熱處理樣品高通量制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種熱處理樣品高通量制備方法，包括以下步驟：步驟一：同一成分、同一大小的樣品排列放置在熱處理室的樣品臺上；步驟二：設(shè)置樣品臺的每行樣品的目標(biāo)熱處理溫度，保溫時間相同；步驟三：開通電源，加熱到目標(biāo)溫度，保溫一定時間；步驟四：設(shè)置每列樣品的氣流冷卻系統(tǒng)的氣流量；步驟五：保溫結(jié)束后，斷電，開啟氣流冷卻系統(tǒng)，每個樣品獨(dú)立冷卻到室溫；步驟六：待所有樣品熱處理結(jié)束后，取出樣品，熱處理實(shí)驗(yàn)結(jié)束；步驟七：將排列固定在同一基座樣品用環(huán)氧樹脂鑲樣，經(jīng)過砂紙研磨和金剛石拋光膏拋光處理后，利用顯微硬度計或金相顯微鏡等設(shè)備進(jìn)行樣品檢測，從而高通量表征不同熱處理工藝參數(shù)對樣品組織、性能的影響。本發(fā)明可用于快速篩選最優(yōu)樣品及其熱處理工藝參數(shù)。
【專利說明】
熱處理樣品高通量制備方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明屬于材料研發(fā)及加工領(lǐng)域，特別是涉及一種熱處理樣品高通量制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]在整個國民經(jīng)濟(jì)中凡涉及機(jī)械制造的領(lǐng)域中，熱處理是一項(xiàng)廣泛應(yīng)用的一項(xiàng)重要的基礎(chǔ)工藝之一。它是金屬材料在嚴(yán)格控制的加熱和冷卻條件下進(jìn)行處理，通過改變材料內(nèi)部的顯微組織來達(dá)到人們所要求的使用性能或服役壽命。
[0003]熱處理技術(shù)作為機(jī)械制造業(yè)中十分重要的基礎(chǔ)工藝技術(shù)之一，在整個工業(yè)領(lǐng)域中，應(yīng)用十分廣泛。在充分發(fā)揮材料潛能，節(jié)約能源，進(jìn)行清潔生產(chǎn)和人類社會可持續(xù)發(fā)展上，熱處理技術(shù)的拓展是絕不能忽視的。世界上工業(yè)發(fā)達(dá)國家都投入很多資金來發(fā)展這門技術(shù)。自1996年以來，美國、日本的歐洲的許多發(fā)達(dá)國家都先后制定21世紀(jì)熱處理技術(shù)發(fā)展規(guī)劃和目標(biāo)。美國熱處理工2020年遠(yuǎn)景把目前和將來國外熱處理先進(jìn)技術(shù)與裝備水平的目標(biāo)和主要標(biāo)志闡述得十分明確。
[0004]隨著社會不斷發(fā)展，作為國民經(jīng)濟(jì)支撐的材料也不斷被開發(fā)、應(yīng)用，人們對材料的性能也提出了更高的要求，而熱處理技術(shù)作為改變材料性能的基礎(chǔ)工藝之一，也得到了飛速發(fā)展。如何高效地找到合適的熱處理工藝參數(shù)，使材料性能最優(yōu)成為一個擺在材料工作者眼前迫切需要解決的問題，因此本發(fā)明基于上述考慮，提出一種熱處理樣品高通量制備方法，該方法可以一次批量完成不同熱處理工藝參數(shù)下熱處理試驗(yàn)，從而快速篩選最優(yōu)樣品及其熱處理工藝參數(shù)，這樣一來不僅大大縮短時間，還減少成本，提高了資源利用率。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種熱處理樣品高通量制備方法，其可用于快速篩選最優(yōu)樣品及其熱處理工藝參數(shù)，可以一次批量完成不同熱處理工藝參數(shù)下熱處理試驗(yàn)，從而快速篩選最優(yōu)樣品及其熱處理工藝參數(shù)，這樣一來不僅大大縮短時間，還減少成本，提高了資源利用率。
[0006]本發(fā)明是通過下述技術(shù)方案來解決上述技術(shù)問題的:一種熱處理樣品高通量制備方法，其特征在于，所述熱處理樣品高通量制備方法包括以下步驟:
