CN117983933A - 一种稀土单晶合金和陶瓷高通量界面反应装置及方法 - Google Patents
一种稀土单晶合金和陶瓷高通量界面反应装置及方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN117983933A CN117983933A CN202410384796.9A CN202410384796A CN117983933A CN 117983933 A CN117983933 A CN 117983933A CN 202410384796 A CN202410384796 A CN 202410384796A CN 117983933 A CN117983933 A CN 117983933A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- rare earth
- single crystal
- alloy
- robot system
- welding
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 136
- 239000000956 alloy Substances 0.000 title claims abstract description 136
- 229910052761 rare earth metal Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 110
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 title claims abstract description 104
- 150000002910 rare earth metals Chemical class 0.000 title claims abstract description 80
- 239000013078 crystal Substances 0.000 title claims abstract description 76
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 title claims abstract description 57
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 33
- 238000003466 welding Methods 0.000 claims abstract description 147
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N Argon Chemical compound [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 110
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 claims abstract description 55
- 230000008569 process Effects 0.000 claims abstract description 18
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 claims abstract description 17
- 238000001816 cooling Methods 0.000 claims abstract description 15
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 14
- 230000004907 flux Effects 0.000 claims abstract description 13
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims abstract description 3
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims abstract description 3
- 239000002131 composite material Substances 0.000 claims description 20
- 238000005452 bending Methods 0.000 claims description 17
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 claims description 9
- 239000011888 foil Substances 0.000 claims description 9
- 238000006557 surface reaction Methods 0.000 claims description 9
- 238000012360 testing method Methods 0.000 claims description 8
- 239000012636 effector Substances 0.000 claims description 7
- 239000012720 thermal barrier coating Substances 0.000 claims description 7
- 238000000576 coating method Methods 0.000 claims description 6
- 239000011256 inorganic filler Substances 0.000 claims description 4
