本發(fā)明涉及材料技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及材料的高通量制備方法、其應(yīng)用與材料的高通量制備的裝置。

背景技術(shù)：

金屬材料和陶瓷材料等材料在熱處理過(guò)程中的冷卻速率將直接影響材料的微觀組織，并最終影響材料的力學(xué)性能。因此，研究金屬材料熱處理過(guò)程中的冷卻速率對(duì)于優(yōu)化熱處理工藝，提高材料的力學(xué)性能是至關(guān)重要的。

目前不同的冷卻速率對(duì)材料組織和性能影響的測(cè)定方法主要是：針對(duì)同一種多根試樣在不同冷卻速率下進(jìn)行試樣制備并分別對(duì)這些試樣進(jìn)行組織和性能的檢測(cè)。該種方法雖然能夠?qū)崿F(xiàn)不同冷卻速率對(duì)材料組織性能影響的檢測(cè)，但是該方案在實(shí)際檢測(cè)的過(guò)程中受多種因素的制約，不能保證只有冷卻速率這種單一變量，因此也不能夠保證檢測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確性。同時(shí)該方法所需要的材料多，而且制備和檢測(cè)時(shí)間長(zhǎng)等，從而造成該方法的成本等耗費(fèi)高。

目前，材料熱處理過(guò)程中的冷卻方式包括：水淬、油淬以及空氣中冷卻等多種冷卻方式，上述冷卻方式均是直接將樣品放入冷卻介質(zhì)中進(jìn)行冷卻，冷卻速率單一或難于控制。由此，本申請(qǐng)利用高通量技術(shù)提出了一種高通量材料的制備方法、裝置及其應(yīng)用。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明解決的技術(shù)問(wèn)題在于提供一種高通量材料的制備方法，本申請(qǐng)?zhí)峁┑牟牧系母咄恐苽浞椒軌蛟谝粋€(gè)試樣的不同位置上同時(shí)形成一系列不同的冷卻速率，從而高效地得到在不同位置具有不同組織和性能的材料或材料集合體。

有鑒于此，本申請(qǐng)?zhí)峁┝艘环N材料的高通量制備方法，包括：

將材料試樣進(jìn)行加熱后保溫，然后將保溫后的材料試樣保持原位并自保溫后的材料試樣的一端進(jìn)行冷卻。

優(yōu)選的，所述材料試樣為固體狀態(tài)的材料，所述固體狀態(tài)的材料選自金屬材料、陶瓷材料和復(fù)合材料。

優(yōu)選的，所述金屬材料選自鎳基合金、鈷基合金、鐵基合金、鈦基合金、銅基合金、鋁基合金或鎂基合金，所述金屬材料按照鑄造、加工變形或粉末冶金制備得到。

優(yōu)選的，所述材料試樣的長(zhǎng)度為10mm～150mm，優(yōu)選為50mm～100mm；所述材料試樣的形狀為圓柱體或立方體。

優(yōu)選的，所述冷卻的介質(zhì)為流體介質(zhì)，優(yōu)選為水、油、氣或塑料，所述冷卻的方式以射流的方式進(jìn)行；所述冷卻的速率大于等于0.01℃/s，優(yōu)選為0.1℃/s～50℃/s。

優(yōu)選的，所述材料試樣的其它端面采用保溫處理。

本申請(qǐng)還提供了一種材料的高通量制備的裝置，包括：溫度測(cè)定傳感器、感應(yīng)加熱線圈、感應(yīng)加熱變壓器、感應(yīng)線圈電源、溫度顯示儀、計(jì)算機(jī)、冷卻介質(zhì)存儲(chǔ)裝置和冷卻介質(zhì)輸送裝置；

所述感應(yīng)加熱線圈的輸入端與感應(yīng)加熱變壓器的輸出端相連，所述感應(yīng)加熱變壓器的輸入端與感應(yīng)線圈電源的輸出端相連；

所述溫度測(cè)定傳感器的輸出端與所述溫度顯示儀的輸入端相連，所述溫度顯示儀的輸出端與所述計(jì)算機(jī)的輸入端相連；

所述冷卻介質(zhì)輸送裝置的出口與材料試樣一端對(duì)應(yīng)設(shè)置，所述冷卻介質(zhì)輸送裝置的入口與所述冷卻介質(zhì)存儲(chǔ)裝置的出口相連。

