱控制器进行运算控制绞龙转数，绞龙进行定量输送铝合金中间合金颗粒；组件主要原理为利用螺旋绞龙旋转排出内部颗粒的机械机构。元素箱绞龙内部工作为绞龙电机带动绞龙轴旋转通过连接在绞龙轴上的编码器进行计数，元素箱控制器进行运算控制绞龙轴转数，元素箱绞龙进行定量输送铝合金中间合金颗粒。

更进一步，送料机构包括送料斗升降电机、送料斗升降支架、送料斗平台横向电机、送料斗开合机构、开合气阀、送料斗，送料斗升降蜗杆、送料斗升降涡轮箱、送料斗平台纵向电机、送料斗平台纵向导轨，送料斗平台横向导轨；

送料升降电机安装固定在垂直运动的送料斗升降支架顶端，送料升降电机、连接送料斗升降蜗杆、送料斗升降涡轮箱、送料斗依次相连接，送料斗位安装在送料斗升降涡轮箱下端，送料斗开合机构为漏斗形状，上端开放，下端设有开合机构；送料斗开合机构上安装驱动开合的开合气阀；送料斗通过送料升降电机控制送料斗升降蜗杆和送料斗升降涡轮箱进行Y向升降运动；

送料斗升降支架沿水平方向安装送料斗平台纵向电机，送料斗平台纵向电机通过双座下方的U型槽与送料斗平台纵向导轨配合；送料斗平台纵向电机控制整个送料机构进行纵向运动。送料斗平台纵向导轨的下方通过底板的两侧安装送料斗平台横向电机，送料斗平台横向电机与送料斗平台横向导轨，送料斗平台横向电机控制整个送料机构的横向运动。

本发明通过送料机构附带的送料斗电机横向电机与送料斗纵向电机相结合，将送料斗移动到任意一个元素箱的配料口下方。

更进一步，元素箱数量为x个，x≥1；每个装载着x种不同元素铝合金中间合金颗粒；

这些不同的铝合金中间合金颗粒物理特征的信息被输入高通量运算工控机内，待后期运算使用。元素箱组件主要原理为利用螺旋绞龙旋转排出内部颗粒的机械机构。

更进一步，采用m组熔炼炉各自独立工作，每组熔炼炉包含 n/m个试样坩埚，m组熔炼炉可集中控温，也可单组控温。集中控温主要能实现材料加热的一致性，单独控温则可实现材料阶梯式加热，阶梯式加热目的是可进行研究不同温度对材料基因组的产生影响。

更进一步，熔炼装置由加热部分与搅拌部分组成，熔炼炉为底部加热的结构，炉膛底部安装加热电阻带或者加热丝，m组熔炼炉分别安装有m组搅拌器位于熔炼炉四周，即炼炉炉膛外部安装三组电磁搅拌线圈，m组搅拌磁场为独立控制搅拌力度和搅拌方向，可实现同时搅拌，也可实现独立搅拌控制。

进行集中熔炼加热，集中控温。集中控温的目的是均匀化炉子内部温度场，这样单个试样坩埚受热也将非常均匀，制备试样条件也相对一致。采用电磁搅拌方式利用电磁力推动金属液进行定性流动和金属液交变运动；本发明独立搅拌的设计对研究不同搅拌状态下相同铝合金基因组的变化有着至关重要的作用。

在熔炼环节，熔炼的铝合金融化后，要进行充分均匀化搅拌，传统机械搅拌很容易将外界氧化物或者杂质带进铝液，同时也不能精确控制每一次搅拌力度与时间。

更进一步，试样坩埚采用不锈钢或者等同陶瓷类耐高温耐热冲击的不导磁材质，坩埚内部形状为锥筒结构，带有1.5°-4°脱模角度，坩埚内部热喷涂氮化硼涂层，减小铝合金与坩埚壁之间的材料润湿性，坩埚外圆设卡槽，方便机械手进行抓取。

本发明公开了一种基于基因组高通量技术的高性能铝合金材料的制备方法，包括：

元素提取步骤

元素箱绞龙内部工作为绞龙电机带动绞龙轴旋转通过连接在绞龙轴上的编码器进行计数，元素箱控制器进行运算控制绞龙轴转数，元素箱绞龙进行定量输送铝合金中间合金颗粒；

通过送料机构附带的送料斗电机横向电机与送料斗纵向电机相结合，将送料斗移动到任意一个元素箱的配料口下方；当送料机构移动到一个元素箱下方时，元素箱开始旋转输出铝合金中间合金颗粒，落入元素箱内；

