本實(shí)用新型涉及一種模具，尤其涉及一種制備擴(kuò)散多元結(jié)的擠壓模具。

背景技術(shù)：

擴(kuò)散多元結(jié)是由不同種類(lèi)的三塊及其以上的金屬塊組成。金屬塊界面緊密接觸，并且在高溫下相互擴(kuò)散形成固溶體或中間相。通過(guò)微觀(guān)尺度上的測(cè)量工具可以得到這些固溶體或中間相的硬度、彈性模量、熱導(dǎo)率等隨局部成分變化的規(guī)律，從而構(gòu)造“成分-結(jié)構(gòu)-性質(zhì)”之間的關(guān)系。

擴(kuò)散多元結(jié)由俄亥俄州立大學(xué)趙繼成教授在擴(kuò)散偶的基礎(chǔ)上發(fā)展而來(lái)。目前，制備擴(kuò)散多元結(jié)需要在真空條件下用電子束將擴(kuò)散結(jié)和封蓋焊接在一起，再采用熱等靜壓使擴(kuò)散多元結(jié)受到三向壓應(yīng)力，進(jìn)而發(fā)生塑性變形、焊合空隙。但是，一般的實(shí)驗(yàn)室環(huán)境很難滿(mǎn)足上述方法所要求的條件，嚴(yán)重阻礙了擴(kuò)散多元結(jié)的應(yīng)用。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供了一種對(duì)實(shí)驗(yàn)室環(huán)境要求不高的制備擴(kuò)散多元結(jié)的擠壓模具。

為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本實(shí)用新型提供了一種制備擴(kuò)散多元結(jié)的擠壓模具。該擠壓模具包括：

設(shè)有錐形通孔的外模、設(shè)有樣品容置空間的內(nèi)套、上封蓋、下封蓋、擠壓桿以及隔絕層；

所述內(nèi)套置于所述錐形通孔內(nèi)；所述內(nèi)套上表面上設(shè)有所述上封蓋，所述上封蓋下表面的直徑與所述內(nèi)套上表面的直徑相同；所述內(nèi)套下表面上設(shè)有所述下封蓋，所述下封蓋上表面的直徑與所述內(nèi)套下 表面的直徑相同；且所述內(nèi)套、所述上封蓋以及所述下封蓋的錐度與所述錐形通孔的錐度相同；

所述擠壓桿通過(guò)擠壓所述內(nèi)套上表面使所述內(nèi)套在所述錐形通孔內(nèi)向下運(yùn)動(dòng)；

所述通孔側(cè)壁內(nèi)表面設(shè)有防止所述外模與所述內(nèi)套之間相互擴(kuò)散的隔絕層。

優(yōu)選地，所述隔絕層為高熔點(diǎn)材質(zhì)。

優(yōu)選地，所述上封蓋、所述下封蓋與所述內(nèi)套均為所述擴(kuò)散多元結(jié)中體積分?jǐn)?shù)最大的材料。

優(yōu)選地，所述上封蓋、所述下封蓋與所述內(nèi)套為不同材料，所述上封蓋、所述下封蓋與所述內(nèi)套之間均設(shè)有所述隔絕層。

優(yōu)選地，所述擠壓桿、所述外模均為剛性材質(zhì)。

優(yōu)選地，所述通孔的錐度為0.03:1～0.2:1。

優(yōu)選地，所述外模、所述擠壓桿為圓柱體，所述內(nèi)套、所述上封蓋以及所述下封蓋為圓臺(tái)。

優(yōu)選地，所述容置空間的上表面為以所述內(nèi)套上表面的圓心為中心點(diǎn)的正方形。

優(yōu)選地，所述外模與所述內(nèi)套之間加有潤(rùn)滑劑，以減小所述外模與所述內(nèi)套之間的摩擦系數(shù)。

本實(shí)用新型的上述技術(shù)方案具有如下優(yōu)點(diǎn)：在一般的實(shí)驗(yàn)室環(huán)境下，使用普通的擠壓機(jī)以及熱模擬機(jī)，能夠達(dá)到傳統(tǒng)制備方法一樣的三向擠壓效果。利用本實(shí)用新型提供的擠壓模具制備擴(kuò)散多元結(jié)的制備工藝簡(jiǎn)單、容易實(shí)現(xiàn)，并且制備成品低廉。

附圖說(shuō)明

圖1是本實(shí)用新型實(shí)施例提供的制備擴(kuò)散多元結(jié)的擠壓模具的剖視圖；

圖2是本實(shí)用新型實(shí)施例提供的制備擴(kuò)散多元結(jié)的擠壓模具的 內(nèi)套的示意圖。

圖中：1：外模；2：擠壓桿；3：上封蓋；4：內(nèi)套；5：鉭箔；6：下封蓋。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型的具體實(shí)施方式作進(jìn)一步詳細(xì)描述。以下實(shí)施例用于說(shuō)明本實(shí)用新型，但不用來(lái)限制本實(shí)用新型的范圍。