- 229910003475 inorganic filler Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 238000012546 transfer Methods 0.000 claims description 4
- 230000008859 change Effects 0.000 claims description 3
- 238000005245 sintering Methods 0.000 claims description 3
- 238000007711 solidification Methods 0.000 claims description 3
- 230000008023 solidification Effects 0.000 claims description 3
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 claims description 2
- 238000004891 communication Methods 0.000 claims description 2
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims 1
- 238000003723 Smelting Methods 0.000 abstract description 2
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 9
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 9
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 9
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 6
- 238000013461 design Methods 0.000 description 5
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 5
- 230000005012 migration Effects 0.000 description 4
- 238000013508 migration Methods 0.000 description 4
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 4
- 230000002195 synergetic effect Effects 0.000 description 4
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 229910000601 superalloy Inorganic materials 0.000 description 3
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000005266 casting Methods 0.000 description 2
- 125000004435 hydrogen atom Chemical group [H]* 0.000 description 2
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 2
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 2
- 238000002441 X-ray diffraction Methods 0.000 description 1
- 230000004075 alteration Effects 0.000 description 1
- PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N aluminium oxide Inorganic materials [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000000712 assembly Effects 0.000 description 1
- 238000000429 assembly Methods 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 235000015895 biscuits Nutrition 0.000 description 1
- 239000000498 cooling water Substances 0.000 description 1
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 1
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 1
- 238000004453 electron probe microanalysis Methods 0.000 description 1
- 238000009413 insulation Methods 0.000 description 1
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 1
- 238000005086 pumping Methods 0.000 description 1
- 239000000523 sample Substances 0.000 description 1
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