当元素箱出料结束后，计算机发出出料停止信号，送料斗则根据控制移动到指定元素箱下方，进行第二个合金元素的收集，以此类推，进行各种基因组铝合金元素的收集与混合；

当所有基因组铝合金元素全部收集完成后，送料斗通过升降电机将送料斗提起，送料斗在送料斗升降电机与送料斗平台横向电机、送料斗平台纵向电机共同做下，送料斗精确到达试样坩埚口上方，送料斗开合机构通过开合气阀控制气缸将闸口打开，混合后的铝合金中间合金落入试验坩埚内，完成一组基因组铝合金元素成分的配料。

随后，元素箱从新回到机床原点，代表第一组基因组铝合金元素的配比完成。以此循环。

熔炼步骤

N*m个试样坩埚，可一次性配置N*m个不同成分试样，实现元素成分通过高通量运算工控机建立基因组数据库，一次性配比，一次性生产，找出高性能铝合金基因规律，实现高效率制备高性能铝合金。

熔炼装置下端的熔炼炉我们采用的是底部加热的结构，炉膛底部安装加热电阻带或者加热丝；

用m组熔炼炉各自独立工作，每组熔炼炉包含n个试样坩埚， m组熔炼炉集中控温或单组控温。集中控温主要能实现材料加热的一致性，单独控温则可实现材料阶梯式加热，阶梯式加热目的是可进行研究不同温度对材料基因组的产生影响。

在熔炼环节，熔炼的铝合金融化后，要进行充分均匀化搅拌，传统机械搅拌很容易将外界氧化物或者杂质带进铝液，同时也不能精确控制每一次搅拌力度与时间。我们采用电磁搅拌方式利用电磁力推动金属液进行定性流动和金属液交变运动；m组熔炼炉分别安装有m组搅拌器位于熔炼炉四周，m组搅拌磁场为独立控制搅拌力度和搅拌方向，可实现同时搅拌，也可实现独立搅拌控制。独立搅拌的设计对研究不同搅拌状态下相同铝合金基因组的变化有着至关重要的作用。

集中控温的目的是均匀化炉子内部温度场，这样单个试样坩埚受热也将非常均匀，制备试样条件也相对一致。

抓取步骤

本发明试样坩埚采用不锈钢或者等同陶瓷类耐高温耐热冲击的不导磁材质，坩埚内部形状为锥筒结构，带有1.5°-4°脱模角度，坩埚内部热喷涂氮化硼涂层，减小铝合金与坩埚壁之间的材料润湿性，坩埚外圆设卡槽，方便机械手进行抓取。

铝合金试样凝固后，通过取件机器人进行抓取存放，整个制备流程完全数字化。

本发明通过上述技术方案，进行高通量配比、加热、溶解、搅拌、凝固、冷却，得到不同种基因组铝合金试样，取件机器人可通过程序编程进行抓取，完全依靠机械自动化控制，实现基因组高通量技术的高性能铝合金材料的制备。

更进一步，在材料均匀化电磁搅拌功能上衍射到材料凝固学，在材料固液态转变时，进行电磁搅拌干扰，铝合金溶液可通过在电磁搅拌下凝固，从而实现液态金属在凝固时，通过电磁搅拌打碎枝晶、细化晶粒，得到固态金属的非枝晶态，大幅度提高铝合金材料的综合性能。

更进一步，当所有配料全部完成并加入坩埚后，后进入熔炼环节，熔炼炉开始加热，混合铝合金中间合金颗粒被融化，此时电磁搅拌开始按照程序设定要求搅拌，搅拌结束后，关闭熔炼炉，开始进行冷却，熔炼温控系统一直监测铝液温度，当温度降至液相线时，电磁搅拌继续工作，直至铝液凝固，电磁搅拌停止，此时试样制备完成。制备试样完全凝固后，可通过取件机器人以此进行抓取存放，从而实现基因组高通量铝合金试样制备。

3、本发明所产生的技术效果。

(1)本发明可以实现一次性配比120种不同材质的铝合金材料成分，完全实现机械自动化，配料精度高，重复性强，熔炼温度场一致性高等特点；也可以实现高通量制备铝合金在多种环境下生产多种批次的基因组铝合金试样制备。