如圖1所示，為本實(shí)用新型實(shí)施例提供的制備擴(kuò)散多元結(jié)的擠壓模具的剖視圖。

本實(shí)用新型實(shí)施例提供的制備擴(kuò)散多元結(jié)的擠壓模具包括：設(shè)有錐形通孔的外模1、設(shè)有樣品容置空間的內(nèi)套4、擠壓桿2以及隔絕層；內(nèi)套4置于錐形通孔內(nèi)，且內(nèi)套4的錐度與錐形通孔的錐度相同；擠壓桿2通過(guò)擠壓內(nèi)套4上表面使內(nèi)套4在錐形通孔內(nèi)向下運(yùn)動(dòng)；通孔側(cè)壁內(nèi)表面設(shè)置有防止外模1與內(nèi)套4之間相互擴(kuò)散的隔絕層。

其中，為了防止外模1和內(nèi)套4之間的相互擴(kuò)散，進(jìn)而導(dǎo)致制備的擴(kuò)散多元結(jié)含有不必要的雜質(zhì)，因此在外模1內(nèi)整個(gè)通孔兩個(gè)側(cè)壁內(nèi)表面設(shè)置隔絕層。金屬鉭具有很高的熔點(diǎn)，故在高溫退火時(shí)可以防止外模1與待加工金屬發(fā)生擴(kuò)散。隔絕層為高熔點(diǎn)材質(zhì)，本實(shí)施例的隔絕層以鉭箔5為例，但并不以此為限，其他具有高熔點(diǎn)，且能防止外模1與內(nèi)套4發(fā)生擴(kuò)散的材料均可。

進(jìn)一步地，為了防止樣品太小而脫離內(nèi)套4，同時(shí)防止內(nèi)部金屬揮發(fā)，應(yīng)用上下封蓋封住內(nèi)套4的上下底面。內(nèi)套4上表面上設(shè)有上封蓋3，上封蓋3下表面的直徑與內(nèi)套4上表面的直徑相同。內(nèi)套4下表面上設(shè)有下封蓋6，下封蓋6上表面的直徑與內(nèi)套4下表面的直徑相同。與外模1內(nèi)通孔錐度完全相同的上下封蓋直接和內(nèi)套4的上下表面接觸，這樣可以使擠壓后封裝嚴(yán)密。上封蓋3、下封蓋6應(yīng)與內(nèi)套4可以選用相同的材料，也可以選用不一樣的材料。選用不一樣 的材料時(shí)需要在上封蓋3與內(nèi)套4之間、下封蓋6與內(nèi)套4之間貼上鉭箔5以防止制備的擴(kuò)散多元結(jié)帶有其他雜質(zhì)，上下封蓋的厚度取0.5mm到5mm。

進(jìn)一步地，內(nèi)套4、上封蓋3以及下封蓋6均為多元結(jié)的主元。內(nèi)套4置于外模1的通孔內(nèi)，與傳統(tǒng)擴(kuò)散多元結(jié)相同，內(nèi)套4一般選取強(qiáng)度低、塑性好的多元結(jié)中的主元作為內(nèi)套的材質(zhì)，即需要進(jìn)行擠壓操作的幾種材料中體積分?jǐn)?shù)最大的一種材料。如圖2所示，為本實(shí)用新型實(shí)施例提供的制備擴(kuò)散多元結(jié)的擠壓模具的內(nèi)套的示意圖。內(nèi)套4既起到容置樣品金屬塊的模具作用，同時(shí)也是待制備的擴(kuò)散多元結(jié)中的一個(gè)金屬組元。

進(jìn)一步地，擠壓桿2、外模1均為剛性材質(zhì)。外模1一般只做一次性使用，因此可以選用熱處理后的45號(hào)鋼作為外模1材料。若擠壓的樣品(如Ti和Ni)強(qiáng)度高、尺寸大時(shí)，則應(yīng)選用性能較好的工具鋼。同時(shí)，外模1的壁厚應(yīng)根據(jù)不同的金屬樣品強(qiáng)度和內(nèi)套4的尺寸來(lái)設(shè)計(jì)。擠壓桿2可重復(fù)多次使用，可選用材質(zhì)較好的工具鋼等材料。

進(jìn)一步地，外模1通孔的錐度越小，多元結(jié)擠壓的越均勻，其周向壓力也越大。但同時(shí)，錐度越小壓縮得到同樣的應(yīng)變時(shí)，擠壓的行程也越長(zhǎng)，進(jìn)而作為制備擴(kuò)散多元結(jié)的擠壓模具的長(zhǎng)度也越長(zhǎng)。因此，綜合上述因素通孔的錐度在0.03:1～0.2:1之間進(jìn)行選取為宜。