- 229910052727 yttrium Inorganic materials 0.000 description 1
- RUDFQVOCFDJEEF-UHFFFAOYSA-N yttrium(III) oxide Inorganic materials [O-2].[O-2].[O-2].[Y+3].[Y+3] RUDFQVOCFDJEEF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
- B23K9/00—Arc welding or cutting
- B23K9/16—Arc welding or cutting making use of shielding gas
- B23K9/167—Arc welding or cutting making use of shielding gas and of a non-consumable electrode
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
- B23K9/00—Arc welding or cutting
- B23K9/04—Welding for other purposes than joining, e.g. built-up welding
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
- B23K9/00—Arc welding or cutting
- B23K9/23—Arc welding or cutting taking account of the properties of the materials to be welded
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C30—CRYSTAL GROWTH
- C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
- C30B29/00—Single crystals or homogeneous polycrystalline material with defined structure characterised by the material or by their shape
- C30B29/10—Inorganic compounds or compositions
- C30B29/52—Alloys
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C30—CRYSTAL GROWTH
- C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
- C30B35/00—Apparatus not otherwise provided for, specially adapted for the growth, production or after-treatment of single crystals or of a homogeneous polycrystalline material with defined structure
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E30/00—Energy generation of nuclear origin
- Y02E30/10—Nuclear fusion reactors
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Plasma & Fusion (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Ceramic Products (AREA)
Abstract
本发明属于合金冶炼技术领域，特别涉及一种稀土单晶合金和陶瓷高通量界面反应装置及方法。该装置包括气氛环境制备系统、氩弧焊机器人系统Ⅰ、氩弧焊机器人系统Ⅱ、搬运机器人系统、温控焊接胎具及多孔陶瓷板组件，其中气氛环境制备系统用于提供焊接工艺环境，搬运机器人系统用于多孔陶瓷板组件的搬运，温控焊接胎具用于承载多孔陶瓷板组件且控制合金冷却温度，多孔陶瓷板组件具有多种反应界面，氩弧焊机器人系统Ⅰ和氩弧焊机器人系统Ⅱ协调作业在多孔陶瓷板组件上实施连续堆焊，形成稀土改性单晶合金。本发明通过不同反应界面高通量获得不同金属特性的稀土改性单晶合金，以研究界面材料的反应条件和演变规律。
Description
技术领域
本发明属于合金冶炼技术领域，特别涉及一种稀土单晶合金和陶瓷高通量界面反应装置及方法。
背景技术
稀土元素改性的单晶高温合金在铸造过程中，稀土元素改性的单晶高温合金与坩埚、型芯、型壳的陶瓷界面会有一系列的物料和化学界面反应。界面反应与稀土元素含量、工艺温度、气氛(真空、氩气、氢气）有关，制备完成的稀土元素改性的单晶高温合金与热障涂层同样也有界面反应。
研究界面材料的反应条件和演变规律，深刻认识稀土等活性元素的迁移规律和相互协同关系，认清稀土和陶瓷界面的反应机理，可以为优化单晶高温合金成分设计和提高使役性能奠定坚实的科学依据和理论支撑。因此,设计一种稀土单晶合金和陶瓷高通量界面反应装置是很有必要的。
发明内容
针对上述问题，本发明的目的在于提供一种稀土单晶合金和陶瓷高通量界面反应装置及方法。
为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