步驟一:將同一成分、同一大小的樣品排列放置在熱處理室的樣品臺上，通過隔熱裝置將各個樣品分開，每個樣品的加熱和冷卻互不影響；
步驟二:通過溫控系統(tǒng)，設(shè)置樣品臺的每行樣品的目標(biāo)熱處理溫度，保溫時間相同；步驟三:開通電源，開通電源，電阻加熱系統(tǒng)啟動，開始按照控溫程序加熱，直至加熱到目標(biāo)溫度，保溫一定時間；
步驟四:通過氣流冷卻系統(tǒng)，設(shè)置每列樣品的氣流冷卻系統(tǒng)的氣流量；
步驟五:保溫結(jié)束后，斷電，開啟氣流冷卻系統(tǒng)，每個樣品獨(dú)立冷卻到室溫；
步驟六:待所有樣品熱處理結(jié)束后，取出樣品，熱處理實(shí)驗(yàn)結(jié)束；
步驟七:將排列固定在同一基座樣品用環(huán)氧樹脂鑲樣，經(jīng)過砂紙研磨和金剛石拋光膏拋光處理后，利用顯微硬度計或金相顯微鏡進(jìn)行樣品檢測，從而高通量表征不同熱處理工藝參數(shù)對樣品組織、性能的影響。
[0007]優(yōu)選地，所述熱處理樣品高通量制備方法采用熱處理室、樣品臺、氣流冷卻系統(tǒng)、樣品、冷卻控制系統(tǒng)、溫控系統(tǒng)、隔熱裝置、電阻加熱系統(tǒng)，熱處理室內(nèi)置樣品臺，樣品臺由多個采用隔熱裝置分開的獨(dú)立空間矩陣式排列組成，每個空間分別盛放一個樣品，且每個空間都擁有各自多個獨(dú)立溫控系統(tǒng)及冷卻控制系統(tǒng)，這樣方便控制溫度和冷卻，控溫系統(tǒng)控制電阻加熱系統(tǒng)給樣品提供熱源，冷卻控制系統(tǒng)控制氣流冷卻系統(tǒng)給樣品冷卻。
[0008]優(yōu)選地，所述熱處理室采用樣品臺設(shè)計理念。
[0009]優(yōu)選地，所述樣品臺一般采用一層或多層。
[0010]優(yōu)選地，所述樣品矩陣式排列在熱處理室樣品臺上，同時與基座相固定。
[0011]優(yōu)選地，所述隔熱裝置將樣品分隔成一個個密閉的獨(dú)立空間。
[0012]優(yōu)選地，所述熱處理樣品高通量制備方法運(yùn)用電阻加熱系統(tǒng)獨(dú)立分別給每個樣品提供熱處理熱源。
[0013]優(yōu)選地，所述樣品臺安裝有溫控系統(tǒng)。
[0014]優(yōu)選地，所述樣品的冷卻利用氣流冷卻系統(tǒng)或通過溫控系統(tǒng)設(shè)置的降溫程序。
[0015]優(yōu)選地，所述環(huán)氧樹脂按的主要組成為純環(huán)氧樹脂和膠粘劑。
[0016]本發(fā)明的積極進(jìn)步效果在于:本發(fā)明將多個樣品矩陣式排列在熱處理室中的樣品臺上，每個樣品都與樣品臺基座固定組合成一個整體，便于熱處理后續(xù)的高通量表征。每行或則每列的樣品其中一個熱處理工藝參數(shù)值是相同的。每個樣品都擁有獨(dú)立溫控系統(tǒng)及冷卻控制系統(tǒng)，且采用隔熱裝置，形成一個個封閉的空間，彼此之間互不影響。通過溫控系統(tǒng)調(diào)節(jié)保溫溫度及時間，氣流冷卻系統(tǒng)控制冷卻速率，進(jìn)而一次性獲得多個熱處理工藝參數(shù)下的樣品，可用于快速篩選最優(yōu)樣品及其熱處理工藝參數(shù)。
【附圖說明】
[0017]圖1為熱處理室的結(jié)構(gòu)不意圖。
[0018]圖2為樣品臺、氣流冷卻系統(tǒng)、樣品、冷卻控制系統(tǒng)、溫控系統(tǒng)、隔熱裝置、電阻加熱系統(tǒng)等的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0019]圖3為樣品、冷卻控制系統(tǒng)、溫控系統(tǒng)、隔熱裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0020]下面結(jié)合附圖給出本發(fā)明較佳實(shí)施例，以詳細(xì)說明本發(fā)明的技術(shù)方案。
