[发明专利]一种金属熔体扩散样品的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种金属熔体扩散样品的制备方法，适用于二元或多元合金或其它非金属材料在熔融态下互扩散系数的测量。

背景技术

对于常温下液体扩散的研究已有前人做过大量研究，如硫酸铜溶液于水中扩散等。但由于技术条件的限制，迄今为止对于高温熔融金属合金熔体还没有较好的扩散设备。

金属熔体的扩散行为在熔体的凝固过程中扮演重要角色，是影响晶体形核和长大过程的关键动力学参数。在一些合金体系的研究中发现，改变熔体的扩散系数能够直接改变凝固组织的成分分布和微观形貌，因此，金属熔体的扩散系数也是进行金属材料设计的必备参数之一。另外，考虑到金属熔体是一类特殊的无序结构体系，其结构相对简单，可以用硬球密堆积模型来描述，因此研究这样一种体系的质量输运性质，有助于深入认识无序态系统的传质过程的一般规律。同时对于某些独特的合金体系，其熔体的扩散行为也相应地表现出特殊性，例如，在块体金属玻璃合金熔体中，其扩散系数比一般简单金属熔体小2-3个数量级，表现出典型的慢的扩散行为，因此研究熔体的扩散系数也是认识合金熔体性质的重要方面。从1855菲克扩散定律的发现和1905年爱因斯坦发表的关于布朗运动的论文以来，人们对液体扩散现象的研究已经有一百多年的历史了，但人们对液态金属扩散行为的研究只有几十年的时间，测量技术和理论都不成熟。比如，用不同的方法测量同一体系的扩散系数往往差异很大，有的差别甚至超过1倍。

发明内容

本发明是为避免上述现有技术所存在的不足之处，提供一种金属熔体扩散样品的制备方法，以期对金属熔体扩散系数进行精确的测量，为从事相关的金属研究及铸造提供可靠的依据。

本发明为解决技术问题采用如下技术方案：

本发明金属熔体扩散样品的制备方法是设置金属熔体扩散设备为：

在真空腔体中设置一框架，在所述框架中固定设置以石墨为材质的扩散台；所述扩散台为一呈竖向固定的柱状体；在所述扩散台的外围设置有加热器件；所述扩散台为一组件，包括：

一固定底座，在所述固定底座的中心沿轴向设置有固定样品柱，所述固定样品柱的中央设置为封底且敞口的固定样品柱腔，所述固定样品柱与固定底座的顶面平齐；在所述扩散台的两侧分别设置有固定夹板；

一滑动块，所述滑动块放置在固定底座的顶面上，并可在固定底座的顶面水平滑动，在所述滑动块中呈竖向平行设置第一样品柱腔和第二样品柱腔；通过滑动块在固定底座的顶面上的水平滑动分别获得第一工作位和第二工作位，所述第一工作位是第一样品柱腔与固定样品柱腔处在竖向对接的位置上；所述第二工作位是第二样品柱腔与固定样品柱腔处在竖向对接的位置上；

一顶板，设置在滑动块的顶部，与所述固定底座共同构成滑动块的水平限位滑道；

在所述真空腔体的侧壁上分别设置一抽真空端口和一可通入冷却气体的冷却气体导入端口；

一推杆，贯穿所述真空腔体的侧壁，推杆的前端与所述滑动块固定连接，以使滑动块能够在第一工位与第二工位之间滑动；

以金属熔体扩散设备制备扩散样品的方法按如下过程进行：

a、使滑动块与固定底座之间处在第一工作位，第一样品柱腔与固定样品柱腔处在竖向对接的位置上；将第一样品置于固定样品柱上的固定样品柱腔中，并且使第一样品的顶端凸出在第二样品柱腔中；将第二样品置于滑动块上的第二样品柱腔中；

b、按设定的真空度、温度和时间对扩散台进行加热，使第一样品和第二样品均熔融为液态，熔融为液态第一样品充满固定样品柱腔并有部分液态样品进入第一样品柱腔；

c、利用推杆水平推移滑动块，使滑动块与固定底座之间转为第二工作位；通过滑动块的移动，对位于第一样品柱腔中的第一样品形成剪切，并将第二样品柱腔与固定样品柱腔对接，使第一样品与第二样品竖向对接形成扩散偶；

d、按设定的真空度、温度和时间对扩散台进行加热，使得在第一样品与第二样品之间形成扩散，并开始记录保温时间；

e、通过冷却气体导入端口向真空腔体中导入冷气体，使扩散偶冷却凝固即得扩散样品，记录冷却时间和降温曲线图。

与已有技术相比，本发明有益效果体现在：

本发明是以滑动块和固定底座之间的两个不同的工作位实现金属液在样品柱腔中的剪切，通过剪切去除了材料表面轻微氧化产生的氧化皮，同时也去除了升温过程中已发生扩散现象的系统误差，在降温过程中大幅减小余温扩散时间，使得后续对于扩散样品进行扩散系数测量更为精确合理。

附图说明

图1为以本发明构成测试系统示意图；