本发明一方面提供一种稀土单晶合金和陶瓷高通量界面反应装置，包括气氛环境制备系统、氩弧焊机器人系统Ⅰ、氩弧焊机器人系统Ⅱ、搬运机器人系统、温控焊接胎具及多孔陶瓷板组件，其中气氛环境制备系统用于提供焊接工艺环境，搬运机器人系统用于多孔陶瓷板组件的搬运，温控焊接胎具用于承载多孔陶瓷板组件且控制合金冷却温度，多孔陶瓷板组件具有多种反应界面，氩弧焊机器人系统Ⅰ和氩弧焊机器人系统Ⅱ协调作业在多孔陶瓷板组件上实施连续堆焊，形成稀土改性单晶合金。
在一种可能实现的方式中，所述多孔陶瓷板组件包括折弯板和放置于折弯板上的陶瓷板，其中折弯板的材质采用单晶母合金；陶瓷板上设有多个用作坩埚侧壁的长腰孔，各长腰孔的侧壁具有不同反应特性的陶瓷表面反应层。
在一种可能实现的方式中，各所述长腰孔的侧壁涂覆无机填料组分不同的涂料，通过烧结形成多种材质和表面状态的所述陶瓷表面反应层。
在一种可能实现的方式中，所述氩弧焊机器人系统Ⅰ和所述氩弧焊机器人系统Ⅱ分别通过高温母合金焊丝Ⅰ和复合材料焊丝进行堆焊，其中复合材料焊丝材料为包含有稀土元素的高温母合金，高温母合金焊丝Ⅰ和复合材料焊丝在所述陶瓷板的长腰孔内形成含有稀土元素的高温合金熔池。
在一种可能实现的方式中，所述复合材料焊丝包括高温母合金焊丝Ⅱ和稀土合金箔丝带，其中稀土合金箔丝带呈螺旋状缠绕于高温母合金焊丝Ⅱ的外侧，且相对高温母合金焊丝Ⅱ固定。
在一种可能实现的方式中，所述氩弧焊机器人系统Ⅰ包括工业机器人Ⅰ及设置于工业机器人Ⅰ执行末端的焊枪Ⅰ；
所述氩弧焊机器人系统Ⅱ包括工业机器人Ⅱ及设置于工业机器人Ⅱ执行末端的焊枪Ⅱ；
所述搬运机器人系统包括工业机器人Ⅲ及设置于工业机器人Ⅲ执行末端的搬运末端执行器，其中搬运末端执行器为叉形结构，用于叉取所述多孔陶瓷板组件。
在一种可能实现的方式中，所述温控焊接胎具包括变位机及设置于变位机上的温控台，变位机用于控制温控台旋转，温控台用于提供冷却温度。
本发明另一方面提供一种稀土单晶合金和陶瓷高通量界面反应方法，通过如上所述的稀土单晶合金和陶瓷高通量界面反应装置实现，该方法包括以下步骤：
步骤S1：通过气氛环境制备系统将空气氛围改为焊接工艺气氛环境；
步骤S2：搬运机器人系统将多孔陶瓷板组件放置在温控焊接胎具上；
步骤S3：氩弧焊机器人系统Ⅰ和氩弧焊机器人系统Ⅱ分别通过高温母合金焊丝Ⅰ和复合材料焊丝在陶瓷板上的一长腰孔内进行堆焊，形成含有稀土元素的高温合金熔池，含有稀土元素的高温合金熔池从长腰孔的一端向另一端持续生长；同时通过温控焊接胎具提供冷却固化温度，形成稀土改性单晶合金；
步骤S4：完成陶瓷板上的所有长腰孔内的连续堆焊，各长腰孔内侧的不同反应特性的陶瓷表面反应层会与含有稀土元素的高温合金熔池反应，获得多个不同金属特性的稀土改性单晶合金；
步骤S5：搬运机器人系统将多孔陶瓷板组件及其上的多个稀土改性单晶合金一同搬运脱离温控焊接胎具；
步骤S6：气氛环境制备系统将焊接气氛更换为正常空气氛围，将陶瓷板与折弯板分离，将多个条形的稀土改性单晶合金取出。
在一种可能实现的方式中，通过控制氩弧焊机器人系统Ⅰ和氩弧焊机器人系统Ⅱ的送丝速度，使稀土改性单晶合金内的稀土元素的质量百分比梯度渐变。
在一种可能实现的方式中，对获得的所述稀土改性单晶合金进行梯度渐变稀土含量单晶合金与陶瓷界面测试分析；
将获得的所述稀土改性单晶合金做热障涂层工艺，再进行梯度渐变稀土含量单晶合金与热障涂层界面测试分析。
本发明的优点及有益效果是：本发明提供的一种稀土单晶合金和陶瓷高通量界面反应装置及方法，通过不同反应界面高通量获得不同材料特性的稀土改性单晶合金，以研究界面材料的反应条件和演变规律，了解稀土等活性元素的迁移规律和相互协同关系，获得稀土和陶瓷界面的反应机理。
本发明高通量分析效率高，自动化程度高，出错概率小，人工参与少，污染少。
本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：
图1为本发明一种稀土单晶合金和陶瓷高通量界面反应装置的等轴测视图；
图2为图1中A处局部放大图；
图3为本发明一种稀土单晶合金和陶瓷高通量界面反应装置的俯视图；
图4为本发明中多孔陶瓷板组件的等轴测视图。
图中：1-气氛环境制备系统，101-真空室，102-控制单元，103-真空单元，104-氩气单元，105-氢气单元，106-水冷及温控单元，2-氩弧焊机器人系统Ⅰ，201-焊枪Ⅰ，202-工业机器人Ⅰ，3-氩弧焊机器人系统Ⅱ，301-焊枪Ⅱ，302-工业机器人Ⅱ，4-搬运机器人系统，401-工业机器人Ⅲ，402-搬运末端执行器，5-温控焊接胎具，501-变位机，502-温控台，6-陶瓷板，601-长腰孔，7-高温母合金焊丝Ⅰ，8-复合材料焊丝，801-高温母合金焊丝Ⅱ，802-稀土合金箔丝带，9-含有稀土元素的高温合金熔池，10-挂架，11-折弯板，12-稀土改性单晶合金。
具体实施方式
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明一实施例提供一种稀土单晶合金和陶瓷高通量界面反应装置，以研究界面材料的反应条件和演变规律。参见图1至图4所示，该稀土单晶合金和陶瓷高通量界面反应装置，包括气氛环境制备系统1、氩弧焊机器人系统Ⅰ2、氩弧焊机器人系统Ⅱ3、搬运机器人系统4、温控焊接胎具5及多孔陶瓷板组件，其中气氛环境制备系统1用于提供焊接工艺环境，搬运机器人系统4用于多孔陶瓷板组件的搬运，温控焊接胎具5用于承载多孔陶瓷板组件且控制合金冷却温度，多孔陶瓷板组件具有多种反应界面，氩弧焊机器人系统Ⅰ2和氩弧焊机器人系统Ⅱ3协调作业在多孔陶瓷板组件上实施连续堆焊，形成稀土改性单晶合金12。
参见图1、图3所示，本发明的实施例中，气氛环境制备系统1包括真空室101及设置于真空室101上的控制单元102及保护气充气单元，保护气充气单元包含真空单元103、氩气单元104、氢气单元105及水冷及温控单元106。控制单元102用于控制工业机器人Ⅰ202、工业机器人Ⅱ302、工业机器人Ⅲ401及温控焊接胎具5作业。真空单元103用于真空室101抽真空；氩气单元104、氢气单元105分别用于向真空室101内充入氩气、氢气；水冷及温控单元106用于温控焊接胎具5的冷却温度。
