[发明专利]可进行显微观察的微区强磁场微型高温装置

说明书

技术领域

本发明涉及用于材料电磁处理机理研究的实验装置，具体是一种可以将不同形式的强磁场作用在几个平方厘米微小的试样范围内，同时精确控制试样的温度和环境气氛，在进行磁场作用下金属凝固过程的机理研究时，可进行显微观察的微区强磁场微型高温装置，属于金属凝固细晶技术领域。

背景技术

材料的电磁处理是铁材料研究的前沿领域，电磁场能够作用于材料形成的各个环节，对组织的均质化、细晶化和相变有独特的作用。研究发现磁场能够有效消除凝固的宏观疏松和显微疏松，明显细化晶粒。研究认为这是在磁场的作用下，液态金属发生剧烈运动，从而使已凝固的晶粒从型壁上脱落、游离，增加了液态金属的晶核数量，使液态金属趋向于同时凝固，抑制了择优生长，促进了等轴晶的形成。对电磁力作用下金属液中的非金属颗粒的迁移规律进的研究表明，能够利用电磁力控制非金属颗粒分布。这些研究取得了一定的进展，但电磁力对材料的作用机理的研究还不深入，一个重要原因是由于电磁力作用研究的设备不适合进行机理的研究，如制备的样品较大，各部分磁场强度、方向不一致，不能进行温度气氛控制，不能实时观察金属液和凝固过程中材料的变化情况，只能依据常温组织推测电磁力的作用情况。所以电磁力对材料作用机理的研究需要有一个能够准确控制材料电磁处理过程中各个影响参数的装置。

中国专利CN1821430A公布了一种强磁场下高温处理装置，其强磁场由励磁线圈激发，高频感应或电阻元件加热，可进行材料融化过程的冶物化反应、净化、精炼处理，可进行磁场约束下材料的单向凝固，可进行磁场约束下的材料热处理。

中国专利CN101717905A公布了一种脉冲磁场作用下利用原位结晶法制备高性能铝基复合材料的方法和装置，其制备方法是:先熔炼合成复合材料熔体，合成温度高于熔体液相线温度10–200℃，熔体浇注于特殊设计的结晶器内在脉冲磁场作用下凝固，脉冲磁场关键参数为脉宽1–500ms，磁场幅值强度0.1–50T，该发明利用脉冲磁场对熔体的凝固过程施加脉冲电磁力，促使复合材料的基体组织和颗粒增强相同时进行细化，并控制颗粒相的团簇长大，提高颗粒相与基体的界面结合强度，能显著提高复合材料的性能。

中国专利CN201308985Y公布了一种细化金属凝固组织的低压脉冲磁场凝固装置，该装置设有脉冲磁场发生系统、脉冲磁场作用系统，脉冲磁场作用系统包括保温模具、磁场线圈，保温模具置于磁场线圈内侧，脉冲磁场发生系统通过磁场线圈与脉冲磁场发生系统相连。脉冲磁场凝固装置采用充放电模式，具有低充电电压、高频率特性，安全可靠，在金属凝固过程中有效作用时间长，可充分发挥脉冲磁场对金属凝固组织的控制作用，并且体积小、成本低，适合于实验室科学研究和小规模工业生产。

中国专利CN102179505A公布了一种同频脉冲磁场与脉冲电流细化金属凝固组织的方法，主要特征是在金属凝固过程中向金属熔体内通入脉冲电流，同时对金属熔体施加与脉冲电流相同频率的脉冲磁场，通过脉冲磁场与脉冲电流的耦合作用，在熔体内产生磁–电冲击振荡效应，促进“结晶雨”的形成，起到细化金属凝固组织的效果。优势是相同作用频率和脉冲宽度的脉冲磁场与脉冲电流耦合作用具有显著的细化金属凝固组织效果，且脉冲充放电的节能效果显著。可用于金属的模铸、半连铸及连铸，适合各种金属熔体的凝固组织细化。

上述公知技术存在的共同问题是：施加的磁场范围很大，不能控制，所需要的试样多，至少为公斤级；试样所在的空间为开放式，不能进行温度和气氛的控制；因试样较大，各部分所受电磁力影响有很大不同，也无法进行微区形貌、组织演变实时动态观察；耗能高，由于采用开放式磁极，使磁力线不能集中，磁效率极低，浪费了大量能源。

发明内容

本发明旨在解决上述背景技术存在的问题，而提供一种具有体积小、耗电功率低、磁场强、升降温过程和气氛可精确控制，同时可进行温度和磁感应强度实时测量和显微观察的微区强磁场微型高温装置。

本发明解决其技术问题采用的技术方案是：

一种可进行显微观察的微区强磁场微型高温装置，包括电磁铁、电阻加热组件，所述电磁铁由回字形结构的软铁壳及绕制在所述回字形结构内的励磁线圈构成，所述软铁壳顶部中心开有断开其内闭合磁路的凹形缺口；所述凹形缺口内分别设置有对坩埚及试样进行加温的电阻加热组件和控制电磁铁温度的水冷隔热平台，所述电阻加热组件设置有控温系统，所述水冷隔热平台设置有循环冷却水系统；所述软铁壳上部装有密封所述凹形缺口的密封罩，所述密封罩上装有观察试样状态的可视窗口。

进一步地，所述凹形缺口呈圆柱形或圆台形。