[发明专利]一种高通量且连续快速制备合金样品的装置及方法

说明书

本发明一种高通量且连续快速制备合金样品的装置及方法，该装置包括转动系统、配料系统、加热熔化系统、凝固冷却系统、取样系统、PLC控制系统；配料区、加热熔化区、凝固冷却区、取样区位于转动台上。置于配料区上方的存料器由PLC控制按照预先设定合金成分配比给转动到该区的坩埚进行配料；分别置于加热熔化区和冷却凝固区上方的熔化腔体和冷却装置分别用于熔化和凝固坩埚内合金；置于取样区下方的样品顶出装置用于取出坩埚内凝固样品，从而在转动台上形成配料‑加热熔化‑冷却凝固‑取样循环式一体化合金样品制备。本发明装置结构紧凑、自动化程度高，缩短了材料从原料配比、多炉熔炼和制备的时间进程，可高通量且连续快速制备合金样品。

技术领域

本发明涉及合金制备技术领域，特别是涉及一种高通量且连续快速制备合金样品的装置及方法。

背景技术

金属材料在军用和民用领域有着广泛应用，需求量巨大。但是，金属材料的研发可简单归纳为“试错法”，即依据已有的理论或经验，对目标材料的组分配比给出预测范围，接着进行小批量制备，然后根据对制备样品的表征结果进行组分调整优化，再一次进行制备和表征，经过多次循环最终才能获得目标材料，“试错法”周期长和成本高，已成为制约经济社会发展和技术进步的瓶颈。目前制约轻金属材料的关键问题是强度和耐蚀性问题，一般采用调整合金元素成分及热处理工艺等方法来改善单炉熔炼合金的综合性能。但现有的一次熔炼只能制备一种成分合金的方法，效率低、周期长、成本高。因此材料研究方法亟需革新，发展可加速新材料从发现到应用的新方法和新技术受到了国内外的广泛关注

“材料高通量实验”即在较短的时间内完成大量样品的制备与表征，其主导思想是以量变引起质变，将传统实验中采用的顺序迭代法转变为高通量实验的并行处理法，从而大幅度提高材料研发效率，缩短研发周期，从而达到逐步推进材料“按需设计”的终极目标。

发明内容

为了解决上述问题，本发明的目的是提供一种可大幅度缩短合金材料从设计到制备应用的时间进程、降低开发成本、工艺简单、可高通量且连续快速制备合金样品的装置及方法，从而实现配料-熔化-冷却凝固-取样循环式一体化合金样品快速制备。

本发明提供了如下技术方案：一种高通量且连续快速制备合金样品的装置，该装置包括转动系统、自动配料系统、加热熔化系统、冷却凝固系统、取样系统、PLC控制系统；

其中，所述转动系统，用于控制坩埚按照需求依次循环经过不同功能区域，所述功能区域包括配料区、加热熔化区、冷却凝固区和取样区；

所述自动配料系统，用于将配料系统通过PLC控制按照预先设定的合金成分配比在线完成给转动到该功能区的坩埚进行配料；

所述加热熔化系统，用于将坩埚的合金原料熔化，进行融合；

所述冷却凝固系统，用于将融合后的合金冷却凝固；

所述取样系统，用于将凝固的合金，进行取样分析；

所述PLC控制系统，用于控制所述的配料系统、熔化系统、冷却凝固系统及取样系统协同完成配料-熔化-凝固-取样循环式一体化合金样品快速制备。

进一步，所述的配料系统包括三轴机械手、存料器和支撑台；

其中，所述三轴机械手包括基座、X轴导轨、Y轴导轨、齿轮、Z轴导轨和伺服电机；

所述X轴导轨安装在所述基座的顶部，所述Y轴导轨通过连接件活动连接在所述X轴导轨上，且所述X轴导轨与所述Y轴导轨水平夹角为90度，所述齿轮设置在所述Y轴导轨上，所述Z轴导轨垂直设置在所述Y轴导轨一侧，并与所述齿轮固接，所述X轴导轨、Y轴导轨和Z轴导轨均设置有提供动力的伺服电机；

所述的支撑台设置在所述Z轴导轨的底部，所述支撑台上设有至少一个所述存料器，所述存料器位于所述坩埚上方；