进一步地，真空室101内设有挂架10，挂架10上由下至上存放有多组多孔陶瓷板组件。
本发明的实施例中，温控焊接胎具5包括变位机501及设置于变位机501上的温控台502，变位机501用于控制温控台502旋转，温控台502用于提供冷却温度。具体地，变位机501为单自由度变位机，但不限于单自由度。温控台502包含水冷、保温隔热垫、传感器和热电偶等结构，温控台502与地面可以通过回转接头联通冷却水、电、信号等。
参见图4所示，本发明的实施例中，多孔陶瓷板组件包括折弯板11和放置于折弯板11上的陶瓷板6，其中折弯板11的材质采用单晶母合金，折弯板11的中部为能够放置陶瓷板6的平整面，折弯板11的两侧具有方便搬运的弯折结构。陶瓷板6上设有多个用作坩埚侧壁的长腰孔601，各长腰孔601的侧壁具有不同反应特性的陶瓷表面反应层。
具体地，陶瓷板6为由热压铸工艺批量制备出的陶瓷素坯，其外形为矩形片状且含有十个长腰孔601。各长腰孔601的侧壁涂覆无机填料组分不同的涂料，通过烧结形成多种材质和表面状态的陶瓷表面反应层。无机填料的组分包含不同质量百分比的氧化硅、氧化铝和氧化钇。
参见图1至图3所示，本发明的实施例中，氩弧焊机器人系统Ⅰ2包括工业机器人Ⅰ202及设置于工业机器人Ⅰ202执行末端的焊枪Ⅰ201；氩弧焊机器人系统Ⅱ3包括工业机器人Ⅱ302及设置于工业机器人Ⅱ302执行末端的焊枪Ⅱ301；搬运机器人系统4包括工业机器人Ⅲ401及设置于工业机器人Ⅲ401执行末端的搬运末端执行器402，其中搬运末端执行器402为叉形结构，用于在折弯板11的两侧弯折结构处进行叉取。
参见图1、图2所示，本发明的实施例中，氩弧焊机器人系统Ⅰ2和氩弧焊机器人系统Ⅱ3分别通过高温母合金焊丝Ⅰ7和复合材料焊丝8进行堆焊，其中复合材料焊丝8材料为包含有稀土元素的高温母合金，高温母合金焊丝Ⅰ7和复合材料焊丝8在多孔陶瓷板组件上形成含有稀土元素的高温合金熔池9。具体地，高温母合金优选镍基高温合金。
本发明的实施例中，复合材料焊丝8包括高温母合金焊丝Ⅱ801和稀土合金箔丝带802，其中稀土合金箔丝带802呈螺旋状缠绕于高温母合金焊丝Ⅱ801的外侧，且相对高温母合金焊丝Ⅱ801固定。稀土合金箔丝带802和高温母合金焊丝Ⅱ801之间优选粘接工艺，粘接有机物在氩弧高温中气化。复合材料焊丝8也可利用现有成熟的药芯氩弧焊丝工艺进行量产，高温母合金制备的空心焊丝，在药芯中依据工艺指定质量百分比掺入稀土元素粉末，稀土元素为Y、La、Ce等多种。进一步地，高温母合金焊丝Ⅰ7和高温母合金焊丝Ⅱ801均为单晶母合金焊丝。
本发明提供的一种稀土单晶合金和陶瓷高通量界面反应装置，通过不同反应界面高通量获得不同材料特性的稀土改性单晶合金，深刻认识稀土等活性元素的迁移规律和相互协同关系，认清稀土和陶瓷界面的反应机理，可以为优化单晶高温合金成分设计和提高使役性能奠定坚实的科学依据和理论支撑。
基于上述设计构思，本发明另一实施例提供一种稀土单晶合金和陶瓷高通量界面反应方法，通过上述实施例中的稀土单晶合金和陶瓷高通量界面反应装置实现，该方法包括以下步骤：
步骤S1：通过气氛环境制备系统1将空气氛围更改为焊接工艺气氛环境；
步骤S2：搬运机器人系统4将多孔陶瓷板组件放置在温控焊接胎具5上；
步骤S3：氩弧焊机器人系统Ⅰ2和氩弧焊机器人系统Ⅱ3分别通过高温母合金焊丝Ⅰ7和复合材料焊丝8在陶瓷板6上的一长腰孔601内进行堆焊，形成含有稀土元素的高温合金熔池9，含有稀土元素的高温合金熔池9从长腰孔601的一端向另一端持续生长；同时通过温控焊接胎具5提供冷却固化温度，形成稀土改性单晶合金12；
步骤S4：完成陶瓷板6上的所有长腰孔601内的连续堆焊，在高温液态到固态凝固过程中，各长腰孔601内侧的不同反应特性的陶瓷表面反应层会与含有稀土元素的高温合金熔池9进行一系列的物理和化学等反应，从而获得多个不同材料特性的稀土改性单晶合金12；
步骤S5：搬运机器人系统4将多孔陶瓷板组件及其上的多个稀土改性单晶合金12一同搬运脱离温控焊接胎具5；
步骤S6：气氛环境制备系统1将焊接气氛更换为正常空气氛围，将陶瓷板6与折弯板11分离，将多个条形的稀土改性单晶合金12取出。
进一步地，气氛环境制备系统1提供焊接工艺环境为：经过抽真空，让真空室101排空空气，再放氩气、放氢气，真空室101内充满并维持稳定含量的氩气、氢气。氢气是氩弧的工艺气体，同时也是熔池脱氧的工艺气体，有消耗。氩气用于保压防止泄露。
进一步地，通过控制氩弧焊机器人系统Ⅰ2和氩弧焊机器人系统Ⅱ3的送丝速度，使稀土改性单晶合金12内的稀土元素的质量百分比梯度渐变。
进一步地，对获得的稀土改性单晶合金12进行梯度渐变稀土含量单晶合金与陶瓷界面测试分析；再将获得的稀土改性单晶合金12做热障涂层工艺，再进行梯度渐变稀土含量单晶合金与热障涂层界面测试分析。具体地，界面测试分析包含但不限于X射线衍射相成分分析XRD、电子探针成分测试EPMA微区荧光扫描和微区形貌联动扫描SEM-EDS，目的为深入观察界面反应层、扩散层的成分、组织结构的变化，结合热力学计算，研究单晶合金和陶瓷界面的反应机理。
本发明的实施例中，通过高温母合金焊丝Ⅰ7和复合材料焊丝8在陶瓷板6的长腰孔601内的实施连续堆焊，高温母合金焊丝Ⅰ7和复合材料焊丝8的直径、厚度、合金元素百分比含量等物理量已知。复合材料焊丝8优选稀土合金箔丝带802空间螺旋盘绕在高温母合金焊丝Ⅱ801的方式。因此，氩弧焊机器人系统Ⅰ2和氩弧焊机器人系统Ⅱ3通过焊接控制系统分别控制送丝速度，从而控制含有稀土元素的高温合金熔池9内的稀土元素的质量百分比。含有稀土元素的高温合金熔池的温度为2630℃左右。
本发明提供的一种稀土单晶合金和陶瓷高通量界面反应方法，通过不同反应界面高通量获得不同材料特性的稀土改性单晶合金，深刻认识稀土等活性元素的迁移规律和相互协同关系，认清稀土和陶瓷界面的反应机理，可以为优化单晶高温合金成分设计和提高使役性能奠定坚实的科学依据和理论支撑。该方法人工参与少，污染少，采用氢气工艺气体有助于氩弧起弧，同时氢气工艺气体有助于熔池脱氧。本发明能使氢气含量梯度渐变，进而标定工艺氢气含量；同时节约氩气，不是常规焊接，氩气直接排放到大气中去。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。
