基于增材制造TC4钛合金的金相腐蚀/清洗一体化实验装置的制作方法

基于增材制造tc4钛合金的金相腐蚀/清洗一体化实验装置
技术领域
1.本实用新型涉及一种基于增材制造tc4钛合金的金相腐蚀/清洗一体化实验装置，用于增材制造tc4钛合金试样的批量金相腐蚀、清洗，属于金相分析技术领域。


背景技术：

2.tc4钛合金(ti6al4v)属于α+β型两相钛合金，具有比强度高、抗疲劳和蠕变性能好、耐蚀性强、生物相容性好等特点，目前，既是航空航天领域应用最为成熟、用量最大的国际通用型钛合金，也是生物医疗领域应用最为广泛、销量最多的医用金属材料。随着工程化应用对钛合金综合性能要求的不断提高，传统铸造/锻造+机械加工方法制备tc4钛合金零部件，所存在的工序繁多复杂、生产周期长且制造成本高等问题日益凸显。
3.增材制造(3d打印)tc4钛合金采用激光、电子束等热源，通过逐点扫描、逐线搭接、逐层堆积，使高性能复杂形状结构件从数字模型直接近净成形，逐步成为生产高品质大型复杂航空发动机叶盘、热核反应堆真空容器、个性化生物植入体的先进制造技术。增材制造tc4钛合金涉及快速的非平衡热过程，通常需通过热处理进一步提升材料综合力学性能。无论是检测tc4钛合金增材制造过程中的孔洞、未熔合、微裂纹等缺陷，抑或是分析打印构件的亚稳相、晶粒形态及特征尺寸，还是研究热处理调控后的tc4钛合金显微组织，金相分析都是最为直接、有效的技术手段。
4.金相腐蚀是显示增材制造tc4钛合金微观组织形貌的重要环节。现有技术中，专利cn111962080a、cn112683634a、cn110823667a等涉及钛合金的金相腐蚀方法，试验时需用镊子将试样浸入腐蚀剂中或采蘸有腐蚀液的脱脂棉擦拭样品，并立即用流水冲洗、烘干样品，操作步骤繁杂，每次只能腐蚀单个试样，且金相组织显示效果的一致性难以控制，拿取转移试样时，腐蚀液易飞溅或渗入皮肤，危害实验人员健康；专利cn114883448a公布了一种批量金相腐蚀试验装置，但所述装置结构较为复杂且腐蚀后无法在装置内直接对试样进行批量清洗工作，试样需依次从腐蚀桶内取出后再单独进行清洗，操作较为复杂。


