[发明专利]一种基于同步辐射成像的可视化合金熔体互扩散测量方法

摘要

本发明公开了一种基于同步辐射成像的可视化合金熔体互扩散测量方法，其特征是按如下步骤进行：1、扩散样品制备及成像设备组装；2合金熔体扩散的同步辐射成像测定；3获得合金熔体的互扩散系数。本发明能原位、可视化地获得扩散偶的实时成分谱，从而能有效消除对流、加热及冷却过程中的扩散等因素对合金熔体互扩散测量的影响，显著提高合金熔体互扩散系数的测量精确。

主权项

一种基于同步辐射成像的可视化合金熔体互扩散测量方法，其特征是按如下步骤进行：步骤1、扩散样品制备及成像设备组装：步骤1.1、利用真空熔炼炉制备成分分别为的棒状合金样品S₁和S₂，并由所述棒状合金样品S₁和S₂能构成一维半无限大互扩散偶A、B分别表示所述一维半无限大扩散偶的组元；分别表示所述棒状合金样品S₁和S₂中A组元的原子百分比浓度，且与的原子百分比浓度差异为a个原子百分比；步骤1.2、将所述棒状合金样品S₁和S₂的两端分别磨成平面，并放置在包含有加热电路和温控电路的扩散样品台上，从而形成扩散实验样品；步骤1.3、将带有扩散实验样品的扩散样品台放入包含有真空系统和冷却系统的互扩散实验设备内；所述互扩散实验设备侧壁上设置有前、后两处石英玻璃窗，所述前、后两处石英玻璃窗的位置与所述扩散实验样品的位置保持在同一水平线上；步骤1.4、将所述带有扩散实验样品的扩散样品台的互扩散实验设备至于同步辐射光源和X射线成像探测器之间，使得所述扩散实验样品、所述同步辐射光源、所述X射线成像探测器位于同一水平线上；步骤2、合金熔体扩散的同步辐射成像测定：步骤2.1、利用所述真空系统将所述互扩散实验设备抽真空至所设定的真空度；步骤2.2、利用所述同步辐射光源中的X射线从前石英玻璃窗处照射至所述扩散实验样品；并利用所述扩散样品台的加热电路和温控电路将所述扩散实验样品加热至所设置的加热温度T；从而形成所述一维半无限大互扩散偶步骤2.3、所述同步辐射光源中的X射线穿过所述一维半无限大互扩散偶从后石英玻璃窗处照射到所述X射线成像探测器，从而在所述X射线成像探测器上形成所述一维半无限大互扩散偶在同步辐射光源下的成像；步骤2.4、利用所述X射线成像探测器对所述成像进行数据和图像的采集，从而获得所述加热温度T下任意t时刻的X射线沿所述一维半无限大互扩散偶长度方向上的强度谱线I(x,t)；步骤3、获得合金熔体的互扩散系数：步骤3.1、根据所述强度谱线I(x,t)，利用Beer–Lambert定律获得任意t时刻下所述一维半无限大互扩散偶沿样品长度方向上的成分谱C(x,t)；步骤3.2、根据所述成分谱C(x,t)，利用式(1)获得所述加热温度T下的一维半无限大互扩散偶的互扩散系数D：$C(x,t)=\frac{C_A^{+\mathrm{\∞}}+C_A^{-\mathrm{\∞}}}{2}+\frac{C_A^{+\mathrm{\∞}}-C_A^{-\mathrm{\∞}}}{2}erf\left(\frac{x-x_0}{\sqrt{4Dt}}\right)---\left(1\right)$式(1)中，erf()表示误差函数；x₀表示所述一维半无限大扩散偶在所述实验设置温度T下任意t时刻扩散界面的位置。