本申請(qǐng)還提供了一種材料的高通量制備的裝置，包括：溫度測(cè)定傳感器、感應(yīng)加熱線圈、感應(yīng)加熱變壓器、感應(yīng)線圈電源、爐體、溫度顯示儀、計(jì)算機(jī)、冷卻介質(zhì)存儲(chǔ)和輸送裝置；

所述感應(yīng)加熱線圈設(shè)置于所述爐體內(nèi)部，且輸入端與設(shè)置于所述爐體外部的感應(yīng)加熱變壓器的輸出端相連，所述感應(yīng)加熱變壓器的輸入端與設(shè)置于所述爐體外部的感應(yīng)線圈電源的輸出端相連；

所述溫度測(cè)定傳感器設(shè)置于所述爐體內(nèi)部，且輸出端與設(shè)置于所述爐體外部的溫度顯示儀的輸入端相連，所述溫度顯示儀的輸出端與設(shè)置于所述爐體外部的計(jì)算機(jī)的輸入端相連；

所述爐體設(shè)置有開(kāi)口，且通過(guò)管道與所述冷卻介質(zhì)存儲(chǔ)裝置的入口相連；所述冷卻介質(zhì)存儲(chǔ)裝置的出口與所述冷卻介質(zhì)輸送裝置的入口相連，所述冷卻介質(zhì)輸送裝置的出口與所述爐體的另一開(kāi)口相連，所述冷卻介質(zhì)輸送裝置的出口與材料試樣的一端對(duì)應(yīng)設(shè)置。

優(yōu)選的，所述溫度測(cè)定傳感器為接觸式或非接觸式，所述接觸式的溫度測(cè)定傳感器為熱電偶，所述非接觸式的溫度測(cè)定傳感器為紅外溫度測(cè)量?jī)x，所述熱電偶為一根或一根以上，所述紅外溫度測(cè)量?jī)x為一個(gè)或一個(gè)以上。

優(yōu)選的，所述熱電偶包括測(cè)溫?zé)犭娕寂c控溫?zé)犭娕迹凰鰷y(cè)溫?zé)犭娕及ǖ谝粺犭娕?、第二熱電偶、第三熱電偶、第四熱電偶、第五熱電偶、第六熱電偶和第七熱電偶；所述控溫?zé)犭娕及ǖ氐诎藷犭娕?、第九熱電偶和第十熱電偶；所述第一熱電偶與第二熱電偶設(shè)置于距試樣材料底端1～5mm的同一平面的兩端，所述第三熱電偶與所述第四熱電偶設(shè)置于所述第一熱電偶與第二熱電偶上部1～5mm的同一平面兩端，所述第五熱電偶與所述第九熱電偶設(shè)置于材料試樣的1/2處，所述第六熱電偶設(shè)置于距材料試樣頂端的1/4處，所述第七熱電偶與第十熱電偶設(shè)置于材料試樣的頂端，所述第八熱電偶與第一熱電偶處于同一平面，且到材料試樣中心的連線與第一熱電偶與第二熱電偶的連線垂直。

優(yōu)選的，所述裝置還包括材料試樣定位系統(tǒng)，所述材料試樣定位系統(tǒng)與材料試樣的一端相連接。

優(yōu)選的，所述裝置還包括真空泵或惰性氣體輸入泵，所述真空泵或惰性氣體輸入泵的出口與所述爐體的另一入口相連。

本申請(qǐng)還提供了上述方案所述的高通量制備方法或上述方案所述的裝置所制備的具有不同微觀組織和性能的材料集合體。

本申請(qǐng)還提供了上述方案所述的制備方法所制備的或采用上述方案所述的裝置所制備的或上述方案所述的材料集合體在高通量組織表征和力學(xué)性能表征上的應(yīng)用。

