热处理样品高通量制备方法
【专利摘要】本发明公开了一种热处理样品高通量制备方法，包括以下步骤：步骤一：同一成分、同一大小的样品排列放置在热处理室的样品台上；步骤二：设置样品台的每行样品的目标热处理温度，保温时间相同；步骤三：开通电源，加热到目标温度，保温一定时间；步骤四：设置每列样品的气流冷却系统的气流量；步骤五：保温结束后，断电，开启气流冷却系统，每个样品独立冷却到室温；步骤六：待所有样品热处理结束后，取出样品，热处理实验结束；步骤七：将排列固定在同一基座样品用环氧树脂镶样，经过砂纸研磨和金刚石抛光膏抛光处理后，利用显微硬度计或金相显微镜等设备进行样品检测，从而高通量表征不同热处理工艺参数对样品组织、性能的影响。本发明可用于快速筛选最优样品及其热处理工艺参数。
【专利说明】
热处理样品高通量制备方法
技术领域
[0001]本发明属于材料研发及加工领域，特别是涉及一种热处理样品高通量制备方法。
【背景技术】
[0002]在整个国民经济中凡涉及机械制造的领域中，热处理是一项广泛应用的一项重要的基础工艺之一。它是金属材料在严格控制的加热和冷却条件下进行处理，通过改变材料内部的显微组织来达到人们所要求的使用性能或服役寿命。
[0003]热处理技术作为机械制造业中十分重要的基础工艺技术之一，在整个工业领域中，应用十分广泛。在充分发挥材料潜能，节约能源，进行清洁生产和人类社会可持续发展上，热处理技术的拓展是绝不能忽视的。世界上工业发达国家都投入很多资金来发展这门技术。自1996年以来，美国、日本的欧洲的许多发达国家都先后制定21世纪热处理技术发展规划和目标。美国热处理工2020年远景把目前和将来国外热处理先进技术与装备水平的目标和主要标志阐述得十分明确。
[0004]随着社会不断发展，作为国民经济支撑的材料也不断被开发、应用，人们对材料的性能也提出了更高的要求，而热处理技术作为改变材料性能的基础工艺之一，也得到了飞速发展。如何高效地找到合适的热处理工艺参数，使材料性能最优成为一个摆在材料工作者眼前迫切需要解决的问题，因此本发明基于上述考虑，提出一种热处理样品高通量制备方法，该方法可以一次批量完成不同热处理工艺参数下热处理试验，从而快速筛选最优样品及其热处理工艺参数，这样一来不仅大大缩短时间，还减少成本，提高了资源利用率。
【发明内容】
[0005]本发明所要解决的技术问题是提供一种热处理样品高通量制备方法，其可用于快速筛选最优样品及其热处理工艺参数，可以一次批量完成不同热处理工艺参数下热处理试验，从而快速筛选最优样品及其热处理工艺参数，这样一来不仅大大缩短时间，还减少成本，提高了资源利用率。
[0006]本发明是通过下述技术方案来解决上述技术问题的:一种热处理样品高通量制备方法，其特征在于，所述热处理样品高通量制备方法包括以下步骤:
步骤一:将同一成分、同一大小的样品排列放置在热处理室的样品台上，通过隔热装置将各个样品分开，每个样品的加热和冷却互不影响；
步骤二:通过温控系统，设置样品台的每行样品的目标热处理温度，保温时间相同；步骤三:开通电源，开通电源，电阻加热系统启动，开始按照控温程序加热，直至加热到目标温度，保温一定时间；
步骤四:通过气流冷却系统，设置每列样品的气流冷却系统的气流量；
步骤五:保温结束后，断电，开启气流冷却系统，每个样品独立冷却到室温；
步骤六:待所有样品热处理结束后，取出样品，热处理实验结束；
步骤七:将排列固定在同一基座样品用环氧树脂镶样，经过砂纸研磨和金刚石抛光膏抛光处理后，利用显微硬度计或金相显微镜进行样品检测，从而高通量表征不同热处理工艺参数对样品组织、性能的影响。