[0021]本發(fā)明熱處理樣品高通量制備方法包括以下步驟:
步驟一:將同一成分、同一大小的樣品排列放置在熱處理室的樣品臺上，通過隔熱裝置將各個樣品分開，每個樣品的加熱和冷卻互不影響；
步驟二:通過溫控系統(tǒng)，設(shè)置樣品臺的每行樣品的目標(biāo)熱處理溫度(比如分別為900°C、860 °C、820 °C )，保溫時間相同；
步驟三:開通電源，電阻加熱系統(tǒng)啟動，開始按照控溫程序加熱，直至加熱到目標(biāo)溫度，保溫一定時間(比如60min)；
步驟四:通過氣流冷卻系統(tǒng)，設(shè)置每列樣品的氣流冷卻系統(tǒng)的氣流量(可以為41/min、31/min、21/min等)；
步驟五:保溫結(jié)束后，斷電，開啟氣流冷卻系統(tǒng)，每個樣品獨(dú)立冷卻到室溫；
步驟六:待所有樣品熱處理結(jié)束后，取出樣品，熱處理實(shí)驗(yàn)結(jié)束；
步驟七:將排列固定在同一基座樣品用環(huán)氧樹脂鑲樣，經(jīng)過砂紙研磨和金剛石拋光膏拋光處理后，利用不同實(shí)驗(yàn)設(shè)備(如利用顯微硬度計打硬度，金相顯微鏡觀察組織)檢測，從而高通量表征不同熱處理工藝參數(shù)對樣品組織、性能的影響。
[0022]本發(fā)明熱處理樣品高通量制備方法主要采用熱處理室1、樣品臺2、氣流冷卻系統(tǒng)
3、樣品4、冷卻控制系統(tǒng)5、溫控系統(tǒng)6、隔熱裝置7、電阻加熱系統(tǒng)8，熱處理室I內(nèi)置樣品臺2，樣品臺由多個采用隔熱裝置分開的獨(dú)立空間矩陣式排列組成，每個空間分別盛放一個樣品，且每個空間都擁有各自多個獨(dú)立溫控系統(tǒng)及冷卻控制系統(tǒng)，這樣方便控制溫度和冷卻，控溫系統(tǒng)控制電阻加熱系統(tǒng)給樣品提供熱源，冷卻控制系統(tǒng)控制氣流冷卻系統(tǒng)給樣品冷卻。利用溫控系統(tǒng)調(diào)節(jié)熱處理溫度及保溫時間，氣流冷卻系統(tǒng)控制氣流大小從而控制冷卻速率，進(jìn)而可一次性獲得多個熱處理工藝參數(shù)下的樣品，可用于快速篩選最優(yōu)樣品及其熱處理工藝參數(shù)。電阻加熱系統(tǒng)獨(dú)立分別給每個樣品提供熱處理熱源，溫控系統(tǒng)可以調(diào)節(jié)程序溫度以及保溫時間、降溫速率。
[0023]所述樣品臺一般采用一層或多層，以適用于更多的制備場合。樣品臺的控制的工藝參數(shù)可以是熱處理溫度、冷卻強(qiáng)度、保溫時間、材料成分中的任何兩個，可以方便一次性研究這兩個熱處理工藝參數(shù)的不同組合對樣品的影響。熱處理室如果是多層樣品臺設(shè)計，則每層樣品臺熱處理區(qū)別可以是溫度、冷卻強(qiáng)度、保溫時間、成分任何一個。
[0024]所述樣品臺上的樣品以矩陣式排列，且每個樣品都通過固定裝置固定在樣品臺基座上，有利于一次性高通量表征。樣品臺上的樣品的冷卻降溫除了利用氣流冷卻系統(tǒng)外也可以通過溫控系統(tǒng)設(shè)置降溫程序，實(shí)現(xiàn)程序精準(zhǔn)降溫控制。樣品臺上的樣品可獨(dú)立通過氣流冷卻系統(tǒng)冷卻，通過改變氣流流量大小從而控制冷卻強(qiáng)度。
[0025]所述隔熱裝置將樣品分隔成一個個密閉的獨(dú)立空間，避免彼此之間隔熱相互影響。
[0026]所述熱處理樣品高通量制備方法運(yùn)用電阻加熱系統(tǒng)獨(dú)立分別給每個樣品提供熱處理熱源，可以同時加熱到不同的目標(biāo)溫度。
[0027]所述樣品臺安裝有溫控系統(tǒng)，可調(diào)節(jié)程序溫度以及保溫時間、降溫速率。
[0028]所述樣品的冷卻除了利用氣流冷卻系統(tǒng)外，也能通過溫控系統(tǒng)設(shè)置降溫程序，以此來實(shí)現(xiàn)程序精準(zhǔn)降溫控制。