優(yōu)選的，所述組織表征包括材料析出相和晶粒微觀組織的形貌、 體積分?jǐn)?shù)或尺寸分布的表征。

優(yōu)選的，所述力學(xué)性能表征包括硬度、屈服強(qiáng)度、殘余應(yīng)力或拉伸強(qiáng)度的檢測(cè)表征。

優(yōu)選的，所述檢測(cè)表征包括x射線、同步輻射或中子檢測(cè)。

本申請(qǐng)?zhí)峁┝艘环N材料的高通量制備方法，其是將材料試樣進(jìn)行加熱后保溫，然后將保溫后的材料試樣保持原位并自保溫后的材料試樣的一端進(jìn)行冷卻。本申請(qǐng)采用自材料試樣一端進(jìn)行冷卻的方式，高通量地制備了具有不同微觀組織和性能的材料集合體，由于冷卻端散熱方式為材料試樣與冷卻介質(zhì)直接交互換熱，冷卻速率快；材料試樣縱向上的表面與另一端面散熱少，試樣沿著縱向方向主要以熱傳導(dǎo)方式散熱，冷卻速率慢，因此試樣從冷卻端到非冷卻端的冷卻速率逐漸減小，從而在一個(gè)試樣上實(shí)現(xiàn)一系列連續(xù)不同的冷卻速率，進(jìn)而得到具有不同微觀組織和性能的材料集合體。本申請(qǐng)還提供了材料的高通量制備的裝置。本申請(qǐng)還提供了所制備的高通量材料在組織和力學(xué)性能方面表征上的應(yīng)用。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明材料的高通量制備的包括爐體的裝置結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明材料的高通量制備的未包括爐體的裝置結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為本發(fā)明感應(yīng)線圈與試樣部分主視圖；

圖4為本發(fā)明感應(yīng)線圈與試樣部分俯視圖；

圖5為本發(fā)明高通量制備的材料的組織表征圖；

圖6為本發(fā)明高通量制備的材料的殘余應(yīng)力表征示意圖。

具體實(shí)施方式

為了進(jìn)一步理解本發(fā)明，下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施方案進(jìn)行描述，但是應(yīng)當(dāng)理解，這些描述只是為進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明的特征和優(yōu)點(diǎn)，而不是對(duì)本發(fā)明權(quán)利要求的限制。

本發(fā)明實(shí)施例公開(kāi)了一種材料的高通量制備方法，包括：

將材料試樣進(jìn)行加熱后保溫，然后將保溫后的材料試樣保持原位 并自保溫后的材料試樣的一端進(jìn)行冷卻。

本申請(qǐng)?zhí)峁┝艘环N材料的高通量制備方法，其是將材料試樣進(jìn)行加熱后保溫，然后材料試樣保持在原位并自一端進(jìn)行冷卻，從而高效并一次性地得到具有不同微觀組織和性能的材料集合體，即為高通量的材料制備方法。

在材料的高通量制備過(guò)程中，所述材料為本領(lǐng)域普遍意義上的固體狀態(tài)的材料，包括金屬材料、陶瓷材料和復(fù)合材料，所述金屬材料為本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知的金屬材料，作為優(yōu)選方案，所述金屬材料選自鎳基合金、鈷基合金、鐵基合金、鈦基合金、銅基合金、鋁基合金或鎂基合金，所述金屬材料按照本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知的方法制備即可，對(duì)此本申請(qǐng)沒(méi)有特別的限制，例如鑄造、加工變形或粉末冶金制備得到，本申請(qǐng)?jiān)谠囼?yàn)階段優(yōu)選為鎳基高溫合金。為了實(shí)現(xiàn)本申請(qǐng)所述材料的高通量制備，所述材料試樣為具有一定長(zhǎng)度的試樣，其長(zhǎng)度優(yōu)選為10mm～150mm，更優(yōu)選為50mm～100mm。為了實(shí)現(xiàn)金屬材料的冷卻，本申請(qǐng)首先需要將金屬材料進(jìn)行加熱，所述加熱的方式優(yōu)選為感應(yīng)加熱。在加熱之后則進(jìn)行保溫，上述加熱與保溫的溫度與時(shí)間均按照本領(lǐng)域技術(shù)人員常規(guī)的熱處理溫度與時(shí)間進(jìn)行即可，此處不再進(jìn)行限制。