[0007]优选地，所述热处理样品高通量制备方法采用热处理室、样品台、气流冷却系统、样品、冷却控制系统、温控系统、隔热装置、电阻加热系统，热处理室内置样品台，样品台由多个采用隔热装置分开的独立空间矩阵式排列组成，每个空间分别盛放一个样品，且每个空间都拥有各自多个独立温控系统及冷却控制系统，这样方便控制温度和冷却，控温系统控制电阻加热系统给样品提供热源，冷却控制系统控制气流冷却系统给样品冷却。
[0008]优选地，所述热处理室采用样品台设计理念。
[0009]优选地，所述样品台一般采用一层或多层。
[0010]优选地，所述样品矩阵式排列在热处理室样品台上，同时与基座相固定。
[0011]优选地，所述隔热装置将样品分隔成一个个密闭的独立空间。
[0012]优选地，所述热处理样品高通量制备方法运用电阻加热系统独立分别给每个样品提供热处理热源。
[0013]优选地，所述样品台安装有温控系统。
[0014]优选地，所述样品的冷却利用气流冷却系统或通过温控系统设置的降温程序。
[0015]优选地，所述环氧树脂按的主要组成为纯环氧树脂和胶粘剂。
[0016]本发明的积极进步效果在于:本发明将多个样品矩阵式排列在热处理室中的样品台上，每个样品都与样品台基座固定组合成一个整体，便于热处理后续的高通量表征。每行或则每列的样品其中一个热处理工艺参数值是相同的。每个样品都拥有独立温控系统及冷却控制系统，且采用隔热装置，形成一个个封闭的空间，彼此之间互不影响。通过温控系统调节保温温度及时间，气流冷却系统控制冷却速率，进而一次性获得多个热处理工艺参数下的样品，可用于快速筛选最优样品及其热处理工艺参数。
【附图说明】
[0017]图1为热处理室的结构不意图。
[0018]图2为样品台、气流冷却系统、样品、冷却控制系统、温控系统、隔热装置、电阻加热系统等的结构示意图。
[0019]图3为样品、冷却控制系统、温控系统、隔热装置的结构示意图。
【具体实施方式】
[0020]下面结合附图给出本发明较佳实施例，以详细说明本发明的技术方案。
[0021]本发明热处理样品高通量制备方法包括以下步骤:
步骤一:将同一成分、同一大小的样品排列放置在热处理室的样品台上，通过隔热装置将各个样品分开，每个样品的加热和冷却互不影响；
步骤二:通过温控系统，设置样品台的每行样品的目标热处理温度(比如分别为900°C、860 °C、820 °C )，保温时间相同；
步骤三:开通电源，电阻加热系统启动，开始按照控温程序加热，直至加热到目标温度，保温一定时间(比如60min)；
步骤四:通过气流冷却系统，设置每列样品的气流冷却系统的气流量(可以为41/min、31/min、21/min等)；
步骤五:保温结束后，断电，开启气流冷却系统，每个样品独立冷却到室温；
步骤六:待所有样品热处理结束后，取出样品，热处理实验结束；
步骤七:将排列固定在同一基座样品用环氧树脂镶样，经过砂纸研磨和金刚石抛光膏抛光处理后，利用不同实验设备(如利用显微硬度计打硬度，金相显微镜观察组织)检测，从而高通量表征不同热处理工艺参数对样品组织、性能的影响。
[0022]本发明热处理样品高通量制备方法主要采用热处理室1、样品台2、气流冷却系统
3、样品4、冷却控制系统5、温控系统6、隔热装置7、电阻加热系统8，热处理室I内置样品台2，样品台由多个采用隔热装置分开的独立空间矩阵式排列组成，每个空间分别盛放一个样品，且每个空间都拥有各自多个独立温控系统及冷却控制系统，这样方便控制温度和冷却，控温系统控制电阻加热系统给样品提供热源，冷却控制系统控制气流冷却系统给样品冷却。利用温控系统调节热处理温度及保温时间，气流冷却系统控制气流大小从而控制冷却速率，进而可一次性获得多个热处理工艺参数下的样品，可用于快速筛选最优样品及其热处理工艺参数。电阻加热系统独立分别给每个样品提供热处理热源，温控系统可以调节程序温度以及保温时间、降温速率。
