一种防止金属试样高温氧化的装置及其使用方法与流程

本发明属于材料工程技术领域，具体涉及一种防止金属试样高温氧化的装置及其使用方法。

背景技术：

金属试样在高温加热试验过程中，表面与炉膛内的氧气发生反应，使得金属表面氧化，尤其是在高温长时间加热实验中，金属氧化非常严重，极大的破坏了金属试样，使得实验不能顺利进行。防止金属氧化的方法较多，通入保护性气体排除氧气可以防止氧化，将金属试样置于真空中加热避免氧化，将金属试样埋入铸铁屑中加热可以减少氧化，将金属试样置于碳热还原气氛中也有较好的保护效果。通入保护性气氛需要有专用的保护气氛炉，真空加热也需要专用的设备，铸铁屑常用于钢铁零件小批量淬火过程中减少氧化，采用碳热还原气氛时常常需要双坩埚，占用的空间较大，装入的试样也较少，坩埚成本也较高。

技术实现要素：

本发明的目的是解决上述问题，提供一种占用空间小、装入试样较多的防止金属试样高温氧化的装置。

本发明的另一目的，是提供一种前述防止金属试样高温氧化的装置的使用方法。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案是：一种防止金属试样高温氧化的装置，包括设有盖板的耐高温容器、隔离层、还原剂，所述隔离层设置于耐高温容器内下部，还原剂设置于隔离层上方，金属试样放置于隔离层之中，所述隔离层用于将金属试样与还原剂、坩埚相隔离。

优选地，所述隔离层由若干个抗氧化颗粒组成，所述抗氧化颗粒采用抗氧化金属材料或抗氧化陶瓷材料制成。

优选地，所述抗氧化颗粒为球状或片状。

优选地，所述还原剂为颗粒状石墨、颗粒状活性碳、铸铁切屑中的至少一种。

优选地，所述盖板采用陶瓷、石墨或抗氧化金属材料制成。

优选地，所述耐高温容器为陶瓷坩埚或抗氧化金属坩埚。

一种前述防止金属试样高温氧化的装置的使用方法，包括以下步骤：

S1，放置隔离层：将隔离层放置于所述耐高温容器内；

S2，放置金属试样：将金属试样放置于隔离层之中，使所述隔离层覆盖金属试样；

S3，放置还原剂：在所述隔离层上方放置所述还原剂；

S4，放置盖板：将所述盖板盖住所述耐高温容器。

优选地，完成所述步骤S2后，重复所述步骤S1和步骤S2，直至若干待实验金属试样放置完全。

本发明提供的防止金属试样高温氧化的装置及其使用方法具有以下有益效果：

1、实验效率高：能够在耐高温容器中一次装入较多试样，提高了实验效率；

2、良好的保护效果：通过隔离层的设置有效避免了金属试样与还原剂相接触，同时能防止碳渗入到金属试样中；

3、有效降低成本：可采用廉价耐高温容器和隔离层，加热结束后，连同高温容器和隔离层一起淬火，避免了出炉过程中金属试样的氧化。

4、装置简单，设置灵活：可根据加热温度和加热时间，调整还原剂的装入量，进一步确保了高温长时间加热时也具有良好的保护效果。

5、本发明提供的该装置的使用方法，简单易实现，可操作性和可控性强，实用性强，值得在业内推广

附图说明

图1是本发明实施例1中防止金属试样高温氧化的装置的结构示意图；

图2是本发明实施例2中防止金属试样高温氧化的装置的结构示意图；

图3是本发明实施例3中防止金属试样高温氧化的装置的结构示意图。

附图标记说明：1、耐高温容器；2、金属试样；3、隔离层；4、还原剂；5、盖板。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步的说明：

如图1-3所示，本发明的防止金属试样2高温氧化的装置，包括耐高温容器1、隔离层3和还原剂4，耐高温容器1上设有盖板5。隔离层3设置于耐高温容器1内下部，还原剂4设置于隔离层3上方，金属试样2放置于隔离层3之中。

耐高温容器1的目的是盛放隔离层3、还原剂4和金属试样2，以完成金属高温加热试验。为达上述目的，耐高温容器1可以选用但不限于坩埚或抗氧化金属坩埚中一种。凡在本发明的指导思想下，在本领域常用耐高温容器1中选用的其它耐高温容器1也属于本发明的保护范围。盖板5采用陶瓷、石墨或抗氧化陶瓷材料制成。

隔离层3用于将金属试样2与还原剂4、坩埚1相隔离。隔离层3可以由若干个抗氧化颗粒组成，抗氧化颗粒采用抗氧化金属材料或抗氧化陶瓷材料制成。抗氧化颗粒可以采用球状或片状，或其它规则或不规则形状。采用球状或片状的抗氧化颗粒便于生产制造，且可更有效避免还原剂4接触金属试样2。在本实施例中，抗氧化颗粒为陶瓷球、陶瓷片、抗氧化金属片或抗氧化金属球中的至少一种。凡在本发明的指导思想下，在本领域常用抗氧化颗粒中选用的其它抗氧化颗粒也属于本发明的保护范围。