[0029]所述環(huán)氧樹脂按其主要組成為純環(huán)氧樹脂和膠粘劑，具有力學(xué)性能高、附著力強(qiáng)、固化收縮率小等優(yōu)點(diǎn)。電阻加熱系統(tǒng)通電使樣品加熱，溫控裝置可以設(shè)置對應(yīng)的熱處理溫度及保溫時間，隔熱裝置使每個樣品互不影響。樣品的冷卻。氣流冷卻系統(tǒng)根據(jù)冷卻控制系統(tǒng)的指令，獨(dú)立地向各個樣品吹氣冷卻，通過改變氣流大小來控制冷速。如果降溫速率不是很大，也可以通過溫控系統(tǒng)設(shè)置對應(yīng)的降溫曲線使樣品冷卻。
[0030]實(shí)施例一
本實(shí)施例以工具鋼T7鋼為例來說明熱處理樣品高通量制備方法。本實(shí)施例的具體步驟如下:
Al，將同一成分9個大小為Φ30Χ30πιπι的樣品4按3X3排列放置在熱處理室I的樣品臺2上。
[0031]BI，設(shè)置樣品臺2的每行樣品的目標(biāo)熱處理溫度分別為900°C、860°C、82(rC，保溫時間相同，都為60min。
[0032]Cl，開通電源，加熱到目標(biāo)溫度，保溫60min。
[0033]D1，設(shè)置每列樣品的氣流冷卻系統(tǒng)的氣流量為41/min，31/min，21/min。
[0034]El，保溫結(jié)束后，斷電，開啟氣流冷卻系統(tǒng)，每個樣品獨(dú)立冷卻到室溫。
[0035]Fl，待所有樣品熱處理結(jié)束后，取出樣品，熱處理實(shí)驗(yàn)結(jié)束。
[0036]G1，將這3X3排列的固定在同一基座樣品用環(huán)氧樹脂鑲樣，經(jīng)過砂紙研磨和金剛石拋光膏拋光處理后，利用顯微硬度計打硬度，從而高通量表征不同熱處理工藝參數(shù)對T7鋼硬度的影響。
[0037]實(shí)施例二
本實(shí)施例以加入不同Ti含量的雙相不銹鋼2101說明熱處理樣品高通量制備方法。本實(shí)施例的具體步驟如下:
A2，準(zhǔn)備16個大小為Φ30Χ30πιπι的雙相不銹鋼2101，分成四組，每組樣品的Ti含量不相同，質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為0.1%，0.2%, 0.3%，0.4%。將這16個樣品4按4X4排列在熱處理室I的樣品臺2上，每行樣品的成分相同。
[0038]Β2，設(shè)置樣品臺每列樣品的熱處理溫度，分別為1200 °C，1160 °C，1120 °C，1080 °C，保溫時間相等且都為30min，
C2，開通電源，每個樣品獨(dú)立溫控系統(tǒng)分別加熱到目標(biāo)溫度，保溫30min。
[0039]D2，利用溫控系統(tǒng)，設(shè)置每個樣品按照控溫程序降溫，降溫速率相等，都為10°C/
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[0040]E2，保溫結(jié)束后，每個樣品按照降溫曲線降溫，直至都冷卻到室溫。
[0041]F2，待所有樣品熱處理結(jié)束后，取出樣品熱處理實(shí)驗(yàn)結(jié)束。
[0042]G2，將這4X4排列的固定在同一基座的樣品用環(huán)氧樹脂鑲樣，經(jīng)過砂紙磨和拋光處理后，金相顯微鏡觀察組織，高通量表征不同溫度及成分對2101雙相不銹鋼熱處理的影響。
[0043]本發(fā)明能夠一次完成多個熱處理工藝參數(shù)實(shí)驗(yàn)，可用于快速篩選最優(yōu)樣品及其熱處理工藝參數(shù)。本發(fā)明將多個樣品矩陣式排列在熱處理室中的樣品臺上，每個樣品都與樣品臺基座固定組合成一個整體，便于熱處理后續(xù)的高通量表征。每行或則每列的樣品其中一個熱處理工藝參數(shù)值是相同的。每個樣品都擁有獨(dú)立溫控系統(tǒng)及冷卻控制系統(tǒng)，且采用隔熱裝置，形成一個個封閉的空間，彼此之間互不影響。通過控溫系統(tǒng)調(diào)節(jié)保溫溫度及時間，氣流冷卻系統(tǒng)控制冷卻速率，進(jìn)而一次性獲得多個熱處理工藝參數(shù)下的樣品，可用于快速篩選最優(yōu)樣品及其熱處理工藝參數(shù)。