進(jìn)一步地，擠壓桿2的直徑小于上封蓋3上表面的直徑。擠壓桿的長(zhǎng)度需大于擠壓行程(一般為10mm～30mm)，以便于試驗(yàn)后擠壓桿2的拔出。

進(jìn)一步地，外模1、擠壓桿2為圓柱體，內(nèi)套4、上封蓋3以及下封蓋6為圓臺(tái)。內(nèi)套4、上封蓋3及下封蓋6置于外模1通孔內(nèi)應(yīng)與外模1通孔的錐度嚴(yán)格一致，內(nèi)套4中的容置空間為容置多個(gè)金屬塊的長(zhǎng)方體空間。容置空間的上表面為以?xún)?nèi)套4上表面的圓心為中心 點(diǎn)的正方形。

進(jìn)一步地，外模1、擠壓桿2、內(nèi)套4、上封蓋3以及下封蓋6在使用前，均需用砂紙仔細(xì)打磨，消除加工時(shí)產(chǎn)生的條紋，使表面變得光滑，盡量地減小金屬表面的摩擦系數(shù)。同時(shí)，樣品金屬塊、內(nèi)套4、封蓋之間接觸，且對(duì)齊地放置。摩擦系數(shù)對(duì)于在擠壓過(guò)程中產(chǎn)生的外模對(duì)內(nèi)套的周向壓力有很大影響，實(shí)驗(yàn)中應(yīng)該盡量減小內(nèi)套4與外模1之間的摩擦系數(shù)，因此在組裝模具時(shí)應(yīng)適當(dāng)?shù)丶尤胍恍?rùn)滑劑，可以顯著改善擠壓效果。擠壓完成后，容置有擠壓后的擴(kuò)散多元結(jié)的整個(gè)模具一并進(jìn)行退火處理，在模具和多元結(jié)上仍然存在很大的殘余彈性應(yīng)力，使得退火過(guò)程金屬界面始終承受很大的壓力，進(jìn)而能夠加速擴(kuò)散并得到良好的金屬擴(kuò)散界面。

進(jìn)一步地，將本實(shí)用新型提供的模具用于Mg-Ce-Gd-Zr多元結(jié)的制備，具體實(shí)施步驟為：內(nèi)套4、上封蓋3以及下封蓋6選用Mg-Ce-Gd-Zr多元結(jié)的主元金屬M(fèi)g，將金屬Ce、Gd以及Zr制成金屬方條并置于內(nèi)套4的方孔容置空間中，用鉭箔5把外模1的錐孔內(nèi)表面覆蓋，然后放入下封蓋6，再將容置有金屬方條的內(nèi)套4置于外模1中，最后加上上封蓋3；再使用擠壓機(jī)通過(guò)擠壓桿2施加載荷10kN的力使內(nèi)套4壓至外模1底部；將擠壓后的整個(gè)模具封于石英管內(nèi)，并置于退火爐中，在450℃的溫度下退火16天。退火后，用掃描電鏡(SEM)來(lái)測(cè)定，擴(kuò)散厚度可達(dá)500μm。

需要說(shuō)明的是，本文中所使用的“左”、“右”、“上”、“下”等方位詞是以圖中所示的構(gòu)件相對(duì)位置為基準(zhǔn)定義的，顯然，上述方位詞的應(yīng)用僅是為了便于描述本實(shí)用新型和簡(jiǎn)化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構(gòu)造和操作，因此不能理解為對(duì)本實(shí)用新型的限制。

綜上所述，本實(shí)用新型提供的制備擴(kuò)散多元結(jié)的擠壓模具在一般的實(shí)驗(yàn)室環(huán)境下，使用普通的擠壓機(jī)以及熱模擬機(jī)，能夠達(dá)到傳統(tǒng)制 備方法一樣的三向擠壓效果。利用本實(shí)用新型提供的擠壓模具制備擴(kuò)散多元結(jié)的制備工藝簡(jiǎn)單、容易實(shí)現(xiàn)，并且制備成品低廉。

最后應(yīng)說(shuō)明的是：以上實(shí)施例僅用以說(shuō)明本實(shí)用新型的技術(shù)方案，而非對(duì)其限制；盡管參照前述實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行了詳細(xì)的說(shuō)明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解：其依然可以對(duì)前述各實(shí)施例所記載的技術(shù)方案進(jìn)行修改，或者對(duì)其中部分技術(shù)特征進(jìn)行等同替換；而這些修改或者替換，并不使相應(yīng)技術(shù)方案的本質(zhì)脫離本實(shí)用新型各實(shí)施例技術(shù)方案的精神和范圍。