[发明专利]多功能高能束微区冶金熔炼炉及金属材料高通量制备系统

说明书

本发明公开了一种多功能高能束微区冶金熔炼炉及金属材料高通量制备系统，所述多功能高能束微区冶金熔炼炉包括炉体、冷却部、加热部、电磁感应部、振动部、处理器和承载平台。通过本发明的多功能高能束微区冶金熔炼炉及金属材料高通量制备系统可以同时控制材料的成分、电磁环境、熔炼气氛、冷却速率、低频大幅振动环境、高频小幅振动环境以及通电环境，为新型材料的研发提供了一种新的设备与方法。

技术领域

本发明涉及金属材料高通量制备工艺技术领域，尤其是涉及一种金属材料高通量制备工艺用多功能高能束微区冶金熔炼炉及应用了该多功能高能束微区冶金熔炼炉的金属材料高通量制备系统。

背景技术

随着现代材料科学技术的发展，以传统试错法为基础的新型材料开发方法已经难以适应现代的工业环境了，其长周期、高成本、低效率等劣势阻碍了现代科学以及工业的发展。自美国2011年材料基因组计划的提出后，世界各国均十分重视新型材料的高效研发，主要分为建立高通量材料计算方法、高通量材料实验方法以及材料数据库。其中高通量材料实验方法是新材料研发的重中之重，其需要能够一次性高速成型大量成分、凝固条件等不同的材料。金属材料熔点高、强度大、制备条件较为苛刻，实现高通量难度较大。激光、等离子束等高能束技术的成熟替代了传统熔炼炉的方法，其高自由度以及高热输入为高通量制备金属材料提供了可行的热源。

目前新型金属材料高通量制备聚焦于成分调控而忽略了冶金条件对金属材料的组织性能的影响。冶金条件的参数控制是高通量制备需要考虑的一环，冶金条件是建立新型材料数据库不可忽视的一环，因为即便是相同的合金成分设计，也会由于冶金条件的不同而使得最终合金的组织性能相去甚远。并且考察冶金条件的影响，也是使得金属材料高通量制备研究更全面、更丰富的未来发展方向。

发明内容

为此，本发明提出一种金属材料高通量制备工艺用多功能高能束微区冶金熔炼炉，其能够在凝固过程中对熔炼中的材料进行气氛调控、冷却速率控制、振动频率控制、电磁感应以及通电等凝固条件的控制，从而调控微冶炉的各个功能区的参数达到对冶金条件的控制，为新型材料的研发提供了一种新的设备与方法。

具体的，本发明提供了一种金属材料高通量制备工艺用多功能高能束微区冶金熔炼炉，其特征在于：

所述多功能高能束微区冶金熔炼炉包括炉体、冷却部、加热部、电磁感应部、振动部、处理器和承载平台；

所述炉体为呈倒锥台形的侧壁和底壁围绕而成的顶部开口的桶形结构；所述侧壁为层状复合结构，由内到外依次为耐热层、减震层、绝缘层和冷却层；

所述冷却部包括冷却水管路和电控阀门，至少部分所述冷却水管路螺旋环绕设置在所述冷却层中；

所述加热部包括加热台，所述炉体置于加热台上，所述加热台内部具有电阻丝加热器和热电偶；

所述电磁感应部包括电磁感应线圈，所述电磁感应线圈螺旋环绕设置在所述绝缘层中；

所述振动部包括机械振动台和超声振动台；所述机械振动台上方设置有隔热陶瓷，所述加热台设置于所述隔热陶瓷上方；所述超声振动台设置于所述机械振动台的下方；

所述处理器与所述电控阀门、加热台、机械振动台、超声振动台和电磁感应线圈通信连接；

所述承载平台整体呈立方体状，所述炉体、冷却部、加热部、电磁感应部、振动部、处理器均内置于所述承载平台且所述炉体的顶部开口成为所述承载平台的开口。

进一步优选的，所述加热台的上表面设有复数个导电插销，所述导电插销穿过炉体底壁并与放置于所述炉体内的熔炼坩埚相接触，以实现对熔炼坩埚进行通电。

进一步优选的，所述加热台、机械振动台和超声振动台共同组成多功能台，所述多功能台除加热台的上表面外的表面均被减震橡胶所包裹。

进一步优选的，所述减震层的材料为减震橡胶。