本實(shí)用新型涉及一種制備梯度納米結(jié)構(gòu)的裝置，具體涉及一種制備棒狀金屬梯度納米結(jié)構(gòu)的裝置。

背景技術(shù)：

金屬梯度納米結(jié)構(gòu)是指金屬構(gòu)件(例如，直徑為5mm的棒材)的微觀組織尺寸沿著某個(gè)方向(例如棒材的徑向)呈現(xiàn)從納米到微米尺度依次梯度分布的特征。梯度納米結(jié)構(gòu)能夠顯著提升原始材料的強(qiáng)度，并保持其良好塑性，達(dá)到強(qiáng)度與塑性的良好匹配。

現(xiàn)在的制備棒狀金屬梯度納米結(jié)構(gòu)的方法主要是通過(guò)手工控制，涉及多個(gè)工藝參數(shù)，非常復(fù)雜，成功率較低，重復(fù)性差，需要很強(qiáng)的個(gè)人經(jīng)驗(yàn)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型提供了一種制備棒狀金屬梯度納米結(jié)構(gòu)的裝置，制備工藝參數(shù)簡(jiǎn)單，成功率高，重復(fù)性好。本實(shí)用新型的具體技術(shù)方案如下：

一種制備棒狀金屬梯度納米結(jié)構(gòu)的裝置，包括設(shè)有空腔的殼體和殼內(nèi)部件，所述殼體的下部設(shè)有進(jìn)料口和出料口，所述殼體的上部設(shè)有觸屏屏幕；所述殼內(nèi)部件包括設(shè)于空腔內(nèi)的試樣輸送裝置、扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)機(jī)和控制主板；所述控制主板包括控制器、和分別與控制器連接的存儲(chǔ)器和觸屏顯示器；所述試樣輸送裝置分別與進(jìn)料口、出料口和扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)機(jī)相連；所述控制器與扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)機(jī)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)連接；所述觸屏顯示器與所述觸屏屏幕通過(guò)網(wǎng)絡(luò)連接；所述殼體的背面設(shè)有電源接口和電源開(kāi)關(guān)。

優(yōu)選的，所述進(jìn)料口、出料口的形狀為圓形，直徑為1mm-100mm。

優(yōu)選的，所述通過(guò)網(wǎng)絡(luò)連接為通過(guò)路由器連接。

優(yōu)選的，所述通過(guò)網(wǎng)絡(luò)連接為通過(guò)無(wú)線網(wǎng)卡連接。

優(yōu)選的，所述出料口上還鋪設(shè)有一層絨布。

優(yōu)選的，所述殼體的底部設(shè)有滾輪。

附圖說(shuō)明

圖1為本實(shí)用新型實(shí)施例1的制備棒狀金屬梯度納米結(jié)構(gòu)的裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本實(shí)用新型實(shí)施例1制備棒狀金屬梯度納米結(jié)構(gòu)的裝置的工作原理圖；

圖中，1進(jìn)料口、2出料口、3觸屏屏幕、4殼體、5試樣輸送裝置、6扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)機(jī)、7存儲(chǔ)器、8控制器、9觸屏顯示器。

具體實(shí)施方式

實(shí)施例1

一種制備棒狀金屬梯度納米結(jié)構(gòu)的裝置，如圖1和圖2所示，包括設(shè)有空腔的殼體4和殼內(nèi)部件，所述殼體的下部設(shè)有進(jìn)料口1和出料口2，所述殼體的上部設(shè)有觸屏屏幕3；所述殼內(nèi)部件包括設(shè)于空腔內(nèi)的試樣輸送裝置5、扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)機(jī)6和控制主板；所述控制主板包括控制器8、和分別與控制器8連接的存儲(chǔ)器7和觸屏顯示器9；所述的試樣輸送裝置5分別與進(jìn)料口1、出料口2和扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)機(jī)6相連；所述控制器8與扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)機(jī)6通過(guò)網(wǎng)絡(luò)連接；所述觸屏顯示器9與所述觸屏屏幕3通過(guò)網(wǎng)絡(luò)連接；所述殼體4的背面設(shè)有電源接口和電源開(kāi)關(guān)。

本裝置啟動(dòng)后，首選根據(jù)棒狀金屬試樣的尺寸在觸屏屏幕3上設(shè)置扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)機(jī)6的參數(shù)。設(shè)置的數(shù)據(jù)通過(guò)控制器8存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器7，與扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)機(jī)6進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。

然后，在進(jìn)料口1投入棒狀金屬試樣，棒狀金屬試樣通過(guò)試樣輸送裝置5到達(dá)扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)機(jī)6，夾緊棒狀金屬試樣兩端，實(shí)施扭轉(zhuǎn)變形。完成后，通過(guò)試樣輸送裝置5到達(dá)出料口2。

選擇退火態(tài)純鎳為試驗(yàn)材料，棒狀金屬試樣扭轉(zhuǎn)試樣的半徑r為6.25mm，參與扭轉(zhuǎn)變形段的長(zhǎng)度l為50mm。

參數(shù)的計(jì)算原理是剪切應(yīng)變大小γ與金屬試樣扭轉(zhuǎn)試樣半徑r、金屬試樣參與扭轉(zhuǎn)變形段的長(zhǎng)度l和扭轉(zhuǎn)角度θ的關(guān)系為：