[0023]所述样品台一般采用一层或多层，以适用于更多的制备场合。样品台的控制的工艺参数可以是热处理温度、冷却强度、保温时间、材料成分中的任何两个，可以方便一次性研究这两个热处理工艺参数的不同组合对样品的影响。热处理室如果是多层样品台设计，则每层样品台热处理区别可以是温度、冷却强度、保温时间、成分任何一个。
[0024]所述样品台上的样品以矩阵式排列，且每个样品都通过固定装置固定在样品台基座上，有利于一次性高通量表征。样品台上的样品的冷却降温除了利用气流冷却系统外也可以通过温控系统设置降温程序，实现程序精准降温控制。样品台上的样品可独立通过气流冷却系统冷却，通过改变气流流量大小从而控制冷却强度。
[0025]所述隔热装置将样品分隔成一个个密闭的独立空间，避免彼此之间隔热相互影响。
[0026]所述热处理样品高通量制备方法运用电阻加热系统独立分别给每个样品提供热处理热源，可以同时加热到不同的目标温度。
[0027]所述样品台安装有温控系统，可调节程序温度以及保温时间、降温速率。
[0028]所述样品的冷却除了利用气流冷却系统外，也能通过温控系统设置降温程序，以此来实现程序精准降温控制。
[0029]所述环氧树脂按其主要组成为纯环氧树脂和胶粘剂，具有力学性能高、附着力强、固化收缩率小等优点。电阻加热系统通电使样品加热，温控装置可以设置对应的热处理温度及保温时间，隔热装置使每个样品互不影响。样品的冷却。气流冷却系统根据冷却控制系统的指令，独立地向各个样品吹气冷却，通过改变气流大小来控制冷速。如果降温速率不是很大，也可以通过温控系统设置对应的降温曲线使样品冷却。
[0030]实施例一
本实施例以工具钢T7钢为例来说明热处理样品高通量制备方法。本实施例的具体步骤如下:
Al，将同一成分9个大小为Φ30Χ30πιπι的样品4按3X3排列放置在热处理室I的样品台2上。
[0031]BI，设置样品台2的每行样品的目标热处理温度分别为900°C、860°C、82(rC，保温时间相同，都为60min。
[0032]Cl，开通电源，加热到目标温度，保温60min。
[0033]D1，设置每列样品的气流冷却系统的气流量为41/min，31/min，21/min。
[0034]El，保温结束后，断电，开启气流冷却系统，每个样品独立冷却到室温。
[0035]Fl，待所有样品热处理结束后，取出样品，热处理实验结束。
[0036]G1，将这3X3排列的固定在同一基座样品用环氧树脂镶样，经过砂纸研磨和金刚石抛光膏抛光处理后，利用显微硬度计打硬度，从而高通量表征不同热处理工艺参数对T7钢硬度的影响。
[0037]实施例二
本实施例以加入不同Ti含量的双相不锈钢2101说明热处理样品高通量制备方法。本实施例的具体步骤如下:
A2，准备16个大小为Φ30Χ30πιπι的双相不锈钢2101，分成四组，每组样品的Ti含量不相同，质量分数分别为0.1%，0.2%, 0.3%，0.4%。将这16个样品4按4X4排列在热处理室I的样品台2上，每行样品的成分相同。
[0038]Β2，设置样品台每列样品的热处理温度，分别为1200 °C，1160 °C，1120 °C，1080 °C，保温时间相等且都为30min，
C2，开通电源，每个样品独立温控系统分别加热到目标温度，保温30min。
[0039]D2，利用温控系统，设置每个样品按照控温程序降温，降温速率相等，都为10°C/
mino
[0040]E2，保温结束后，每个样品按照降温曲线降温，直至都冷却到室温。
[0041]F2，待所有样品热处理结束后，取出样品热处理实验结束。