本申請(qǐng)所述金屬材料優(yōu)選為圓柱狀鎳基高溫合金，在自圓柱狀試樣一端進(jìn)行冷卻的過(guò)程中，所述冷卻的介質(zhì)為本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知的流體介質(zhì)，優(yōu)選為水、油、氣或塑料，并且冷卻的方式以射流的方式進(jìn)行冷卻；所述冷卻的速率大于等于0.01℃/s，優(yōu)選為0.1℃/s～50℃/s。本申請(qǐng)所材料試樣的冷卻方式為在材料試樣的一端進(jìn)行冷卻，包括材料試樣的所有端面中的任何一個(gè)端面進(jìn)行冷卻；可以在其他端面采用保溫棉等阻熱措施以達(dá)到更好的定向冷卻效果，如此可在材料試樣的不同位置上得到可控制的并且不同的冷卻速率。為了使金屬材料其它部分橫截面散熱較少，本申請(qǐng)優(yōu)選將圓柱狀金屬材料的柱面與另一端面采用保溫處理，所述保溫處理為本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知的保溫處理方式，可以采用保溫棉包覆于圓柱狀金屬材料的柱面與另一端面。在金 屬材料冷卻過(guò)程中，由于在金屬材料的一端進(jìn)行冷卻，冷卻端散熱方式為金屬材料與冷卻介質(zhì)直接換熱，則冷卻速率快；而金屬材料柱面與另一端面散熱少，內(nèi)部為熱傳導(dǎo)散熱，冷卻速率較慢，金屬材料從冷卻端至另一端的冷卻速率逐漸減少，從而實(shí)現(xiàn)了在一個(gè)材料沿著軸線方向的不同位置上同時(shí)獲得一系列連續(xù)的冷卻速率。

本申請(qǐng)還提供了按照上述方法高效制備的高通量材料或材料集合體。按照上述方法制備的高通量材料由于采用單向冷卻的方式，而在材料試樣的不同位置上形成一系列連續(xù)的冷卻速率，從而高通量地制備了材料或材料集合體。

本申請(qǐng)還提供了一種材料的高通量制備的裝置，包括：溫度測(cè)定傳感器、感應(yīng)加熱線圈、感應(yīng)加熱變壓器、感應(yīng)線圈電源、爐體、溫度顯示儀、計(jì)算機(jī)、冷卻介質(zhì)存儲(chǔ)和輸送裝置；

所述感應(yīng)加熱線圈設(shè)置于所述爐體內(nèi)部，且輸入端與設(shè)置于所述爐體外部的感應(yīng)加熱變壓器的輸出端相連，所述感應(yīng)加熱變壓器的輸入端與設(shè)置于所述爐體外部的感應(yīng)線圈電源的輸出端相連；

所述溫度測(cè)定傳感器設(shè)置于所述爐體內(nèi)部，且輸出端與設(shè)置于所述爐體外部的溫度顯示儀的輸入端相連，所述溫度顯示儀的輸出端與設(shè)置于所述爐體外部的計(jì)算機(jī)的輸入端相連；

所述爐體設(shè)置有開(kāi)口，且通過(guò)管道與所述冷卻介質(zhì)存儲(chǔ)裝置的入口相連；所述冷卻介質(zhì)存儲(chǔ)裝置的出口與所述冷卻介質(zhì)輸送裝置的入口相連，所述冷卻介質(zhì)輸送裝置的出口與所述爐體的另一開(kāi)口相連，所述冷卻介質(zhì)輸送裝置的出口與材料試樣的一端對(duì)應(yīng)設(shè)置。

如圖1所示，圖1為本發(fā)明高通量的材料制備的裝置，該裝置中的溫度測(cè)定傳感器設(shè)定于爐體內(nèi)部，該裝置可以高效準(zhǔn)確地獲取材料冷卻過(guò)程中的溫度變化。圖中1為感應(yīng)加熱試樣，2為熱電偶，3為保溫棉，4為高溫繩，5為感應(yīng)加熱線圈，6為感應(yīng)加熱變壓器，7為感應(yīng)線圈電源，8為爐體，9為熱電偶數(shù)字顯示儀，10為溫度控制及記錄計(jì)算機(jī)，11為儲(chǔ)氣罐，12為鼓風(fēng)機(jī)，13為真空泵。