Claims (10)
1.一种稀土单晶合金和陶瓷高通量界面反应装置，其特征在于，包括气氛环境制备系统（1）、氩弧焊机器人系统Ⅰ（2）、氩弧焊机器人系统Ⅱ（3）、搬运机器人系统（4）、温控焊接胎具（5）及多孔陶瓷板组件，其中气氛环境制备系统（1）用于提供焊接工艺环境，搬运机器人系统（4）用于多孔陶瓷板组件的搬运，温控焊接胎具（5）用于承载多孔陶瓷板组件且控制合金冷却温度，多孔陶瓷板组件具有多种反应界面，氩弧焊机器人系统Ⅰ（2）和氩弧焊机器人系统Ⅱ（3）协调作业在多孔陶瓷板组件上实施连续堆焊，形成稀土改性单晶合金（12）。
2.根据权利要求1所述的稀土单晶合金和陶瓷高通量界面反应装置，其特征在于，所述多孔陶瓷板组件包括折弯板（11）和放置于折弯板（11）上的陶瓷板（6），其中折弯板（11）的材质采用单晶母合金；陶瓷板（6）上设有多个用作坩埚侧壁的长腰孔（601），各长腰孔（601）的侧壁具有不同反应特性的陶瓷表面反应层。
3.根据权利要求2所述的稀土单晶合金和陶瓷高通量界面反应装置，其特征在于，各所述长腰孔（601）的侧壁涂覆无机填料组分不同的涂料，通过烧结形成多种材质和表面状态的所述陶瓷表面反应层。
4.根据权利要求2所述的稀土单晶合金和陶瓷高通量界面反应装置，其特征在于，所述氩弧焊机器人系统Ⅰ（2）和所述氩弧焊机器人系统Ⅱ（3）分别通过高温母合金焊丝Ⅰ（7）和复合材料焊丝（8）进行堆焊，其中复合材料焊丝（8）材料为包含有稀土元素的高温母合金，高温母合金焊丝Ⅰ（7）和复合材料焊丝（8）在所述陶瓷板（6）的长腰孔（601）内形成含有稀土元素的高温合金熔池（9）。
5.根据权利要求4所述的稀土单晶合金和陶瓷高通量界面反应装置，其特征在于，所述复合材料焊丝（8）包括高温母合金焊丝Ⅱ（801）和稀土合金箔丝带（802），其中稀土合金箔丝带（802）呈螺旋状缠绕于高温母合金焊丝Ⅱ（801）的外侧，且相对高温母合金焊丝Ⅱ（801）固定。
6.根据权利要求4所述的稀土单晶合金和陶瓷高通量界面反应装置，其特征在于，所述氩弧焊机器人系统Ⅰ（2）包括工业机器人Ⅰ（202）及设置于工业机器人Ⅰ（202）执行末端的焊枪Ⅰ（201）；
所述氩弧焊机器人系统Ⅱ（3）包括工业机器人Ⅱ（302）及设置于工业机器人Ⅱ（302）执行末端的焊枪Ⅱ（301）；
所述搬运机器人系统（4）包括工业机器人Ⅲ（401）及设置于工业机器人Ⅲ（401）执行末端的搬运末端执行器（402），其中搬运末端执行器（402）为叉形结构，用于叉取所述多孔陶瓷板组件。
7.根据权利要求2所述的稀土单晶合金和陶瓷高通量界面反应装置，其特征在于，所述温控焊接胎具（5）包括变位机（501）及设置于变位机（501）上的温控台（502），变位机（501）用于控制温控台（502）旋转，温控台（502）用于提供冷却温度。
8.一种稀土单晶合金和陶瓷高通量界面反应方法，其特征在于，通过如权利要求5所述的稀土单晶合金和陶瓷高通量界面反应装置实现，该方法包括以下步骤：
步骤S1：通过气氛环境制备系统（1）将空气氛围改为焊接工艺气氛环境；
步骤S2：搬运机器人系统（4）将多孔陶瓷板组件放置在温控焊接胎具（5）上；
步骤S3：氩弧焊机器人系统Ⅰ（2）和氩弧焊机器人系统Ⅱ（3）分别通过高温母合金焊丝Ⅰ（7）和复合材料焊丝（8）在陶瓷板（6）上的一长腰孔（601）内进行堆焊，形成含有稀土元素的高温合金熔池（9），含有稀土元素的高温合金熔池（9）从长腰孔（601）的一端向另一端持续生长；同时通过温控焊接胎具（5）提供冷却固化温度，形成稀土改性单晶合金（12）；
步骤S4：完成陶瓷板（6）上的所有长腰孔（601）内的连续堆焊，各长腰孔（601）内侧的不同反应特性的陶瓷表面反应层会与含有稀土元素的高温合金熔池（9）反应，获得多个不同金属特性的稀土改性单晶合金（12）；
步骤S5：搬运机器人系统（4）将多孔陶瓷板组件及其上的多个稀土改性单晶合金（12）一同搬运脱离温控焊接胎具（5）；
步骤S6：气氛环境制备系统（1）将焊接气氛更换为正常空气氛围，将陶瓷板（6）与折弯板（11）分离，将多个条形的稀土改性单晶合金（12）取出。
9.根据权利要求8所述的稀土单晶合金和陶瓷高通量界面反应方法，其特征在于，通过控制氩弧焊机器人系统Ⅰ（2）和氩弧焊机器人系统Ⅱ（3）的送丝速度，使稀土改性单晶合金（12）内的稀土元素的质量百分比梯度渐变。
10.根据权利要求9所述的稀土单晶合金和陶瓷高通量界面反应方法，其特征在于，对获得的所述稀土改性单晶合金（12）进行梯度渐变稀土含量单晶合金与陶瓷界面测试分析；
将获得的所述稀土改性单晶合金（12）做热障涂层工艺，再进行梯度渐变稀土含量单晶合金与热障涂层界面测试分析。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202410384796.9A CN117983933B (zh) | 2024-04-01 | 2024-04-01 | 一种稀土单晶合金和陶瓷高通量界面反应装置及方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202410384796.9A CN117983933B (zh) | 2024-04-01 | 2024-04-01 | 一种稀土单晶合金和陶瓷高通量界面反应装置及方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN117983933A true CN117983933A (zh) | 2024-05-07 |
| CN117983933B CN117983933B (zh) | 2024-06-18 |
Family
ID=90901424