(2)本发明提供一种基于基因组高通量技术的高性能铝合金材料的制备装备，将多个元素系统性地进行混合，可以运用统计学原理的方法：如全阶乘或部分阶乘设计，以有限实验次数获得统计学上可靠的结果。

(3)本发明以获得所需的材料成分“组合”，也可以针对某一个感兴趣的材料体系空间，采用一系列的表征测试方法对一组样品进行全面细致的分析适合精选。

(4)本发明基因组高通量技术的高性能铝合金材料的制备装备与数据管理相结合，使海量的实验数据真正发挥加速材料研发和应用进程的作用。同时高通量制备装备与计算机网络大数据结合，成分通过计算机建立基因组数据库，对要研究的材料数据进行分析组合，得出铝合金组合样品元素成分表，实现从原始实验数据采集、存储、管理、处理、分析、制备等各个步骤组合运用，实现实验全流程制备，提高高性能铝合金的筛选速度和成功率。

(5)本发明基因组高通量技术的高性能铝合金材料的制备装备配料通过高通量运算工控机运算，采用元素箱集中分类集中配比，高通量样品同时熔炼，熔炼环境一致，熔炼时间一致，材料成分精确把控，更进一步提高基因组高通量铝合金的制备精准度。

(6)本发明基因组高通量利用材料科学知识和基础数据库，对实验设计的信息和参数、制备过程的实验条件、表征过程的测量数据进行全过程采媒和管理，并进行实时处理、分析、存档、输出。为材料科学研究提供功能强大的信息管理服务。

(7)本发明试样坩埚材质采用不锈钢或者等同陶瓷类耐高温耐热冲击的不导磁材质，坩埚内部形状为锥筒结构，坩埚外圆设有机械手抓取卡槽。

(8)本发明试样坩埚内部喷涂氮化硼涂层，减小铝合金与坩埚壁之间的材料润湿性。

(9)本发明送料斗底部设计为钳形结构，打开方式为分半打开，打开机构安装斜抽气缸，或斜抽电动丝杠，可通过电触发信号控制送料斗的打开与关闭。

(10)本发明送料斗自带升降电机和位移传感器，可实现精准提升下落，任意位置移动，加料时间、熔炼环境与熔炼时间精准控制，实现材料配比的一致性。

(11)本发明铝合金熔炼炉加热方式采用底部安装电阻带或电阻丝加热，加热控制可采用分组集中加热集中控温，也可采用分组加热分组控温，可实现所有铝合金试样基因组温度场非常一致，同时可精确均匀化控制每一个试样坩埚的熔炼条件。

(12)本发明每组熔炼炉外部安装电磁感应器或超声波感应器，可通过电磁感应推动铝液定向流动或交变流动，使熔炼液体在熔炼时进行均匀化搅拌。

(13)本发明采用独立式控制搅拌力度，可实现验证搅拌力度变化对材料基因组的影响分析。

(14)本发明所述铝合金溶液通过在电磁搅拌下凝固，可实现电磁干扰液体金属凝固，通过电磁搅拌打碎枝晶、细化晶粒，得到固态金属的非枝晶态，大幅度提高材料的综合性能。

(15)本发明所述三组熔炼炉可实现阶梯式控温，阶梯式控温可研究相同元素材质的铝合金在温度变化的影响下，进行多方位高通量试验分析。

附图说明

图1为本发明基因组高通量铝合金材料的制备装备整体示意图。

图2为本发明熔炼炉示意图。

图3为本发明送料装置示意图。

图4为本发明送料斗局部示意图。

图5为本发明送料斗移动部分示意图。

图6为本发明送料斗移动部分示意图二。

图7为本发明元素箱组装示意图。

元素箱组件1、元素箱1a、元素箱绞龙1b、元素箱控制器1c、送料机构

2、送料斗升降电机2a、送料斗升降支架2b、送料斗平台横向电机 2c、送料斗开合机构2d、开合气阀2e、送料斗2f，送料斗升降蜗杆2g、送料斗升降涡轮箱2h，送料斗平台纵向电机2i，送料斗平台纵向导轨2j，送料斗平台横向导轨2k，铝合金中间合金颗粒3、熔炼炉4、熔炼炉保温层4a、熔炼炉加热丝4b、试样坩埚5、电磁搅拌6、熔炼温控系统7、取件机器人8、高通量运算工控机9、防护门10。