$\mathrm{\γ}=\frac{r}{l}\mathrm{\θ}\mathrm{...}\left(1\right)$

那么每扭轉(zhuǎn)一周2π(360°)，試樣最表層的應(yīng)變大小為0.78。同理，如果扭轉(zhuǎn)變形為兩周(或者順時(shí)針，逆時(shí)針?lè)较蚋饕恢?，試樣最表層的應(yīng)變量大小將為1.56(0.78×2)。

梯度納米結(jié)構(gòu)微觀組織表征將經(jīng)歷扭轉(zhuǎn)變形沿橫截面取樣，樣品厚度為2mm。試樣分別經(jīng)200#、500#、1000#和2000#水磨砂紙上進(jìn)行磨制，然后用粒度為6μm的金剛石拋光液在錦綸拋光盤(pán)上進(jìn)行大約5分鐘的研磨；最后進(jìn)行機(jī)械拋光15-30分鐘。機(jī)械拋光時(shí)轉(zhuǎn)速控制在300r/min～400r/min之間。為避免拋光過(guò)程中產(chǎn)生的應(yīng)變影響EBSD成像和標(biāo)定質(zhì)量，注意拋光時(shí)應(yīng)輕壓試樣。機(jī)械拋光劑化學(xué)成分為：90vol％Colloidal silica OP-S+10vol％H₂O₂。微觀組織的表征在配備有背散射電子衍射系統(tǒng)的JEOL-JSM-6500F場(chǎng)發(fā)射型掃描電鏡上進(jìn)行。

針對(duì)經(jīng)歷扭轉(zhuǎn)變形4π(720°)的退火態(tài)純鎳扭轉(zhuǎn)樣品，其微觀組織從表層至心部依次呈現(xiàn)出納米經(jīng)歷層，超細(xì)晶粒層和原始粗晶層這樣的梯度結(jié)構(gòu)。

梯度納米結(jié)構(gòu)的硬度梯度分布表征為了進(jìn)一步證實(shí)經(jīng)純扭轉(zhuǎn)變形所獲得材料的梯度結(jié)構(gòu)特征，本方案還對(duì)試樣橫截面的硬度分布進(jìn)行了測(cè)試表征。硬度測(cè)試在顯微硬度計(jì)上進(jìn)行。

針對(duì)經(jīng)歷扭轉(zhuǎn)變形4π(720°)的退火態(tài)純鎳扭轉(zhuǎn)樣品，橫截面的硬度從心部的1.25GPa逐漸上升到最表層的2.38GPa，由表層至心部表現(xiàn)出顯著的梯度結(jié)構(gòu)特性。

本實(shí)施例中棒狀金屬試樣的材質(zhì)除了鎳以外，還可以是銅、鋁或鐵。

本實(shí)施例的有益效果是，經(jīng)過(guò)本裝置制備棒狀金屬梯度納米結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)晶粒微觀組織由表至里真正意義上的梯度分布，克服以往技術(shù)中梯度層與原始粗晶層存在明顯截面的問(wèn)題；微觀組織梯度結(jié)構(gòu)厚度尺寸大，材料強(qiáng)度提高更加顯著；現(xiàn)有表面研磨技術(shù)需要在金屬試樣表面反復(fù)機(jī)械研磨，加工效率低；本方案僅通過(guò)純扭轉(zhuǎn)變形即可，可有效提高加工效率；現(xiàn)有表面研機(jī)械研磨術(shù)處理后的金屬試樣表面質(zhì)量較初始狀態(tài)顯著下降，本方案采用純扭轉(zhuǎn)變形，對(duì)初始表面質(zhì)量基本無(wú)影響；現(xiàn)有表面機(jī)械研磨技術(shù)需要根據(jù)金屬類別反復(fù)調(diào)節(jié)、試驗(yàn)壓入量，轉(zhuǎn)動(dòng)速度，水平進(jìn)給速度等多個(gè)工藝參數(shù)，非常復(fù)雜，成功率較低；而本方案僅需根據(jù)設(shè)計(jì)需要，調(diào)節(jié)扭轉(zhuǎn)量大小即可，有效解決工藝參數(shù)復(fù)雜多變，樣品成功率低的問(wèn)題。

實(shí)施例2

與實(shí)施例1不同之處在于，所述進(jìn)料口、出料口的形狀為圓形，直徑為10mm。

實(shí)施例3

與實(shí)施例1不同之處在于，所述進(jìn)料口、出料口的形狀為圓形，直徑為50mm。

實(shí)施例4

與實(shí)施例1不同之處在于，所述出料口2上還鋪設(shè)有一層絨布?？梢员Ｗo(hù)經(jīng)過(guò)扭轉(zhuǎn)的棒狀金屬試樣，避免不必要的磕碰。

實(shí)施例5

與實(shí)施例1不同之處在于，所述殼體4的底部設(shè)有滾輪?？梢苑奖阍撗b置的移動(dòng)和運(yùn)輸。

綜上所述，僅為本實(shí)用新型之較佳實(shí)施例，不以此限定本實(shí)用新型的保護(hù)范圍，凡依本實(shí)用新型專利范圍及說(shuō)明書(shū)內(nèi)容所作的等效變化與修飾，皆為本實(shí)用新型專利涵蓋的范圍之內(nèi)。