热处理装置及快速淬火方法制造方法及图纸

本申请提供一种热处理装置及快速淬火方法，涉及热处理领域。热处理装置包括导热样品室、加热机构以及气体输送机构，导热样品室具有打开状态和封闭状态的容置腔；加热机构围设于导热样品室的外周；气体输送机构位于导热样品室外，气体输送机构包括输气管以及气源，气源用于提供低温惰性气体，输气管的进气端与气源连通，输气管的送气端的端面抵持于导热样品室的外壁，送气端的侧壁开设有沿其周向间隔布置的多个出气通道，其结构简单，装卸方便，能够实现对微纳级样品的快速淬火且避免杂质的引入。入。入。

【技术实现步骤摘要】
热处理装置及快速淬火方法


[0001]本申请涉及热处理领域，具体而言，涉及一种热处理装置及快速淬火方法。

技术介绍

[0002]热处理工艺是指材料在固态下，通过加热、保温和冷却的手段，以获得预期组织和性能的一种热加工工艺，通常包括退火、正火、淬火、回火等，这四种工艺通过合理组合可以演变出不同的热处理工艺，使经过处理的材料获得不同的强度和韧性，从而达到消除组织缺陷，改善材料性能的目的。
[0003]淬火是指将材料加热到指定温度后保温一段时间，然后放入淬火介质中使其快速降温冷却。
[0004]目前，实现快速淬火的热处理设备结构较为复杂，通常需设计旋转机构使样品与淬火剂充分接触，以及设计回收循环腔对淬火剂进行回收处理，导致占用空间大，同时也增加了对电力等能源的消耗。现有技术对微纳级样品的热处理，多是将其置于铜坩埚中，在真空环境下加热至高温，恒温一段时间后，随炉自然缓慢冷却或通入水/油等冷却介质来实现快速冷却，随炉冷却的方式导致一次实验耗时较长，效率低下，而若通入水/油等冷却介质来实现快速冷却的方式，不仅导致样品和冷却介质发生反应，引入杂质从而影响样品性能，且存在因冷却介质的冲击使得样品从载体上脱落的情况，以及水/油等冷却介质的最大冷却速率较低，冷却速率慢，冷却效果较差。