技术实现要素：

5.针对现有技术的不足，本实用新型提供了一种针对增材制造tc4钛合金试样的免接触、可视化批量腐蚀、清洗实验装置，有效保障试样微观组织显示效果的一致性且大幅提升金相作业效率、保障实验人员安全的实验装置。
6.为实现上述目的，本实用新型采用以下技术方案：
7.一种基于增材制造tc4钛合金的金相腐蚀/清洗一体化实验装置，包括底座、第一支架、第二支架、试样架、腐蚀盒和清洗盒等，所述第一支架和第二支架通过螺纹连接垂直紧固于底座上；所述第一支架由伸缩杆和固定杆组成，所述的伸缩杆的一端连接在固定杆上，另一端设有挂钩，所述的试样架通过挂钩安装在伸缩杆上；所述第二支架由连接杆和旋转组件组成，所述腐蚀盒和清洗盒通过旋转组件安装在第二支架上。
8.所述的试样架包括试样盒、试样盘和连接柱，所述的试样盘放置在试样盒中，所述
的连接柱设置在试样盒的顶端，所述的连接柱上侧设有通孔，通过通孔与伸缩杆的挂钩相连接。
9.所述的试样盒整体呈圆柱形，所述的试样盒上设有若干沥液孔，试样盒侧面等距离设置若干限位圆槽，所述的试样盘放置在限位圆槽上；所述的试样盘为多个(2-5个)，多个试样盘相互平行放置在限位圆槽上。
10.所述的试样盘上设置若干沿圆心呈阵列式排布的圆形凹槽，试样可批量、独立放置在圆形凹槽上，可有效避免腐蚀时的碰撞、摩擦，使试样能充分与溶液接触、反应。
11.所述第一支架的伸缩杆整体呈“倒l”或“倒u”形，其末端固定有“s”形挂钩，所述的连接柱对称固定连接于试样盒上端。
12.所述的伸缩杆通过螺栓与固定杆连接；所述的伸缩杆上设置若干组等距离的螺孔，所述的固定杆上设置螺孔，通过调节伸缩杆上螺孔的固定位置，可实现试样架的灵活升降。所述的伸缩杆位于固定杆的内部。
13.所述的腐蚀盒和清洗盒通过旋转组件与第二支架相连，所述的清洗盒安装在腐蚀盒下方，所述的腐蚀盒和清洗盒均可以第二支架的连接杆为轴旋转360度。
14.所述的旋转组件由可水平自由旋转的套管、u形卡槽和限位环组成，所述限位环固定连接在连接杆上，限位环上方安装有套管，套管外壁固定连接u形卡槽，所述腐蚀盒和清洗盒可固定安装于u形卡槽上。卡槽的设置便于腐蚀盒、清洗盒的拆卸，实现对腐蚀液、清洗液的回收。
15.通过调整伸缩杆的位置，可将试样架向下移动浸入腐蚀盒或清洗盒中；腐蚀或清洗后再将试样架向上移出腐蚀盒或清洗盒，实现对试样的腐蚀和高效清洗。
16.本实用新型与现有技术相比具有以下优点：
17.(1)本发明所述的试样架由多层相互平行的试样盘组成，每层试样盘可放置若干沿圆心呈阵列式排布的试样，通过改变试样盘的直径及增加试样盘层数，一次能够装载数百个试样，可实现大批量增材制造tc4钛合金产品的同步金相腐蚀，有效保证腐蚀效果一致性的同时，极大提高了腐蚀效率、缩短实验时间。
18.(2)本实用新型可通过伸缩杆组件和旋转套管的配合使用，实现腐蚀后对大批量增材制造tc4钛合金试样的快速清洗，解决了金相试样腐蚀后需依次用镊子拿取转移样品清洗的问题，全流程无需接触腐蚀液，极大提高了作业安全性。
19.(3)本实用新型的腐蚀盒、清洗盒拆装灵活，便于腐蚀液的回收再利用及清洗液的统一处理，节约试剂且减少了污染。
20.(4)本实用新型装置简单，设计合理，操作安全，可在工业上或金相实验室大规模推广应用。
21.本实用新型通过伸缩杆灵活控制试样架的升降，实现试样的批量腐蚀及试样与腐蚀盒的分离，配合可水平转动的旋转组件，使腐蚀盒水平旋转180
°
，试样架下降至清洗盒中，完成试样的批量清洗工作。试样架由多层相互平行的试样盘组成，每层试样盘可放置若干沿圆心呈阵列式排布的试样，改变试样盘直径及增加试样盘层数，可一次装载数百个试样，极大提高了空间利用率及金相实验效率，且批量腐蚀、清洗过程中，无需直接接触试样及腐蚀液，有效提升了实验操作的安全性。
附图说明
22.图1为本实用新型的结构示意图；
23.图2为本实用新型的试样盘结构示意图；
24.图3为本实用新型的伸缩杆结构示意图；
25.图4、图5、图6分别为本实用新型的使用状态图。
26.主要附图标记说明：
27.1底座，2第一支架，3第二支架，4试样架，4-1试样盒，4-2试样盘，4-3连接柱，5伸缩杆，6固定杆，7连接杆，8腐蚀盒，9清洗盒，10旋转组件，10-1第一套管，10-2第二套管，10-3第一卡槽，10-4第二卡槽，10-5第一限位环，10-6第二限位环。
具体实施方式
28.下面结合附图以及具体实施例对本实用新型作进一步的说明，但本实用新型的保护范围并不限于此。
29.如图1-3所示，本实用新型所述的一种基于增材制造tc4钛合金试样金相腐蚀/清洗一体化实验装置，包括底座1、第一支架2、第二支架3、试样架4、伸缩杆5、固定杆6、连接杆7、腐蚀盒8、清洗盒9和旋转组件10等，第一支架2和第二支架3通过螺纹紧固连接于底座1上。第一支架2由伸缩杆5和固定杆6组成，伸缩杆5的一端连接在固定杆6上，另一端设有挂钩，试样架4通过挂钩安装在伸缩杆5上；第二支架3由连接杆7和旋转组件10组成，腐蚀盒8和清洗盒9通过旋转组件10安装在第二支架3上。