具体实施方式

实施例1

本发明提出的基于基因组高通量技术的高性能铝合金材料的制备装备，此装备按功能性分为四部分，一个部分为元素箱组件、二为送料斗机构，三为熔炼装置，四是周边辅助装置，这四个功能性装置相协调配合，完成整个高性能铝合金材料的制备。

本发明设计元素组件1由元素箱1a、元素箱绞龙1b、元素箱控制器1c等组成。元素箱绞龙1b为螺旋杆结构，与元素箱1连接，元素箱绞龙焊接在元素箱1a正下方。本发明元素箱1a数量为18个， 18个元素箱1a装载着18种不同元素铝合金中间合金颗粒3，这些不同的铝合金中间合金颗粒3物理特征的信息被输入高通量运算工控机9内，待后期运算使用。元素箱组件1主要原理为利用螺旋绞龙旋转排出内部颗粒的机械机构。元素箱绞龙1b内部工作为绞龙电机带动绞龙轴旋转通过连接在绞龙轴上的编码器进行计数，元素箱控制器1c进行运算控制绞龙轴转数，元素箱绞龙1b进行定量输送铝合金中间合金颗粒3；

送料机构2由送料斗升降电机2a、送料斗升降支架2b、送料斗平台横向电机2c、送料斗开合机构2d、开合气阀2e、送料斗2f，送料斗升降蜗杆2g、送料斗升降涡轮箱2h、送料斗平台纵向电机 2i、送料斗平台纵向导轨2j，送料斗平台横向导轨2k等零件组成。送料升降电机2a安装固定在送料斗升降支架2b一侧，与连接送料斗升降蜗杆2g、送料斗升降涡轮箱2h、送料斗2f等部件相连接，送料斗2f通过送料升降电机2a控制送料斗升降蜗杆2g和送料斗升降涡轮箱2h上下升降运动。送料斗2f一侧安装送料斗开合机构 2d和开合气阀2e，开合气阀2e控制送料斗2f的打开与关闭。送料斗升降支架2b另一侧安装送料斗平台纵向电机2i，送料斗平台纵向电机2i下方安装送料斗平台纵向导轨2j，送料斗平台纵向电机 2i控制整个送料机构2进行纵向运动。送料斗平台纵向导轨2j的下方两侧安装送料斗平台横向电机2c和送料斗平台横向导轨2k，送料斗平台横向电机2c控制整个送料机构2的横向运动。本发明通过送料机构2附带的送料斗电机横向电机2c与送料斗纵向电机 2i相结合，将送料斗2f移动到任意一个元素箱1a的配料口下方。

元素箱组件1固定在送料机构2一侧，送料机构2可根据需要进行移动。具体操作：当送料机构2移动到一个元素箱1下方时，元素箱1开始旋转输出铝合金中间合金颗粒3，落入元素箱1内。当元素箱1出料结束后，计算机发出信号，代表单个元素出料完成，送料斗2f则开始按照程序设定移动到第二个指定元素箱1a下方，进行第二个合金元素的收集。以此类推，进行各种基因组铝合金元素的收集与混合。当所有基因组铝合金元素全部收集完成后，送料斗2f通过升降电机2a将送料斗2f提起，送料斗2f在送料斗升降电机2a与送料斗平台横向电机2c、送料斗平台纵向电机2i共同做下，送料斗2f精确到达试样坩埚5口上方，送料斗2f开合机构 2d通过开合气阀2e控制气缸将闸口打开，混合后的铝合金中间合金落入试验坩埚5内，完成一组基因组铝合金元素成分的配料。随后，元素箱1从新回到机床原点，代表第一组基因组铝合金元素的配比完成。以此循环，按照这一流程，进行第二组基因组铝合金元素配料。本发明基因组高通量技术的高性能铝合金材料的制备装备设置120个试样坩埚，可一次性配置120个不同成分试样，实现元素成分通过高通量运算工控机9建立基因组数据库，一次性配比，一次性生产，找出高性能铝合金基因规律，实现高效率制备高性能铝合金。