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202410384796.9A Active CN117983933B (zh) | 2024-04-01 | 2024-04-01 | 一种稀土单晶合金和陶瓷高通量界面反应装置及方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN117983933B (zh) |
Citations (16)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN85100670A (zh) * | 1985-04-01 | 1986-08-13 | 冶金部钢铁研究总院 | 制造超耐磨耐蚀部件的新方法 |
| CN101302364A (zh) * | 2008-07-04 | 2008-11-12 | 哈尔滨工业大学 | 碳化钨/钴系涂层材料 |
| CN101704171A (zh) * | 2009-09-18 | 2010-05-12 | 江阴东大新材料研究院 | 修补陶瓷复合钢管的陶瓷堆焊焊条及堆焊的方法 |
| CN102825363A (zh) * | 2012-09-11 | 2012-12-19 | 江阴东大新材料研究院 | 手工氩弧焊辅助自蔓延堆焊金属陶瓷随焊锤击加压方法 |
| CN104014912A (zh) * | 2014-06-07 | 2014-09-03 | 中国人民解放军装甲兵工程学院 | 一种钛及钛合金构件弧焊增材再制造方法 |
| CN104117756A (zh) * | 2013-04-23 | 2014-10-29 | 陈威 | 铝合金表面氩弧焊辅助自蔓延反应压力堆焊金属陶瓷方法 |
| CN105951028A (zh) * | 2016-05-09 | 2016-09-21 | 西安交通大学 | 一种同步送粉制备连续渐变结构陶瓷基热障涂层的方法 |
| CN106521244A (zh) * | 2016-12-16 | 2017-03-22 | 北京航空航天大学 | 一种稀土改性的高Mo的Ni3Al基单晶高温合金及其制备方法 |
| CN106563870A (zh) * | 2015-10-12 | 2017-04-19 | 魏利军 | 双钨极电子摆弧（esa）氩弧焊接 |
| CN206415882U (zh) * | 2016-10-31 | 2017-08-18 | 华中科技大学 | 一种大幅面零部件的增减材复合制造设备 |
| CN109262111A (zh) * | 2018-11-29 | 2019-01-25 | 河北科技大学 | 双丝堆焊装置及方法 |
| CN111112794A (zh) * | 2020-01-14 | 2020-05-08 | 三峡大学 | 一种第三相增强金属基复合材料电弧增材制造方法及设备 |
| CN111730177A (zh) * | 2020-05-20 | 2020-10-02 | 山东大学 | 一种低稀释率的双填丝tig堆焊工艺及其应用 |
| RU2735688C1 (ru) * | 2020-05-27 | 2020-11-05 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Томский государственный университет систем управления и радиоэлектроники» | Способ формирования покрытия на металле электронно-лучевой наплавкой керамического порошка |
| CN113385856A (zh) * | 2021-06-12 | 2021-09-14 | 广东博杰特新材料科技有限公司 | 三元硼化物Mo2NiB2合金焊材及其生产工艺 |
| CN218694784U (zh) * | 2022-11-14 | 2023-03-24 | 湖北金华凯机械有限公司 | 一种耐磨钢板双枪堆焊机 |
-
2024
- 2024-04-01 CN CN202410384796.9A patent/CN117983933B/zh active Active
Patent Citations (16)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN85100670A (zh) * | 1985-04-01 | 1986-08-13 | 冶金部钢铁研究总院 | 制造超耐磨耐蚀部件的新方法 |
| CN101302364A (zh) * | 2008-07-04 | 2008-11-12 | 哈尔滨工业大学 | 碳化钨/钴系涂层材料 |
| CN101704171A (zh) * | 2009-09-18 | 2010-05-12 | 江阴东大新材料研究院 | 修补陶瓷复合钢管的陶瓷堆焊焊条及堆焊的方法 |
| CN102825363A (zh) * | 2012-09-11 | 2012-12-19 | 江阴东大新材料研究院 | 手工氩弧焊辅助自蔓延堆焊金属陶瓷随焊锤击加压方法 |
| CN104117756A (zh) * | 2013-04-23 | 2014-10-29 | 陈威 | 铝合金表面氩弧焊辅助自蔓延反应压力堆焊金属陶瓷方法 |
| CN104014912A (zh) * | 2014-06-07 | 2014-09-03 | 中国人民解放军装甲兵工程学院 | 一种钛及钛合金构件弧焊增材再制造方法 |
| CN106563870A (zh) * | 2015-10-12 | 2017-04-19 | 魏利军 | 双钨极电子摆弧（esa）氩弧焊接 |