根據(jù)材料試樣加熱的環(huán)境不同，即材料試樣可以在爐體內(nèi)加熱， 也可以在空氣中加熱，由此本申請(qǐng)還提供了一種材料的高通量制備的裝置，包括：溫度測(cè)定傳感器、感應(yīng)加熱線圈、感應(yīng)加熱變壓器、感應(yīng)線圈電源、溫度顯示儀、計(jì)算機(jī)、冷卻介質(zhì)存儲(chǔ)和輸送裝置；

所述感應(yīng)加熱線圈的輸入端與感應(yīng)加熱變壓器的輸出端相連，所述感應(yīng)加熱變壓器的輸入端與感應(yīng)線圈電源的輸出端相連；

所述溫度測(cè)定傳感器的輸出端與所述溫度顯示儀的輸入端相連，所述溫度顯示儀的輸出端與所述計(jì)算機(jī)的輸入端相連；

所述冷卻介質(zhì)輸送裝置的出口與材料試樣一端對(duì)應(yīng)設(shè)置，所述冷卻介質(zhì)輸送裝置的入口與所述冷卻介質(zhì)存儲(chǔ)裝置的出口相連。

如圖2所示，圖2為材料的高通量制備的裝置，其中1為材料試樣，2為熱電偶，3為保溫棉，5為感應(yīng)加熱線圈，6為感應(yīng)加熱變壓器，7為感應(yīng)線圈電源，9為熱電偶數(shù)字顯示儀，10為溫度控制及記錄計(jì)算機(jī)，11為循環(huán)水箱，12為循環(huán)水泵。

本申請(qǐng)?zhí)峁┑难b置中所述冷卻介質(zhì)存儲(chǔ)裝置為本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知的冷卻介質(zhì)存儲(chǔ)裝置，優(yōu)選為水箱或氣罐，所述輸送裝置為本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知的輸送裝置，優(yōu)選為水泵與鼓風(fēng)機(jī)。所述溫度測(cè)定傳感器可以為接觸式的溫度測(cè)定傳感器，如熱電偶，也可以為非接觸式的溫度測(cè)定傳感器，如紅外溫度測(cè)量?jī)x；所述溫度測(cè)定傳感器可以為兩個(gè)或兩個(gè)以上分別用于控制材料試樣溫度和測(cè)量材料試樣溫度變化的傳感器，例如：所述熱電偶可以為兩個(gè)或兩個(gè)以上，所述紅外溫度測(cè)溫儀可以為兩個(gè)或兩個(gè)以上。

本申請(qǐng)所述裝置的熱電偶，具有控溫和測(cè)溫的作用，即測(cè)溫?zé)犭娕加糜跍y(cè)定試樣表面溫度，控溫?zé)犭娕纪ㄟ^(guò)反饋調(diào)節(jié)控制加熱速度與保溫溫度，所述測(cè)溫?zé)犭娕伎梢詾橐桓蛞桓陨?，所述控溫?zé)犭娕伎梢詾橐桓蛞桓陨希瑸榱藴y(cè)溫與控溫的準(zhǔn)確性，本申請(qǐng)所述控溫?zé)犭娕寂c測(cè)溫?zé)犭娕季鶠槎喔鐖D3、4所示，圖3為感應(yīng)線圈與試樣部分主視圖，圖4為感應(yīng)加熱線圈與試樣部分的俯視圖；圖中14～20為測(cè)溫?zé)犭娕迹?1～23為控溫?zé)犭娕?；其中?4號(hào)與15號(hào)熱電偶焊接在距底端距離很小(距底端1～5mm)的同一圓柱面直徑兩端， 同一圓柱面上不同位置處采用兩根熱電偶的原因是為了提高測(cè)溫的可信度與準(zhǔn)確性；16號(hào)與17號(hào)熱電偶焊接位置分別在14號(hào)、15號(hào)熱電偶的上方(距離較近，1～5mm)且在同一圓柱面上，其在圓柱面上的位置分別與14號(hào)、15號(hào)相同；18號(hào)熱電偶焊接在試樣1/2處(試樣前部，圖中用實(shí)線表示)，19號(hào)熱電偶焊接在距試樣頂端1/4距離處(試樣后部，圖中用虛線表示)，20號(hào)熱電偶焊接在試樣頂端；21號(hào)熱電偶焊接位置與14號(hào)和15號(hào)熱電偶在同一圓柱面上，其到圓心的連線與14號(hào)、15號(hào)熱電偶的連線垂直(試樣前部，圖中用實(shí)線表示)，22號(hào)熱電偶焊接在試樣中心位置處(試樣后部，圖中用虛線表示)，23號(hào)熱電偶焊接在試樣頂端。

