一种制备棒状金属梯度纳米结构的装置的制作方法

本实用新型涉及一种制备梯度纳米结构的装置，具体涉及一种制备棒状金属梯度纳米结构的装置。

背景技术：

金属梯度纳米结构是指金属构件(例如，直径为5mm的棒材)的微观组织尺寸沿着某个方向(例如棒材的径向)呈现从纳米到微米尺度依次梯度分布的特征。梯度纳米结构能够显著提升原始材料的强度，并保持其良好塑性，达到强度与塑性的良好匹配。

现在的制备棒状金属梯度纳米结构的方法主要是通过手工控制，涉及多个工艺参数，非常复杂，成功率较低，重复性差，需要很强的个人经验。

技术实现要素：

本实用新型提供了一种制备棒状金属梯度纳米结构的装置，制备工艺参数简单，成功率高，重复性好。本实用新型的具体技术方案如下：

一种制备棒状金属梯度纳米结构的装置，包括设有空腔的壳体和壳内部件，所述壳体的下部设有进料口和出料口，所述壳体的上部设有触屏屏幕；所述壳内部件包括设于空腔内的试样输送装置、扭转试验机和控制主板；所述控制主板包括控制器、和分别与控制器连接的存储器和触屏显示器；所述试样输送装置分别与进料口、出料口和扭转试验机相连；所述控制器与扭转试验机通过网络连接；所述触屏显示器与所述触屏屏幕通过网络连接；所述壳体的背面设有电源接口和电源开关。

优选的，所述进料口、出料口的形状为圆形，直径为1mm-100mm。

优选的，所述通过网络连接为通过路由器连接。

优选的，所述通过网络连接为通过无线网卡连接。

优选的，所述出料口上还铺设有一层绒布。

优选的，所述壳体的底部设有滚轮。

附图说明

图1为本实用新型实施例1的制备棒状金属梯度纳米结构的装置的结构示意图；图2为本实用新型实施例1制备棒状金属梯度纳米结构的装置的工作原理图；

图中，1进料口、2出料口、3触屏屏幕、4壳体、5试样输送装置、6扭转试验机、7存储器、8控制器、9触屏显示器。

具体实施方式

实施例1

一种制备棒状金属梯度纳米结构的装置，如图1和图2所示，包括设有空腔的壳体4和壳内部件，所述壳体的下部设有进料口1和出料口2，所述壳体的上部设有触屏屏幕3；所述壳内部件包括设于空腔内的试样输送装置5、扭转试验机6和控制主板；所述控制主板包括控制器8、和分别与控制器8连接的存储器7和触屏显示器9；所述的试样输送装置5分别与进料口1、出料口2和扭转试验机6相连；所述控制器8与扭转试验机6通过网络连接；所述触屏显示器9与所述触屏屏幕3通过网络连接；所述壳体4的背面设有电源接口和电源开关。

本装置启动后，首选根据棒状金属试样的尺寸在触屏屏幕3上设置扭转试验机6的参数。设置的数据通过控制器8存储在存储器7，与扭转试验机6进行数据交换。

然后，在进料口1投入棒状金属试样，棒状金属试样通过试样输送装置5到达扭转试验机6，夹紧棒状金属试样两端，实施扭转变形。完成后，通过试样输送装置5到达出料口2。

选择退火态纯镍为试验材料，棒状金属试样扭转试样的半径r为6.25mm，参与扭转变形段的长度l为50mm。

参数的计算原理是剪切应变大小γ与金属试样扭转试样半径r、金属试样参与扭转变形段的长度l和扭转角度θ的关系为：

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

那么每扭转一周2π(360°)，试样最表层的应变大小为0.78。同理，如果扭转变形为两周(或者顺时针，逆时针方向各一周)，试样最表层的应变量大小将为1.56(0.78×2)。

梯度纳米结构微观组织表征将经历扭转变形沿横截面取样，样品厚度为2mm。试样分别经200#、500#、1000#和2000#水磨砂纸上进行磨制，然后用粒度为6μm的金刚石抛光液在锦纶抛光盘上进行大约5分钟的研磨；最后进行机械抛光15-30分钟。机械抛光时转速控制在300r/min～400r/min之间。为避免抛光过程中产生的应变影响EBSD成像和标定质量，注意抛光时应轻压试样。机械抛光剂化学成分为：90vol％Colloidal silica OP-S+10vol％H₂O₂。微观组织的表征在配备有背散射电子衍射系统的JEOL-JSM-6500F场发射型扫描电镜上进行。

针对经历扭转变形4π(720°)的退火态纯镍扭转样品，其微观组织从表层至心部依次呈现出纳米经历层，超细晶粒层和原始粗晶层这样的梯度结构。

梯度纳米结构的硬度梯度分布表征为了进一步证实经纯扭转变形所获得材料的梯度结构特征，本方案还对试样横截面的硬度分布进行了测试表征。硬度测试在显微硬度计上进行。

针对经历扭转变形4π(720°)的退火态纯镍扭转样品，横截面的硬度从心部的1.25GPa逐渐上升到最表层的2.38GPa，由表层至心部表现出显著的梯度结构特性。

本实施例中棒状金属试样的材质除了镍以外，还可以是铜、铝或铁。

本实施例的有益效果是，经过本装置制备棒状金属梯度纳米结构，实现晶粒微观组织由表至里真正意义上的梯度分布，克服以往技术中梯度层与原始粗晶层存在明显截面的问题；微观组织梯度结构厚度尺寸大，材料强度提高更加显著；现有表面研磨技术需要在金属试样表面反复机械研磨，加工效率低；本方案仅通过纯扭转变形即可，可有效提高加工效率；现有表面研机械研磨术处理后的金属试样表面质量较初始状态显著下降，本方案采用纯扭转变形，对初始表面质量基本无影响；现有表面机械研磨技术需要根据金属类别反复调节、试验压入量，转动速度，水平进给速度等多个工艺参数，非常复杂，成功率较低；而本方案仅需根据设计需要，调节扭转量大小即可，有效解决工艺参数复杂多变，样品成功率低的问题。

实施例2

与实施例1不同之处在于，所述进料口、出料口的形状为圆形，直径为10mm。

实施例3

与实施例1不同之处在于，所述进料口、出料口的形状为圆形，直径为50mm。

实施例4

与实施例1不同之处在于，所述出料口2上还铺设有一层绒布。可以保护经过扭转的棒状金属试样，避免不必要的磕碰。

实施例5

与实施例1不同之处在于，所述壳体4的底部设有滚轮。可以方便该装置的移动和运输。

综上所述，仅为本实用新型之较佳实施例，不以此限定本实用新型的保护范围，凡依本实用新型专利范围及说明书内容所作的等效变化与修饰，皆为本实用新型专利涵盖的范围之内。