[0042]G2，将这4X4排列的固定在同一基座的样品用环氧树脂镶样，经过砂纸磨和抛光处理后，金相显微镜观察组织，高通量表征不同温度及成分对2101双相不锈钢热处理的影响。
[0043]本发明能够一次完成多个热处理工艺参数实验，可用于快速筛选最优样品及其热处理工艺参数。本发明将多个样品矩阵式排列在热处理室中的样品台上，每个样品都与样品台基座固定组合成一个整体，便于热处理后续的高通量表征。每行或则每列的样品其中一个热处理工艺参数值是相同的。每个样品都拥有独立温控系统及冷却控制系统，且采用隔热装置，形成一个个封闭的空间，彼此之间互不影响。通过控温系统调节保温温度及时间，气流冷却系统控制冷却速率，进而一次性获得多个热处理工艺参数下的样品，可用于快速筛选最优样品及其热处理工艺参数。
[0044]以上所述的具体实施例，对本发明的解决的技术问题、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
【主权项】
1.一种热处理样品高通量制备方法，其特征在于，所述热处理样品高通量制备方法包括以下步骤: 步骤一:将同一成分、同一大小的样品排列放置在热处理室的样品台上，通过隔热装置将各个样品分开，每个样品的加热和冷却互不影响； 步骤二:通过温控系统，设置样品台的每行样品的目标热处理温度，保温时间相同； 步骤三:开通电源，开通电源，电阻加热系统启动，开始按照控温程序加热，直至加热到目标温度，保温一定时间； 步骤四:通过气流冷却系统，设置每列样品的气流冷却系统的气流量； 步骤五:保温结束后，断电，开启气流冷却系统，每个样品独立冷却到室温； 步骤六:待所有样品热处理结束后，取出样品，热处理实验结束； 步骤七:将排列固定在同一基座样品用环氧树脂镶样，经过砂纸研磨和金刚石抛光膏抛光处理后，利用显微硬度计或金相显微镜进行样品检测，从而高通量表征不同热处理工艺参数对样品组织、性能的影响。2.如权利要求1所述的热处理样品高通量制备方法，其特征在于，所述热处理样品高通量制备方法采用热处理室、样品台、气流冷却系统、样品、冷却控制系统、温控系统、隔热装置、电阻加热系统，热处理室内置样品台，样品台由多个采用隔热装置分开的独立空间矩阵式排列组成，每个空间分别盛放一个样品，且每个空间都拥有各自多个独立温控系统及冷却控制系统，这样方便控制温度和冷却，控温系统控制电阻加热系统给样品提供热源，冷却控制系统控制气流冷却系统给样品冷却。3.如权利要求1所述的热处理样品高通量制备方法，其特征在于，所述热处理室采用样品台设计理念。4.如权利要求1所述的热处理样品高通量制备方法，其特征在于，所述样品台采用一层或多层。5.如权利要求1所述的热处理样品高通量制备方法，其特征在于，所述样品矩阵式排列在热处理室样品台上，同时与基座相固定。6.如权利要求1所述的热处理样品高通量制备方法，其特征在于，所述隔热装置将样品分隔成一个个密闭的独立空间。7.如权利要求1所述的热处理样品高通量制备方法，其特征在于，所述热处理样品高通量制备方法运用电阻加热系统独立分别给每个样品提供热处理热源。8.如权利要求1所述的热处理样品高通量制备方法，其特征在于，所述样品台安装有温控系统。9.如权利要求1所述的热处理样品高通量制备方法，其特征在于，所述样品的冷却利用气流冷却系统或通过温控系统设置的降温程序。10.如权利要求1所述的热处理样品高通量制备方法，其特征在于，所述环氧树脂的主要组成为纯环氧树脂和胶粘剂。
【文档编号】C21D11/00GK105861787SQ201610285401
【公开日】2016年8月17日
【申请日】2016年5月4日
【发明人】仲红刚, 全文, 徐智帅, 张云虎, 程杰, 宋长江, 翟启杰
【申请人】上海大学