[发明专利]合金凝固同步辐射成像静磁场复合直流电作用装置及实验方法

说明书

技术领域

本发明涉及金属材料同步辐射成像技术，尤其涉及一种合金凝固同步辐射成像静磁场复合直流电作用装置及实验方法。

背景技术

在合金凝固过程中施加外场(电场或磁场)，可以产生电磁力效应、电迁移效应、Joule热效应等改变合金熔体内部的温度传输、溶质扩散、熔体流动及界面形态，从而影响晶粒的形核及长大过程、改变金属材料的微观组织，进而最终影响其综合力学性能。很多学者就凝固过程中不同外场(交/直流电、脉冲电流、脉冲磁场、行波磁场等)对合金凝固组织的影响进行了探索，大量研究表明合金凝固过程中施加外场可以有效细化合金的凝固组织，提高其力学性能，但是在外场对合金凝固组织的具体影响机理上，至今仍未形成系统一致的认识。

由于合金的不透明性，外场作用下合金凝固过程中的熔体流动、溶质扩散、枝晶生长速度等许多动态信息难以直接观察，从而限制了有关外场对合金凝固组织影响机理的研究发展。近年来，一种新的技术—同步辐射X射线成像技术开始逐渐被用于动态观察合金的凝固行为，采用同步辐射X射线成像技术原位、动态观察不同外场的施加对合金凝固过程中的现象，有助于更进一步探索外场对合金凝固组织的影响机理。然而，目前尚未见到有关可专门用于同步辐射X射线成像的静磁场复合直流电场实验方法及装置的报导。

发明内容

本发明的目的在于，针对上述现有静磁场复合直流电场实验方法及装置处于空白的问题，提出一种合金凝固同步辐射成像静磁场复合直流电作用装置，该装置结构简单，能实现静磁场复合直流电场作用下合金凝固的同步辐射成像。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种合金凝固同步辐射成像静磁场复合直流电作用装置，包括：供电电路和微型加热炉；

所述微型加热炉为具有设定容置空间的腔体，所述微型加热炉腔体内设置有加热单元，所述微型加热炉相对的两个侧壁上分别设置有通光孔，两个所述通光孔轴线重合，在本发明所述装置工作时，应保证该通光孔与同步辐射X射线和CCD探测器在同一轴线上，所述微型加热炉设置有通光孔的两个侧壁的外侧设置有永磁铁；所述微型加热炉内设置有用于固定样品的样品支架，所述样品支架设置的位置能使透过两个通光孔的X射线垂直照射在样品所在平面上；

所述供电电路包括直流电发生装置、电极，两个所述电极分别可拆卸固定在样品两端，两个所述电极通过线路与直流电发生装置连接。

进一步地，所述微型加热炉的加热单元为珀尔帖元件或电阻加热元件，所述加热单元与样品紧贴，所述微型加热炉的最高加热温度高达500℃；所述微型加热炉的尺寸控制在200cm×100cm×30cm以下。

进一步地，所述微型加热炉侧壁上设置有冷却单元。

进一步地，所述冷却单元为设置在加热炉侧壁内的循环水路，所述循环水路进水口位于下部，出水口位于上部，进水口与出水口与一个冷却水箱连接实现循环水冷。

进一步地，所述微型加热炉两个侧壁上的永磁铁为环形永磁铁，所述环形永磁铁轴线与通光孔轴线重合，所述两块永磁铁的NS极设置需保证两块磁铁相互吸引，所述永磁铁为本发明的静磁场发生装置。

进一步地，所述电极为铝箔电极，所述铝箔电极设置在样品两端，并通过设置在样品两侧的两块陶瓷片夹紧固定。

本发明的另一个目的还提供了一种合金凝固同步辐射成像静磁场复合直流电作用的实验方法，包括以下步骤：

(1)微型加热炉的安装：将所述微型加热炉放置在实验平台上，调整微型加热炉位置保证两个通光孔与同步辐射X射线、CCD探测器在同一轴线上，即同步辐射X射线发射的X射线依次穿过通光孔、样品、通光孔后能被CCD探测器所探测；

(2)样品制备：将薄片状样品放置在用以限制熔体流动的中空云母片中间，将两个电极分别固定在样品的两端，然后用两块陶瓷片将放置有样品的云母片夹紧，并用耐高温胶将两块陶瓷片四周进行密封；

(3)样品的安装及直流电施加：将放置有样品的陶瓷片夹持在样品支架上，并将样品支架固定在加热炉中，使透过通光孔的X射线能垂直照射在样品所在平面上；连接电极与直流电发生装置；