上述熱電偶采用三根控溫?zé)犭娕际菫榱吮ＷC試樣從底端到頂端溫度的均勻性，同一圓柱面上采用兩根或多根熱電偶是為了確保測(cè)溫的可信性與準(zhǔn)確性，根據(jù)實(shí)際情況可適當(dāng)增加或減少控溫與測(cè)溫?zé)犭娕嫉臄?shù)量。

本申請(qǐng)所述制備高通量樣品的裝置本身是不包括保溫處理(如保溫棉包覆)的，在制備樣品時(shí)再做保溫處理，其用于減少試樣圓柱面散熱，使之只存在于縱向的溫度梯度。所述感應(yīng)加熱線圈中通以交變電流，產(chǎn)生交變磁場(chǎng)，變化的磁場(chǎng)使試樣產(chǎn)生環(huán)形電流，電流具有焦耳效應(yīng)從而加熱試樣。所述感應(yīng)加熱變壓器可調(diào)節(jié)感應(yīng)線圈的電壓和功率，從而按照設(shè)定的參數(shù)對(duì)試樣進(jìn)行加熱與保溫。

本申請(qǐng)中所述水、水箱與水泵，和氣、氣罐與鼓風(fēng)機(jī)分別是冷卻介質(zhì)、存儲(chǔ)方法與輸送方式的示例，冷卻介質(zhì)還可以是油、混合氣體、塑料等以及相應(yīng)的存儲(chǔ)和輸送方式，本申請(qǐng)所述冷卻介質(zhì)儲(chǔ)存裝置不只限于儲(chǔ)存水，還可以是其他冷卻介質(zhì)，例如：油、空氣以及鹽水等冷卻介質(zhì)；同樣所述水泵也不僅限于水，還可包括油、空氣以及鹽水等冷卻介質(zhì)。

應(yīng)用所述裝置材料的高通量制備的過(guò)程，具體包括以下步驟：

將材料試樣固定在感應(yīng)線圈內(nèi)部，啟動(dòng)感應(yīng)加熱電源，以確定的加熱速度對(duì)試樣進(jìn)行加熱；

加熱至目標(biāo)溫度后通過(guò)電源閉環(huán)控制系統(tǒng)使試樣進(jìn)入保溫狀態(tài)，保溫一段時(shí)間后關(guān)閉感應(yīng)加熱電源，同時(shí)開(kāi)啟冷卻介質(zhì)輸送機(jī)制，實(shí)現(xiàn)原位加熱與固溶淬火過(guò)程。

在上述整個(gè)過(guò)程中使用溫度測(cè)定傳感器對(duì)試樣溫度變化進(jìn)行控制與記錄，實(shí)施例中采用熱電偶進(jìn)行溫度變化的控制與記錄，控溫?zé)犭娕贾辽贋橐桓?，多根熱電偶?duì)試樣不同高度、同一高度不同位置處進(jìn)行測(cè)溫并將溫度時(shí)間曲線記錄在電腦系統(tǒng)中，以此得到試樣的不同冷卻速率下的溫度變化曲線。

本申請(qǐng)還提供了按照上述方法所制備的或采用上述方案所述的裝置所制備的高通量的材料在材料組織表征與力學(xué)性能表征上的應(yīng)用。

由于本申請(qǐng)采用一端冷卻的方式，使得材料在軸線方向不同位置上冷卻速度不同，從而產(chǎn)生不同的微觀組織，因此本申請(qǐng)可將所述高效制備的材料或材料集合體用于金屬材料組織表征和力學(xué)性能表征。

所述材料組織表征包括：材料析出相的形貌、體積分?jǐn)?shù)或尺寸分布，具體表現(xiàn)為：析出相(第二相)大小不同，即自冷卻介質(zhì)接觸端至試樣另一端，冷速降低，第二相由小變大，高冷速下第二相的尺寸大小呈單峰分布，即只有一個(gè)正態(tài)分布波峰，中等冷速與最上端慢冷情況下其尺寸大小存在雙峰分布；形貌不同，具體表現(xiàn)為：自冷卻端至非冷卻端由近球形向方形轉(zhuǎn)變，頂端較小第二相仍保持近球形；體積分?jǐn)?shù)不同，具體表現(xiàn)為：隨冷卻速度變化，變化較為復(fù)雜，且非線性的；尺寸分布不同，具體表現(xiàn)為：自冷卻端至非冷卻端，第二相尺寸變大，進(jìn)入慢冷區(qū)域，出現(xiàn)雙峰分布。本申請(qǐng)所述組織表征采用本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知的檢測(cè)手段進(jìn)行，為了檢測(cè)準(zhǔn)確，本申請(qǐng)優(yōu)選為同步輻射x射線小角散射、中子小角散射、透射電鏡或場(chǎng)發(fā)射掃描電鏡。

所述力學(xué)性能表征優(yōu)選為冷卻后的殘余應(yīng)力的表征。高溫合金淬火過(guò)程中熱脹冷縮造成的殘余應(yīng)力會(huì)對(duì)材料造成重要的影響，因此了解固溶冷速與殘余應(yīng)力之間的關(guān)系是至關(guān)重要的，本申請(qǐng)使用殘余應(yīng)力檢測(cè)儀測(cè)定不同冷速下的殘余應(yīng)力，以期表明固溶冷速與殘余應(yīng)力 的定量關(guān)系。

為了進(jìn)一步理解本發(fā)明，下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明提供的材料的高通量制備方法、應(yīng)用以及材料的高通量制備的裝置進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明，本發(fā)明的保護(hù)范圍不受以下實(shí)施例的限制。

實(shí)施例1

圖1為本發(fā)明裝置的示意圖，感應(yīng)線圈電源的輸出端與感應(yīng)加熱變壓器的輸入端相連，感應(yīng)加熱變壓器的輸出端與感應(yīng)加熱線圈相連，感應(yīng)加熱線圈的線圈部分設(shè)置于爐體內(nèi)部，鎳基高溫合金通過(guò)感應(yīng)加熱線圈的線圈部分固定，并通過(guò)高溫繩懸掛于爐體內(nèi)部，熱電偶焊接于試樣需要測(cè)試溫度的端面，熱電偶的輸出端設(shè)置于所述爐體外部，且與熱電偶數(shù)字顯示儀的輸入端相連，熱電偶數(shù)字顯示儀的輸出端與溫度控制及記錄計(jì)算機(jī)的輸入端相連，爐體設(shè)置有一開(kāi)口，開(kāi)口處設(shè)置有管道，管道的出口與儲(chǔ)氣罐的入口相連，儲(chǔ)氣罐的出口與鼓風(fēng)機(jī)的入口相連，鼓風(fēng)機(jī)的出口與爐體的另一入口相連，且鼓風(fēng)機(jī)的出口與材料試樣的冷卻端相對(duì)應(yīng)，以保證輸送的氣體冷卻介質(zhì)能夠直接冷卻材料試樣，爐體還設(shè)置有一開(kāi)口，入口相連。