技术实现思路

[0005]本申请实施例的目的在于提供一种热处理装置及快速淬火方法，其能够改善上述至少一个技术问题。
[0006]第一方面，本申请实施例提供一种热处理装置，其包括导热样品室、加热机构以及气体输送机构。<br/>[0007]其中，导热样品室具有用于收容微纳级样品的容置腔，容置腔具有打开状态和封闭状态；加热机构围设于导热样品室的外周并用于加热导热样品室；气体输送机构位于导热样品室外，气体输送机构包括输气管以及气源，气源用于提供温度不高于10℃的低温惰性气体，输气管的进气端与气源连通，输气管的送气端的端面抵持于导热样品室的外壁，送气端的侧壁开设有沿其周向间隔布置的多个出气通道。
[0008]在上述实现过程中，由于微纳级样品收容于容置腔内，而气体输送机构位于导热样品室外，因此可避免在降温时，微纳级样品被气流冲击以及和低温惰性气体发生物质交换，避免杂质的引入以保证微纳级样品的质量。利用低温惰性气体与导热样品室进行热交换，可快速冷却降温，降温速率可达1000K/s，实现快速淬火，提高淬火效率，并且淬火后的纳微米级样品结构完整且性能良好，整个热处理装置结构简单，装卸方便，实用性高，可有效提高实验效率。
[0009]在一种可能的实施方案中，出气通道为开设于送气端的端面的缺口，缺口的总横
截面面积占送气端的总横截面面积的12.73％
‑
66.71％。
[0010]在一种可能的实施方案中，送气端的内壁直径为4mm，缺口在送气端的输气体方向上的深度为1
‑
5mm。
[0011]在一种可能的实施方案中，气源被配置为输出的低温惰性气体的流速为10m/s
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20m/s。
[0012]在一种可能的实施方案中，导热样品室包括：导热承载件和导热坩埚，导热承载件具有用于承载微纳级样品的承载面；导热坩埚可拆卸地倒扣于承载面，导热坩埚与承载面共同形成容置腔。
[0013]在一种可能的实施方案中，导热样品室包括：导热接头，导热接头沿其轴向设有依次连通的容纳槽、进气通道和限位槽，容纳槽和限位槽的直径均大于进气通道的直径；导热承载件可拆卸地嵌设于容纳槽内并封闭进气通道靠近容纳槽的一端，承载面位于导热承载件背离限位槽的一侧，导热坩埚可拆卸地倒扣于容纳槽内且导热坩埚的开口端被承载面封闭；输气管包括第一输气管以及第二输气管，第一输气管的送气端的端面用于限制导热坩埚沿导热接头的轴向方向移动，第一输气管的侧壁与容纳槽的侧壁之间形成第一出气间隙，第二输气管的送气端的端面抵持于限位槽，第二输气管的侧壁与限位槽之间形成第二出气间隙。
[0014]在一种可能的实施方案中，导热样品室还包括：陶瓷压环，陶瓷压环可拆卸地嵌设于容纳槽内并压设于承载面上，导热坩埚可拆卸地倒扣于陶瓷压环的内环面内，在导热接头的轴向方向上，陶瓷压环的高度低于容纳槽的深度；第一输气管的送气端的端面部分抵持于陶瓷压环。
[0015]在一种可能的实施方案中，气体输送机构包括连接管以及气体流量计，气源经连接管与输气管连通，气体流量计设置于连接管上。
[0016]在一种可能的实施方案中，热处理装置还包括：测温机构以及控制器，测温机构位于输气管内，测温机构的测温点与导热样品室的外壁接触；控制器分别与加热机构和测温机构电连接，控制器用于接收测温机构反馈的温度数据，控制器能够根据温度数据控制加热机构的工作状态。
[0017]第二方面，本申请实施例提供一种利用上述热处理装置的快速淬火方法，其包括如下步骤：
[0018]将微纳级样品承载于载体上，然后共同放入容置腔中并封闭容置腔，将热处理装置放置于真空箱内，对真空箱内抽真空至目标真空度，然后启动加热机构加热导热样品室至目标温度后保温预设时间，然后停止加热，启动气体输送机构向导热样品室的外壁输送低温惰性气体以使微纳级样品快速降温。
附图说明
[0019]为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
[0020]图1为本申请提供的热处理装置的结构示意图；
[0021]图2为本申请提供的热处理装置的剖面结构示意图；
[0022]图3为导热样品室与第一输气管、第二输气管的装配的结构示意图；
[0023]图4为本申请提供的第一输气管的结构示意图；
[0024]图5为本申请提供的第二输气管的结构示意图；
[0025]图6为随炉冷却与实施例1提供的快速淬火方法的冷却速率对比图；
[0026]图7为试验例提供的缺口深度与冷却速率相关示意图；
[0027]图8为试验例提供的通气截面比与冷却速率相关示意图；
[0028]图9为试验例提供的低温惰性气体的流速与冷却速率相关示意图。
[0029]图标：1000
‑
热处理装置；10
‑
导热样品室；100
‑
容置腔；110
‑
导热承载件；111
‑
承载面；120
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导热坩埚；130
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导热接头；133
‑
进气通道；140
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陶瓷压环；20
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气体输送机构；200
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气源；211
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出气通道；220
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第一输气管；230
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第一三通阀；240
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第二输气管；250本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种热处理装置，其特征在于，包括：导热样品室，具有用于收容微纳级样品的容置腔，所述容置腔具有打开状态和封闭状态；加热机构，围设于所述导热样品室的外周并用于加热所述导热样品室；以及气体输送机构，位于所述导热样品室外，所述气体输送机构包括输气管以及气源，所述气源用于提供温度不高于10℃的低温惰性气体，所述输气管的进气端与所述气源连通，所述输气管的送气端的端面抵持于所述导热样品室的外壁，所述送气端的侧壁开设有沿其周向间隔布置的多个出气通道。2.根据权利要求1所述的热处理装置，其特征在于，所述出气通道为开设于所述送气端的端面的缺口，所述缺口的总横截面面积占所述送气端的总横截面面积的12.73％
‑
66.71％。3.根据权利要求2所述的热处理装置，其特征在于，所述送气端的内壁直径为4mm，所述缺口在所述送气端的输气体方向上的深度为1
‑
5mm。4.根据权利要求1所述的热处理装置，其特征在于，所述气源被配置为输出的低温惰性气体的流速为10m/s
‑
20m/s。5.根据权利要求1
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4任意一项所述的热处理装置，其特征在于，所述导热样品室包括：导热承载件，具有用于承载所述微纳级样品的承载面；以及导热坩埚，可拆卸地倒扣于所述承载面，所述导热坩埚与所述承载面共同形成所述容置腔。6.根据权利要求5所述的热处理装置，其特征在于，所述导热样品室包括：导热接头，所述导热接头沿其轴向设有依次连通的容纳槽、进气通道和限位槽，所述容纳槽和所述限位槽的直径均大于所述进气通道的直径；所述导热承载件可拆卸地嵌设于所述容纳槽内并封闭所述进气通道靠近所述容纳槽的一端，所述承载面位于所述导热承载件背离所述限位槽的一侧，所述导热坩埚可拆卸地倒扣于所述容纳槽内且所述导热坩埚的开口端被所述承载面封闭；所...

【专利技术属性】
技术研发人员：张博，赵勇，贾阳华，徐立明，王鹏，闫玉强，胡金亮，柯海波，汪卫华，
申请(专利权)人：松山湖材料实验室，
类型：发明
国别省市：