30.如图1-2所示，试样架4包括试样盒4-1、试样盘4-2和顶端带有通孔的连接柱4-3，连接柱4-3对称固定连接于试样盒4-1上端，通过通孔与伸缩杆5的挂钩相连接。试样盒4-1整体呈圆柱形，试样盒4-1上设有若干沥液孔，试样盒4-1侧面等距离开设若干限位圆槽，用于连接多个相互平行的试样盘4-2。试样盘4-2上设有若干沿圆心呈阵列式排布的圆形凹槽，可批量、独立放置试样，有效避免腐蚀时的碰撞、摩擦，使试样能充分与溶液接触、反应。
31.第二支架3由连接杆7和旋转组件10组成，旋转组件10由可水平自由旋转的第一套管10-1、第二套管10-2，连接套管10-1及腐蚀盒8的第一卡槽10-3，连接套管10-2及清洗盒9的第二卡槽10-4，固定套管及腐蚀盒8、清洗盒9位置的第一限位环10-5、第二限位环10-6。第一限位环10-5、第二限位环10-6固定在连接杆7上，其上方分别设有第一套管10-1、第二套管10-2，套管外壁上分别安装有第一u形卡槽10-3、第二u形卡槽10-4，腐蚀盒和清洗盒可固定安装于u形卡槽上。卡槽的设置便于腐蚀盒、清洗盒的拆卸，实现对腐蚀液、清洗液的回收。腐蚀盒8通过旋转组件10与第二支架2相连，腐蚀结束后可将腐蚀盒8水平转出，下调伸缩杆5带动试样架4下降至清洗盒9中，实现对试样的高效清洗。
32.如图1和3所示，伸缩杆5整体呈“倒l”形，其末端固定有“s”形挂钩。伸缩杆5位于固定杆6的内部，通过第一螺栓5-1与固定杆6连接，伸缩杆5的内部开设有若干组等距离的第一螺孔5-2，固定杆6的内部开设有第二螺孔6-1，调节伸缩杆5的位置可实现试样架4的灵活升降。
33.将待腐蚀的增材制造tc4钛合金试样依次放置于试样架4上，通过下调伸缩杆5带动试样架4下降至腐蚀盒8中，完成批量金相腐蚀试验后，上调伸缩杆5使试样架4与腐蚀盒8分离，并将腐蚀盒8水平转出，再次下调伸缩杆5带动试样架4下降至清洗盒9中，实现对试样
的批量清洗。实验结束后，取出样品、吹干后，将腐蚀盒8、清洗盒9依次从卡槽10-3、10-4中取出，回收腐蚀液及清洗液。
34.本实用新型装置中，连接柱左右两侧对称固定连接于试样盒上，上侧连接柱设有通孔，通孔通过“s”形挂钩与伸缩杆相连。试样盒上设有若干沥液孔，整体呈圆柱形，试样盒侧边等距离开设若干限位圆槽，用于连接多个相互平行的试样盘；试样盘上设有若干沿圆心呈阵列式排布的圆形凹槽，可批量装载待腐蚀的增材制造tc4钛合金试样。
35.本实用新型装置中，试样盒上设有若干沥液孔，整体呈圆柱形，试样盒侧边等距离开设若干限位圆槽，用于连接多个相互平行的试样盘；试样盘上设有若干沿圆心呈阵列式排布的圆形凹槽，可批量装载待腐蚀的增材制造tc4钛合金试样。
36.本实用新型装置中，第一支架的伸缩杆整体呈“倒l”形，其末端固定有“s”形挂钩，可将上述试样架悬挂于伸缩杆上，伸缩杆另一侧通过第一螺栓连接有固定杆，伸缩杆的内部开设有若干组第一螺孔，伸缩杆位于固定杆的内部，固定杆上开设有第二螺孔，调节伸缩杆的位置可实现试样架的灵活升降。
37.本实用新型装置中，第二支架的连接杆外壁间隔设置有可以水平自由旋转的第一套管和第二套管，套管的外壁分别安装有可拆卸的腐蚀盒、清洗盒，通过套管的旋转带动腐蚀盒、清洗盒水平转动。第二支架的连接杆外壁间隔设有限位环，限位环用于限制所述套管的位置。
38.实施例1
39.图4为本实用新型的一种使用状态图，当增材制造tc4钛合金试样数量不少于200个时，可采用四层相互平行的试样盘，每层装载量不低于50个，实现对试样的批量腐蚀、清洗。
40.实施例2
41.图5为本实用新型的另一种使用状态图，当增材制造tc4钛合金试样数量不少于150个时，可采用三层相互平行的试样盘，每层装载量不低于50个，实现对试样的批量腐蚀、清洗。
42.实施例3
43.图6为本实用新型的又一种使用状态图，当增材制造tc4钛合金试样数量不少于100个时，可采用两层相互平行的试样盘，每层装载量不低于50个，实现对试样的批量腐蚀、清洗。
44.本实用新型通过改变试样盘直径及增加试样盘层数，可一次装载数百个试样，通过调整伸缩杆位置，可将试样架向下移动浸入腐蚀盒或清洗盒中，腐蚀或清洗后再将试样架向上移动移出腐蚀盒或清洗盒，实现对试样的批量腐蚀和高效清洗，极大提高了空间利用率及金相实验效率，且实验时，无需直接接触试样及腐蚀液，有效提升了实验操作的安全性。
45.所述实施例为本实用新型的优选的实施方式，但本实用新型并不限于上述实施方式，在不背离本实用新型的实质内容的情况下，本领域技术人员能够做出的任何显而易见的改进、替换或变型均属于本实用新型的保护范围。