熔炼装置由加热部分与搅拌部分组成，熔炼炉4我们采用的是底部加热的结构，炉膛底部安装加热电阻带或者加热丝，进行集中熔炼加热，集中控温。集中控温的目的是均匀化炉子内部温度场，这样单个试样坩埚受热也将非常均匀，制备试样条件也相对一致。本发明采用3组熔炼炉各自独立工作，每组熔炼炉包含40个试样坩埚，三组熔炼炉可集中控温，也可单组控温。集中控温主要能实现材料加热的一致性，单独控温则可实现材料阶梯式加热，阶梯式加热目的是可进行研究不同温度对材料基因组的产生影响。

在熔炼环节，熔炼的铝合金融化后，要进行充分均匀化搅拌，传统机械搅拌很容易将外界氧化物或者杂质带进铝液，同时也不能精确控制每一次搅拌力度与时间。我们采用电磁搅拌方式利用电磁力推动金属液进行定性流动和金属液交变运动；本发明三组熔炼炉分别安装有三组搅拌器位于熔炼炉4四周，三组搅拌磁场为独立控制搅拌力度和搅拌方向，可实现同时搅拌，也可实现独立搅拌控制。独立搅拌的设计对研究不同搅拌状态下相同铝合金基因组的变化有着至关重要的作用。

本发明试样坩埚5采用不锈钢或者等同陶瓷类耐高温耐热冲击的不导磁材质，坩埚内部形状为锥筒结构，带有1.5°-4°脱模角度，坩埚内部热喷涂氮化硼涂层，减小铝合金与坩埚壁之间的材料润湿性，坩埚外圆设卡槽，方便机械手进行抓取。

于此同时，本发明也在材料均匀化电磁搅拌功能上做了衍射，衍射到材料凝固学，我们在材料固液态转变时，进行电磁搅拌干扰，铝合金溶液可通过在电磁搅拌下凝固，从而实现液态金属在凝固时，通过电磁搅拌打碎枝晶、细化晶粒，得到固态金属的非枝晶态，大幅度提高铝合金材料的综合性能。

铝合金试样凝固后，通过取件机器人8进行抓取存放，整个制备流程完全数字化。

本发明通过上述技术方案，进行高通量配比、加热、溶解、搅拌、凝固、冷却，得到不同种基因组铝合金试样，取件机器人8可通过程序编程进行抓取，完全依靠机械自动化控制，实现基因组高通量技术的高性能铝合金材料的制备。

实施例

首先，我们将各种元素的铝合金中间合金制备成形状为 2mmx2mmx2mm颗粒，将各种元素的铝合金中间合金颗粒3，分别装入不同的元素箱1a内。本发明设计元素箱1a数量为18个，18个元素箱1a装载着18种不同元素铝合金中间合金颗粒，元素箱1依次排列。送料斗2f根据高通量运算工控机9运算安排，送料斗2f按照指定路线到达元素箱1的正下方，元素箱1开始进行送料，元素箱1里面的一种元素铝合金中间合金颗粒落入送料斗2f内，送料斗2f装好铝合金中间合金3后，送料斗2f按照指定路线到达第二个元素箱的正下方，此时第二个元素箱开始送料，同样第二种元素铝合中间合金颗粒3落入送料斗2f内，以此类推，配比所需要的全部元素。铝合金全部元素根据需要全部收集到送料斗2f内，此时第一组元素合金成分配比完成。接着通过送料斗2f升降电机2a与送料斗平台横向电机2c和送料斗平台纵向电机2i共同配合，将送料斗 2f按照指定位置移动到指定试样坩埚5的正上方，送料斗开合机构 2d打开闸门，把配比好的混合元素铝合金中间合金落入指定试样坩埚5内，这样就完成第一组铝合金成分的配比与加入，机床回到原点。周而复始，再进入下一组配料流程。本发明设计120个坩埚，可根据研发需要同时进行120种基因组新材料铝合金的调料。

当所有配料全部完成并加入坩埚后，后进入熔炼环节，熔炼炉 4开始加热，混合铝合金中间合金颗粒被融化，此时电磁搅拌6开始按照程序设定要求搅拌，搅拌结束后，关闭熔炼炉4，开始进行冷却，熔炼温控系统7一直监测铝液温度，当温度降至液相线时，电磁搅拌6继续工作，直至铝液凝固，电磁搅拌6停止，此时试样制备完成。制备试样完全凝固后，可通过取件机器人8以此进行抓取存放，从而实现基因组高通量铝合金试样制备。