| CN105951028A (zh) * | 2016-05-09 | 2016-09-21 | 西安交通大学 | 一种同步送粉制备连续渐变结构陶瓷基热障涂层的方法 |
| CN206415882U (zh) * | 2016-10-31 | 2017-08-18 | 华中科技大学 | 一种大幅面零部件的增减材复合制造设备 |
| CN106521244A (zh) * | 2016-12-16 | 2017-03-22 | 北京航空航天大学 | 一种稀土改性的高Mo的Ni3Al基单晶高温合金及其制备方法 |
| CN109262111A (zh) * | 2018-11-29 | 2019-01-25 | 河北科技大学 | 双丝堆焊装置及方法 |
| CN111112794A (zh) * | 2020-01-14 | 2020-05-08 | 三峡大学 | 一种第三相增强金属基复合材料电弧增材制造方法及设备 |
| CN111730177A (zh) * | 2020-05-20 | 2020-10-02 | 山东大学 | 一种低稀释率的双填丝tig堆焊工艺及其应用 |
| RU2735688C1 (ru) * | 2020-05-27 | 2020-11-05 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Томский государственный университет систем управления и радиоэлектроники» | Способ формирования покрытия на металле электронно-лучевой наплавкой керамического порошка |
| CN113385856A (zh) * | 2021-06-12 | 2021-09-14 | 广东博杰特新材料科技有限公司 | 三元硼化物Mo2NiB2合金焊材及其生产工艺 |
| CN218694784U (zh) * | 2022-11-14 | 2023-03-24 | 湖北金华凯机械有限公司 | 一种耐磨钢板双枪堆焊机 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN117983933B (zh) | 2024-06-18 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN102906046B (zh) | 用于在高温下操作的设备衬垫的玻璃陶瓷玻璃组合物以及使用所述组合物的组装方法 | |
| JP7449464B2 (ja) | 高温焼結システムおよび方法 | |
| Zhang et al. | New horizons for inorganic solid state ion conductors | |
| Meesala et al. | Recent advancements in Li-ion conductors for all-solid-state Li-ion batteries | |
| CN104659412B (zh) | 含平面三角形基团的锂碳硼氧化物固态电解质材料和电池 | |
| Jiang et al. | Solid‐State Li Ion Batteries with Oxide Solid Electrolytes: Progress and Perspective | |
| KR102389964B1 (ko) | 전도성 타겟재 | |
| US20120318022A1 (en) | Glass compositions for gaskets of apparatuses operating at high temperatures and assembling method using them | |
| CN109514068A (zh) | 基于电子束热丝熔丝增材制造的装置 | |
| CN103524148B (zh) | 一种表面金属化陶瓷的制造方法 | |
| CN110010895A (zh) | 碳纤维负载氧化镁颗粒交联纳米片阵列复合材料及其制备方法和应用 | |
| CN117983933B (zh) | 一种稀土单晶合金和陶瓷高通量界面反应装置及方法 | |
| CN102503136A (zh) | 中低温固体氧化物燃料电池用封接材料及其制备方法 | |
| CN113823772A (zh) | 二次锂电池用硅碳复合材料及其制备方法 | |
| CN207596952U (zh) | 一种多元磁控溅射装置和制备电极的设备 | |
| CN112467199A (zh) | 一种全固态三层电解质及全固态电池的制备方法 | |
| JPH08138690A (ja) | 固体電解質型燃料電池 | |
| CN113831139A (zh) | 航天发动机燃气舵用C/SiC复合材料及其制备方法 | |
| CN113054215A (zh) | 一种用于燃料电池的金属支撑板的制造方法 | |
| CN110205626B (zh) | 一种功能梯度热障涂层及其制备方法 | |
| CN108281618A (zh) | 一种制备金属氧化物正极的方法 | |
| TWI379455B (en) | Solid oxide fuel cell (sofc) device having gradient interconnect and fabrication method thereof | |
| CN110656258B (zh) | 一种金属/陶瓷复合多孔材料的制备方法 | |
| JP4305898B2 (ja) | 電気化学装置 | |
| CN109576661B (zh) | Zr，Ti，Al多元改性硅化物渗层的两步法制备方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |