一种可实现金属在磁场内的多种运动方式的处理装置

摘要

本发明涉及一种可实现金属在磁场内的多种运动方式的处理装置，加热容器内设置有加热装置和保温装置，所述保温装置包裹在加热装置外；处理容器用于放置试验用金属并固定在加热容器内，加热容器放置在磁场发生装置发生的磁场内；加热装置还连接温度控制装置，温度控制装置用于对加热温度进行控制；主支架上设置有横向传送机构，所述横向传送机构上设置有纵向旋转机构。本发明可实现金属熔体在磁场内的多种运动方式，实用性强，可用来进行扩散实验、粘度测量、制备金属以及金属热处理等；且使用方便，仅通过拆装横向传送机构和纵向传送机构间的固定装置就可以改变设备的运动方式，整个拆装过程简单、安全；且外形小巧，便于搬运，成本低。

说明书

技术领域

本发明涉及在磁场下实现金属的热处理、扩散、粘度(凝固)测量的设 备，具体涉及一种可实现金属在磁场内的多种运动方式的处理装置。

背景技术

在扩散过程中对液态金属施加一定的稳恒磁场能有效消除对流对扩散 的影响，可近似看成微重力场而获得较精确的扩散系数值，而在磁场中切割 磁力线运动则减弱了对流对扩散的影响。在制备金属的过程中，在磁场中运 动可以看作是一个搅拌的过程，从而减小偏析的影响使成分均匀。在金属粘 度测试过程中，通过在不同温度时粘度的变化，可以在一定的程度上了解熔 融态时金属的液固转变。因此，在液态金属扩散、制备、粘度测试中引入稳 恒磁场和切割磁力线的运动具有重大的研究价值。

目前测量金属材料在熔融状态或者液固状态时扩散以及液态粘度(金属 定向凝固)的设备较多，但是由于在静磁场下金属的切割磁力线的运动方式 会在很大的程度上影响金属的物理性能，进而改变金属材料凝固微观结构及 成分均匀性，这就使得能够在磁场中实现多种运动方式的测量设备变得迫切 需要。液态金属在静磁场中切割磁力线运动会产生一系列的磁效应，如霍尔 效应，感应电流等，扩大磁场对金属熔体性质及凝固的影响。在磁场中匀速 转动可以改变高温金属的粘度从而改变金属的润湿性；垂直于磁力线方向上 做匀速水平往复运动，可以在扩散过程中有效消除对流对扩散的影响；两种 运动可以在一定程度上阻止金属的偏析，使金属的成分变得更均匀，改善金 属的性能。金属合金元素的密度、电导率不同，其对应的磁场下受力情况也 发生改变，因此设计一种可以实现多位一体运动的磁处理设备是实现增大磁 场对金属物理性质及凝固组织影响的关键。

目前测量磁场下实现多种运动的设备鲜有人做，这与磁场狭小空间，以 及如何设计运动构件有关。本发明就涉及一种磁场下实现金属多种运动方 式，该设备可以实现金属的三种运动：匀速旋转运动、水平往复匀速运动和 旋转运动和往复运动的复合运动，从而达到金属制备、改性等目的。同时而 且整个设备构造简单，可拆卸性强，便于操作，具有实验安全性高等优点。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种可实现金属在磁场内的多种运 动方式的处理装置。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：

一种可实现金属在磁场内的多种运动方式的处理装置，包括主支架、横 向传送机构、纵向旋转机构、处理容器、加热容器和磁场发生装置；

所述加热容器内设置有加热装置和保温装置，所述保温装置包裹在加热 装置外；

将实验用金属放置在玻璃坩埚内，再对玻璃坩埚进行抽真空处理后放入 处理容器内，所述处理容器固定在加热容器内，也可不对玻璃坩埚进行抽真 空处理，在加密封盖后，再对加热容器5进行抽真空，再充入保护气体；

所述加热容器放置在磁场发生装置发生的磁场内；

所述加热装置还连接温度控制装置，所述温度控制装置用于检测处理容 器内的温度并对加热温度进行控制；

所述主支架上设置有横向传送机构，所述横向传送机构上设置有纵向旋 转机构，所述纵向旋转机构下端和加热容器固定，所述纵向旋转机构可带动 加热容器进行旋转；

所述横向传送机构(2)和纵向旋转机构(3)固定连接；所述横向传送机构 可带动纵向旋转机构进行水平方向的往复运动，所述纵向旋转机构可带动加 热容器在磁场发生装置发生的磁场内进行旋转运动。