實(shí)施例2

圖2為本發(fā)明裝置的示意圖，感應(yīng)線圈電源的輸出端與感應(yīng)加熱變壓器的輸入端相連，感應(yīng)加熱變壓器的輸出端與感應(yīng)加熱線圈相連，鎳基高溫合金通過(guò)感應(yīng)加熱線圈的線圈部分固定，并通過(guò)高溫繩懸掛，熱電偶焊接于試樣需要測(cè)試溫度的端面，熱電偶的輸出端與熱電偶數(shù)字顯示儀的輸入端相連，熱電偶數(shù)字顯示儀的輸出端與溫度控制及記錄計(jì)算機(jī)的輸入端相連，材料試樣的正下方設(shè)置有循環(huán)水箱，循環(huán)水箱的出口與循環(huán)水泵的入口相連，循環(huán)水泵的出口與材料試樣的底端對(duì)應(yīng)。

實(shí)施例3

應(yīng)用實(shí)施例1或2的裝置，將圓柱狀鎳基高溫合金固定在感應(yīng)線圈內(nèi)部，啟動(dòng)感應(yīng)加熱電源，將試樣進(jìn)行加熱至1100℃或以上；

加熱至目標(biāo)溫度后調(diào)節(jié)電源功率使試樣進(jìn)入保溫狀態(tài)，保溫1h 后關(guān)閉感應(yīng)加熱電源，同時(shí)開(kāi)啟水泵，將試樣底端進(jìn)行噴水冷卻，直至頂端完全冷卻至室溫。

實(shí)施例4

將實(shí)施例3得到的鎳基高溫合金進(jìn)行微觀組織表征，采用場(chǎng)發(fā)射掃描電鏡進(jìn)行檢測(cè)，得到實(shí)施例3制備的鎳基高溫合金的微觀組織圖，如圖5所示。根據(jù)圖5可知，試樣從噴水端到頂端的微觀組織變化非常明顯：噴水端(冷速極快)析出相尺寸呈單峰分布，析出相尺寸在50-300nm范圍內(nèi)，稱之為二次γ’；中間部位析出相絕大部分為二次γ’，尺寸相較于噴水端大，但仍處于50～300nm范圍，此外還含有少量的三次γ’，尺寸為2-50nm之間，其中二次γ’形貌由近球形向近方形轉(zhuǎn)變，三次γ’仍呈球形；頂端析出相同樣呈雙峰分布，二次γ’與三次γ’相較中間部位均有所長(zhǎng)大，二次γ’呈近方形，三次γ’仍呈近球形，三次γ’大小處在2-50nm范圍內(nèi)。

實(shí)施例5

將實(shí)施例3得到的鎳基高溫合金采用殘余應(yīng)力檢測(cè)儀測(cè)定殘余應(yīng)力，分別將圓柱狀鎳基高溫合金的底端、中部與頂端選取三個(gè)測(cè)試點(diǎn)，分別標(biāo)記為點(diǎn)1、點(diǎn)2和點(diǎn)3，如圖6所示，試驗(yàn)結(jié)果為：1處的殘余應(yīng)力為-448.9±22.2mpa，2處的殘余應(yīng)力為-409.3±11.4mpa，3處的殘余應(yīng)力為-397.0±26.3mpa。

以上實(shí)施例的說(shuō)明只是用于幫助理解本發(fā)明的方法及其核心思想。應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以對(duì)本發(fā)明進(jìn)行若干改進(jìn)和修飾，這些改進(jìn)和修飾也落入本發(fā)明權(quán)利要求的保護(hù)范圍內(nèi)。

對(duì)所公開(kāi)的實(shí)施例的上述說(shuō)明，使本領(lǐng)域?qū)I(yè)技術(shù)人員能夠?qū)崿F(xiàn)或使用本發(fā)明。對(duì)這些實(shí)施例的多種修改對(duì)本領(lǐng)域的專業(yè)技術(shù)人員來(lái)說(shuō)將是顯而易見(jiàn)的，本文中所定義的一般原理可以在不脫離本發(fā)明的精神或范圍的情況下，在其它實(shí)施例中實(shí)現(xiàn)。因此，本發(fā)明將不會(huì)被限制于本文所示的這些實(shí)施例，而是要符合與本文所公開(kāi)的原理和新穎特點(diǎn)相一致的最寬的范圍。