[0044]以上所述的具體實(shí)施例，對本發(fā)明的解決的技術(shù)問題、技術(shù)方案和有益效果進(jìn)行了進(jìn)一步詳細(xì)說明，所應(yīng)理解的是，以上所述僅為本發(fā)明的具體實(shí)施例而已，并不用于限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種熱處理樣品高通量制備方法，其特征在于，所述熱處理樣品高通量制備方法包括以下步驟: 步驟一:將同一成分、同一大小的樣品排列放置在熱處理室的樣品臺上，通過隔熱裝置將各個樣品分開，每個樣品的加熱和冷卻互不影響； 步驟二:通過溫控系統(tǒng)，設(shè)置樣品臺的每行樣品的目標(biāo)熱處理溫度，保溫時間相同； 步驟三:開通電源，開通電源，電阻加熱系統(tǒng)啟動，開始按照控溫程序加熱，直至加熱到目標(biāo)溫度，保溫一定時間； 步驟四:通過氣流冷卻系統(tǒng)，設(shè)置每列樣品的氣流冷卻系統(tǒng)的氣流量； 步驟五:保溫結(jié)束后，斷電，開啟氣流冷卻系統(tǒng)，每個樣品獨(dú)立冷卻到室溫； 步驟六:待所有樣品熱處理結(jié)束后，取出樣品，熱處理實(shí)驗(yàn)結(jié)束； 步驟七:將排列固定在同一基座樣品用環(huán)氧樹脂鑲樣，經(jīng)過砂紙研磨和金剛石拋光膏拋光處理后，利用顯微硬度計或金相顯微鏡進(jìn)行樣品檢測，從而高通量表征不同熱處理工藝參數(shù)對樣品組織、性能的影響。2.如權(quán)利要求1所述的熱處理樣品高通量制備方法，其特征在于，所述熱處理樣品高通量制備方法采用熱處理室、樣品臺、氣流冷卻系統(tǒng)、樣品、冷卻控制系統(tǒng)、溫控系統(tǒng)、隔熱裝置、電阻加熱系統(tǒng)，熱處理室內(nèi)置樣品臺，樣品臺由多個采用隔熱裝置分開的獨(dú)立空間矩陣式排列組成，每個空間分別盛放一個樣品，且每個空間都擁有各自多個獨(dú)立溫控系統(tǒng)及冷卻控制系統(tǒng)，這樣方便控制溫度和冷卻，控溫系統(tǒng)控制電阻加熱系統(tǒng)給樣品提供熱源，冷卻控制系統(tǒng)控制氣流冷卻系統(tǒng)給樣品冷卻。3.如權(quán)利要求1所述的熱處理樣品高通量制備方法，其特征在于，所述熱處理室采用樣品臺設(shè)計理念。4.如權(quán)利要求1所述的熱處理樣品高通量制備方法，其特征在于，所述樣品臺采用一層或多層。5.如權(quán)利要求1所述的熱處理樣品高通量制備方法，其特征在于，所述樣品矩陣式排列在熱處理室樣品臺上，同時與基座相固定。6.如權(quán)利要求1所述的熱處理樣品高通量制備方法，其特征在于，所述隔熱裝置將樣品分隔成一個個密閉的獨(dú)立空間。7.如權(quán)利要求1所述的熱處理樣品高通量制備方法，其特征在于，所述熱處理樣品高通量制備方法運(yùn)用電阻加熱系統(tǒng)獨(dú)立分別給每個樣品提供熱處理熱源。8.如權(quán)利要求1所述的熱處理樣品高通量制備方法，其特征在于，所述樣品臺安裝有溫控系統(tǒng)。9.如權(quán)利要求1所述的熱處理樣品高通量制備方法，其特征在于，所述樣品的冷卻利用氣流冷卻系統(tǒng)或通過溫控系統(tǒng)設(shè)置的降溫程序。10.如權(quán)利要求1所述的熱處理樣品高通量制備方法，其特征在于，所述環(huán)氧樹脂的主要組成為純環(huán)氧樹脂和膠粘劑。
【文檔編號】C21D11/00GK105861787SQ201610285401
【公開日】2016年8月17日
【申請日】2016年5月4日
【發(fā)明人】仲紅剛, 全文, 徐智帥, 張云虎, 程杰, 宋長江, 翟啟杰
【申請人】上海大學(xué)