上面结合附图对本发明作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施例，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。

Claims (10)

1.一种基于基因组高通量技术的高性能铝合金材料的制备装备，其特征在于包括：元素箱组件、送料斗机构、熔炼装置；

元素箱组件安装在设备的一端；送料斗机构上设置有与元素箱组件配合的漏斗和可水平、垂直移动的移动装置，使其根据水平设置的多个元素箱获取元素后，再通过垂直移动放入下一工位的熔炼装置；

位于装备下部水平设置至少一个以上熔炼装置，熔炼装置由加热部分与搅拌部分组成，其上端两侧设有平行移动导轨，送料斗机构沿着导轨水平移动至各熔炼装置后通过漏斗张合将元素分装在熔炼装置内的试样坩埚；元素箱数量为x个，x≥1；每个装载着x种不同元素铝合金中间合金颗粒；试样坩埚膛底部安装加热装置、电磁搅拌装置以及熔炼温控系统；

在材料固液态转变时，进行电磁搅拌干扰，铝合金溶液可通过在电磁搅拌下凝固，当所有配料全部完成并加入试样坩埚后，进入熔炼环节，熔炼炉开始加热，混合铝合金中间合金颗粒被融化，此时电磁搅拌开始按照程序设定要求搅拌，搅拌结束后，关闭熔炼炉，开始进行冷却，熔炼温控系统一直监测铝液温度，当温度降至液相线时，电磁搅拌继续工作，直至铝液凝固，电磁搅拌停止，试样制备完成。

2.根据权利要求1所述的基于基因组高通量技术的高性能铝合金材料的制备装备，其特征在于：元素箱组件包括元素箱、元素箱绞龙、元素箱控制器；元素箱与元素箱绞龙的中部连通，并成一定角度设置；元素箱绞龙一端为出料口，另一端与元素箱电机连接；控制器安装在元素箱电机的下部；元素箱绞龙即螺旋输送机中带叶片的螺旋轴，旋转的螺旋叶片将物料推移而进行螺旋输送机输送；元素箱一端与元素箱绞龙的中部连通，另一端为进料口，进料口与元素箱主体呈一定角度设置；元素箱电机带动元素箱绞龙旋转通过连接在绞龙轴上的元素箱控制器的编码器进行计数，元素箱控制器进行运算控制绞龙转数，绞龙进行定量输送铝合金中间合金颗粒。

3.根据权利要求2所述的基于基因组高通量技术的高性能铝合金材料的制备装备，其特征在于送料机构包括送料斗升降电机、送料斗升降支架、送料斗平台横向电机、送料斗开合机构、开合气阀、送料斗，送料斗升降蜗杆、送料斗升降涡轮箱、送料斗平台纵向电机、送料斗平台纵向导轨，送料斗平台横向导轨；送料升降电机安装固定在垂直运动的送料斗升降支架顶端，送料升降电机、连接送料斗升降蜗杆、送料斗升降涡轮箱、送料斗依次相连接，送料斗位安装在送料斗升降涡轮箱下端，送料斗开合机构为漏斗形状，上端开放，下端设有开合机构；送料斗开合机构上安装驱动开合的开合气阀；送料斗通过送料升降电机控制送料斗升降蜗杆和送料斗升降涡轮箱进行垂直升降运动；送料斗升降支架沿水平方向安装送料斗平台纵向电机，送料斗平台纵向电机通过双座下方的U型槽与送料斗平台纵向导轨配合；送料斗平台纵向电机控制整个送料机构进行纵向运动。送料斗平台纵向导轨的下方通过底板的两侧安装送料斗平台横向电机，送料斗平台横向电机与送料斗平台横向导轨，送料斗平台横向电机控制整个送料机构的横向运动。

4.根据权利要求1所述的基于基因组高通量技术的高性能铝合金材料的制备装备，其特征在于：元素箱数量为n个，n≥1；每个装载着n种不同元素铝合金中间合金颗粒；这些不同的铝合金中间合金颗粒物理特征的信息被输入高通量运算工控机内，待后期运算使用。

5.根据权利要求1所述的基于基因组高通量技术的高性能铝合金材料的制备装备，其特征在于：采用m组熔炼炉各自独立工作，每组熔炼炉包含n/m个试样坩埚，m组熔炼炉集中控温或单组控温。