在本实施例中，采用还原剂4的目的是让还原剂在高温下与空气中的氧反应，使耐高温容器1内形成碳热还原气氛，防止金属试样2的高温氧化。为达上述目的，可以选用但不限于颗粒状石墨、颗粒状活性碳、铸铁切屑中的至少一种。

上述防止金属试样2高温氧化的装置的使用方法，包括以下步骤：

S1，放置隔离层3：将隔离层3放置于所述耐高温容器1内；

S2，放置金属试样2：将金属试样2放置于隔离层3之中，使所述隔离层3覆盖金属试样(2)；

S3，放置还原剂4：在所述隔离层3上方放置所述还原剂4；

S4，放置盖板5：将所述盖板5盖住所述耐高温容器1。

当金属试样2较多时，在完成步骤S2后，重复步骤S1和步骤S2，直至若干待实验金属试样2放置完全。

下面以具体实施例来进一步说明本发明防止金属试样高温氧化的装置及其使用方法的原理和过程，以进一步展示本发明的优点。需要说明的是，为方便对比各实施例中装置的差异和相似之处，对相同的部件采用相同的附图标记。

实施例1

本实施例中，耐高温容器1是50ml的刚玉坩埚，金属试样2是一种不锈钢试样，隔离层3由直径5mm的刚玉球和直径2mm的刚玉球组成，还原剂4是粒径为8mm左右的颗粒状石墨，盖板5为刚玉盖板。如图1所示，刚玉球构成的隔离层3设置于坩埚下部，颗粒状石墨设置于隔离层3上方，不锈钢试样放置于刚玉球之中。实际操作时，先在坩埚底部放置刚玉球，避免不锈钢试样接触坩埚底部的杂质，接着将不锈钢试样放置在刚玉球上面，然后再放置刚玉球完全覆盖金属试样，再在刚玉球上面放置颗粒状活性碳，最后盖上刚玉盖板，减少与空气接触的面积。

该实施例中金属试样较少，放置的活性碳较多，发明人实验证明，在1300℃保温12h，也未将活性碳氧化完，具有良好的长时间防氧化效果。

实施例2

本实施例中，耐高温容器1是100ml的石墨坩埚，金属试样2是一种贝氏体钢试样，隔离层3由直径5mm的刚玉球和直径2mm的刚玉球组成，还原剂4是粒径大于6mm的颗粒状活性碳，盖板5为石墨盖板。如图2所示，刚玉球构成的隔离层3设置于坩埚下部，颗粒状活性碳设置于隔离层3上方，贝氏体钢试样放置于刚玉球之中。实际操作时，先在坩埚底部放置刚玉球，避免金属试样接触石墨坩埚底部，接着将贝氏体钢试样放置在刚玉球上面，然后再放置刚玉球完全覆盖金属试样，再在刚玉球上面放置贝氏体钢试样，如此了放置三层试样，最后放置刚玉球后，再在刚玉球上面放置颗粒状活性碳，最后盖上石墨盖板，减少与空气接触的面积。

该实施例中金属试样较多，放置的活性碳较少，发明人实验证明，在1100℃保温2h，未将活性碳氧化完，具有良好的防氧化效果。

实施例3

本实施例中，耐高温容器1是50ml的刚玉坩埚、金属试样2是一种45钢试样，隔离层3由3mm厚的莫来石片组成，还原剂4是颗粒状活性碳，盖板5为莫来石盖板。如图3所示，莫来石片构成的隔离层3设置于坩埚下部，颗粒状活性碳设置于隔离层3上方，45钢试样放置于莫来石片之中。实际操作时，先在坩埚底部放置莫来石片，避免金属试样接触坩埚底部的杂质，接着将45钢试样放置在莫来石片上面，然后再放置莫来石片完全覆盖金属试样，再在莫来石片上面放置45钢试样，如此放置三层试样，最后放置莫来石片后，再在莫来石片上面放置颗粒状活性碳，最后盖上莫来石盖板，避免与空气接触。

该实施例中金属试样较多，放置的活性碳较少，发明人实验证明，在830℃保温40min，未将活性碳氧化完，具有良好的防氧化效果。将坩埚连同45钢试样、莫来石片一起淬入水中，坩埚和莫来石片都没有破裂，可以重复使用。

本领域的普通技术人员将会意识到，这里所述的实施例是为了帮助读者理解本发明的原理，应被理解为本发明的保护范围并不局限于这样的特别陈述和实施例。本领域的普通技术人员可以根据本发明公开的这些技术启示做出各种不脱离本发明实质的其它各种具体变形和组合，这些变形和组合仍然在本发明的保护范围内。