技术特征：
1.一种基于增材制造tc4钛合金的金相腐蚀/清洗一体化实验装置，其特征在于：包括底座、第一支架、第二支架、试样架、腐蚀盒和清洗盒，所述第一支架和第二支架通过螺纹连接垂直紧固于底座上；所述第一支架由伸缩杆和固定杆组成，所述的伸缩杆的一端连接在固定杆上，另一端设有挂钩，所述的试样架通过挂钩安装在伸缩杆上；所述第二支架由连接杆和旋转组件组成，所述的腐蚀盒和清洗盒通过旋转组件安装在第二支架上。2.根据权利要求1所述的基于增材制造tc4钛合金的金相腐蚀/清洗一体化实验装置，其特征在于：所述的试样架包括试样盒、试样盘和连接柱，所述的试样盘放置在试样盒中，所述的连接柱设置在试样盒的顶端，所述的连接柱上侧设有通孔，通过通孔与伸缩杆的挂钩相连接。3.根据权利要求2所述的基于增材制造tc4钛合金的金相腐蚀/清洗一体化实验装置，其特征在于：所述的试样盒整体呈圆柱形，所述的试样盒设有若干沥液孔，试样盒侧面等距离设置若干限位圆槽，所述的试样盘放置在限位圆槽上。4.根据权利要求3所述的基于增材制造tc4钛合金的金相腐蚀/清洗一体化实验装置，其特征在于：所述的试样盘为多个，多个试样盘相互平行放置在限位圆槽上。5.根据权利要求4所述的基于增材制造tc4钛合金的金相腐蚀/清洗一体化实验装置，其特征在于：所述的试样盘上设置若干沿圆心呈阵列式排布的圆形凹槽，试样放置在圆形凹槽上。6.根据权利要求1所述的基于增材制造tc4钛合金的金相腐蚀/清洗一体化实验装置，其特征在于：所述第一支架的伸缩杆整体呈“倒l”或“倒u”形，其末端固定有“s”形挂钩。7.根据权利要求1所述的基于增材制造tc4钛合金的金相腐蚀/清洗一体化实验装置，其特征在于：所述的伸缩杆通过螺栓与固定杆连接；所述的伸缩杆上设置若干组等距离的螺孔，所述的固定杆上设置螺孔，通过调节伸缩杆上螺孔的固定位置，实现试样架的灵活升降。8.根据权利要求7所述的基于增材制造tc4钛合金的金相腐蚀/清洗一体化实验装置，其特征在于：所述的伸缩杆位于固定杆的内部。9.根据权利要求1所述的基于增材制造tc4钛合金的金相腐蚀/清洗一体化实验装置，其特征在于：所述的腐蚀盒和清洗盒通过旋转组件与第二支架相连，所述的清洗盒安装在腐蚀盒下方，所述的腐蚀盒和清洗盒均可以连接杆为轴旋转。10.根据权利要求9所述的基于增材制造tc4钛合金的金相腐蚀/清洗一体化实验装置，其特征在于：所述旋转组件由可水平自由旋转的套管、u形卡槽和限位环组成，所述限位环固定连接在连接杆上，限位环上方安装有套管，套管外壁固定连接u形卡槽，所述腐蚀盒和清洗盒可固定安装于u形卡槽上。

技术总结
本发明涉及一种基于增材制造TC4钛合金的金相腐蚀/清洗一体化实验装置，属于金相分析技术领域。该装置包括底座、第一支架、第二支架、试样架、腐蚀盒和清洗盒等，第一支架和第二支架通过螺纹连接垂直紧固于底座上；第一支架由伸缩杆和固定杆组成，伸缩杆的一端连接在固定杆上，另一端设有挂钩，试样架通过挂钩安装在伸缩杆上；第二支架由连接杆和旋转组件组成，腐蚀盒和清洗盒通过旋转组件安装在第二支架上。本实用新型通过改变试样盘直径及增加试样盘层数，可一次装载数百个试样，实现对试样的批量腐蚀和高效清洗，极大提高了空间利用率及金相实验效率，且实验时，无需直接接触试样及腐蚀液，有效提升了实验操作的安全性。有效提升了实验操作的安全性。有效提升了实验操作的安全性。


技术研发人员：邓巧娟 刘淑凤 郭荣贵 杨福泉 杨飞宇 高飞虎 袁林
受保护的技术使用者：国标（北京）检验认证有限公司
技术研发日：2022.12.15
技术公布日：2023/7/20