6.根据权利要求5所述的基于基因组高通量技术的高性能铝合金材料的制备装备，其特征在于熔炼装置由加热部分与搅拌部分组成，熔炼炉为底部加热的结构，炉膛底部安装加热电阻带或者加热丝，m组熔炼炉分别安装有m组搅拌器位于熔炼炉四周，即炼炉炉膛外部安装三组电磁搅拌线圈，m组搅拌磁场为独立控制搅拌力度和搅拌方向，实现同时搅拌或独立搅拌控制。

7.根据权利要求1所述的基于基因组高通量技术的高性能铝合金材料的制备装备，其特征在于：试样坩埚采用不锈钢或者等同陶瓷类耐高温耐热冲击的不导磁材质，坩埚内部形状为锥筒结构，带有1.5°-4°脱模角度，坩埚内部热喷涂氮化硼涂层。

8.一种使用如权利要求1-7任一所述的制备装备的制备方法，其特征在于包括：

元素提取步骤

元素箱绞龙内部工作为绞龙电机带动绞龙轴旋转通过连接在绞龙轴上的编码器进行计数，元素箱控制器进行运算控制绞龙轴转数，元素箱绞龙进行定量输送铝合金中间合金颗粒；

通过送料机构附带的送料斗电机横向电机与送料斗纵向电机相结合，将送料斗移动到任意一个元素箱的配料口下方；当送料机构移动到一个元素箱下方时，元素箱开始旋转输出铝合金中间合金颗粒，落入元素箱内；

当元素箱出料结束后，计算机发出出料停止信号，送料斗则根据控制移动到指定元素箱下方，进行第二个合金元素的收集，以此类推，进行各种基因组铝合金元素的收集与混合；

当所有基因组铝合金元素全部收集完成后，送料斗通过升降电机将送料斗提起，送料斗在送料斗升降电机与送料斗平台横向电机、送料斗平台纵向电机共同做下，送料斗精确到达试样坩埚口上方，送料斗开合机构通过开合气阀控制气缸将闸口打开，混合后的铝合金中间合金落入试验坩埚内，完成一组基因组铝合金元素成分的配料。

随后，元素箱1从新回到机床原点，代表第一组基因组铝合金元素的配比完成。以此循环；

熔炼步骤

N*m个试样坩埚，可一次性配置N*m个不同成分试样，实现元素成分通过高通量运算工控机建立基因组数据库；熔炼装置下端的熔炼炉，底部加热，炉膛底部安装加热电阻带或者加热丝；用m组熔炼炉各自独立工作，每组熔炼炉包含n个试样坩埚，m组熔炼炉集中控温或单组控温；采用电磁搅拌方式利用电磁力推动金属液进行定性流动和金属液交变运动；m组熔炼炉分别安装有m组搅拌器位于熔炼炉四周，m组搅拌磁场为独立控制搅拌力度和搅拌方向，可实现同时搅拌，也可实现独立搅拌控制；

抓取步骤

试样坩埚采用不锈钢或者等同陶瓷类耐高温耐热冲击的不导磁材质，坩埚内部形状为锥筒结构，带有1.5°-4°脱模角度，坩埚内部热喷涂氮化硼涂层，减小铝合金与坩埚壁之间的材料润湿性，坩埚外圆设卡槽，方便机械手进行抓取；铝合金试样凝固后，通过取件机器人进行抓取存放。

9.根据权利要求8所述的制备装备的制备方法，其特征在于包括：在材料固液态转变时，进行电磁搅拌干扰，铝合金溶液通过在电磁搅拌下凝固。

10.根据权利要求9所述的制备装备的制备方法，其特征在于包括：当所有配料全部完成并加入坩埚后，后进入熔炼环节，熔炼炉开始加热，混合铝合金中间合金颗粒被融化，此时电磁搅拌开始按照程序设定要求搅拌，搅拌结束后，关闭熔炼炉，开始进行冷却，熔炼温控系统一直监测铝液温度，当温度降至液相线时，电磁搅拌继续工作，直至铝液凝固，电磁搅拌停止，此时试样制备完成。制备试样完全凝固后，可通过取件机器人以此进行抓取存放，从而实现基因组高通量铝合金试样制备。

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