在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。

进一步的，所述横向传送机构包括第一电机和丝杠，所述第一电机固定 在主支架上并和丝杠的一端连接，用于控制丝杠的运动，丝杠带动纵向旋转 机构进行水平方向的往复运动。

进一步的，所述纵向旋转机构包括第二电机和圆杆，所述第二电机固定 在丝杠上，所述第二电机用于控制圆杆绕中心轴旋转，且圆杆下端和加热容 器固定。

进一步的，还包括设置在磁场发生装置内的水循环降温装置，所述水循 环降温装置设置在加热容器下，用于对加热容器进行降温。

进一步的，所述水循环降温装置上还设置有水温报警装置。

进一步的，所述加热装置为电阻丝、硅钼棒或硅碳棒。

进一步的，所述第一电机还连接第一电机调速器，所述第一电机调速器 用于对第一电机进行控制和调速。

进一步的，所述第二电机连接第二电机调速器，所述第二电机调速器用 于对第二电机进行控制和调速。

进一步的，所述加热容器为密闭式容器，所述加热容器上设置有密闭盖， 所述密闭盖中心位置设置有可和圆杆配合的螺孔，所述圆杆下端设置有可和 螺孔配合的螺纹。

所述温度控制装置可使用温控仪和热电偶，热电偶设置在处理容器内， 热电偶电源线穿过密闭盖，热电偶线孔和抽真空的进气孔和出气孔都用硅胶 密封。

本发明的有益效果是：1、本发明可实现金属熔体在磁场内的多种运动方 式，实用性强，可用来进行扩散实验、粘度测量、制备金属以及金属热处理 等；2、本发明使用方便，仅通过拆装横向传送机构和纵向传送机构间的固 定装置就可以改变设备的运动方式，整个拆装过程简单、安全。3、本发明 外形小巧，便于搬运，成本低。

附图说明

图1为本发明立体示意图；

图2为本发明加热容器截面图。

附图中，各标号所代表的部件列表如下：

1、主支架；2、横向传送机构；3、纵向旋转机构；4、处理容器；5、 加热容器；6、磁场发生装置；21、第一电机；22、丝杠；31、第二电机； 32、圆杆；7、水循环降温装置；51、加热装置；52、保温装置；53、密闭 盖。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本 发明，并非用于限定本发明的范围。

如图1所示，将实验用金属放置在玻璃坩埚内，再对玻璃坩埚进行抽真空 处理后放入处理容器4内，所述处理容器4固定在加热容器5内，也可不对玻 璃坩埚进行抽真空处理，在加密封盖53后，再对加热容器5进行抽真空，再 充入保护气体，本实施例使用奥氏体不锈钢制作处理容器4，加热容器5内还 设置有保温装置52，本实施例使用耐火棉作为保温装置；

所述加热容器5放置在磁场发生装置发生的磁场内；

并将加热容器5盖上带有螺纹孔的密封盖53，通过密封盖53上的螺纹 孔将密封盖53与圆杆32固定，使加热容器5密封，如图2所示为安装好的 本发明加热容器截面图。

所述纵向旋转机构3包括第二电机31和圆杆32，所述第二电机31固定在 丝杠22上，所述第二电机31用于控制圆杆32绕中心轴旋转，且圆杆32下端和 加热容器5固定。

实验时最高温度低于900℃时，使用电阻丝作为加热装置51，最高温度 高于900℃时，使用硅钼棒或硅碳棒作为加热装置51。

启动加热装置51，并利用温度控制装置进行控温，本实施例使用控温仪、 热电偶、调压器作为温度控制装置，热电偶放置在处理容器4内并连接控温 仪，通过控温仪对加热温度进行控制，打开水循环降温装置7，升温加热至 一定温度后进行保温，本实施例的水循环降温装置7所使用的是定制的与磁 场切合的小水箱，利用其本身的U型结构直接安装在磁场的内部。水循环装 置上的水温报警装置包括热电偶和报警器，在水温超过预设温度时进行报 警。

磁场发生装置6可使用永恒磁场或磁场可调的可变磁场，若使用可变磁 场，需预先设定磁场强度，再开始进行样品在磁场内的运动试验；

在保温期间，如图1所示，利用横向传送机构2和纵向旋转机构3间的 配合，以及步进电机和电机调速器实现实验需要的在磁场中的运动方式。

运动方式的实现包括以下几种方式：

a)启动第一电机21和第一电机调速器，设置运动轨迹和运动速度，丝 杠22带动第二电机31和圆杆32，圆杆32带动加热容器5，实现加热容器5 内的金属样品在磁场内进行水平往复运动；

b)启动第二电机31和第二电机调速器，设置运动速度，圆杆32带动 加热容器5，实现加热容器5内的金属样品在磁场内进行旋转运动；

c)同时启动第一电机21和第一电机调速器、第二电机31和第二电机 调速器，并设置第一电机21的运动轨迹和运动速度，丝杠22带动圆杆32， 圆杆32带动加热容器5，同时圆杆32进行旋转，实现加热容器5内的金属 样品在磁场内进行旋转运动和水平运动的复合运动。

试验结束后，利用温度控制装置将处理容器内的温度降至室温，关闭水 循环降温装置，拿出样品，最后根据实验要求处理样品。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明 的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发 明的保护范围之内。