高熵合金結(jié)構(gòu)安全性能智能檢測系統(tǒng)應(yīng)用研究

吳學(xué)宏

（甘肅有色冶金職業(yè)技術(shù)學(xué)院，甘肅 金昌 737100）

高熵合金是由五種或以上的金屬元素組成的合金材料，每種金屬材料都會按照一定的比例排布。目前能夠加在高熵合金中的金屬元素越來越多，這大大增加了合金內(nèi)部的混亂程度，因此合計的系統(tǒng)混合熵也隨著提高，這種反應(yīng)也稱之為高熵效應(yīng)[1]。合金材料在高熵效應(yīng)的作用下，組織機構(gòu)上形成了經(jīng)各結(jié)構(gòu)的固溶體，以及少量化合物。這也是高熵合金強度高、硬度高的原因。同時硬度和強度增加，使得高熵合金成為了更好的耐磨、耐腐蝕、抗氧化強、抗高溫的優(yōu)質(zhì)材料。也因此被應(yīng)用到更多的建設(shè)當中。突飛猛進的高熵合金研究進展，需要一套自動檢測系統(tǒng)完成對結(jié)構(gòu)安全性能的檢測，以便能快速、系統(tǒng)、全面的反映高熵合金的性能。

1 安全性能智能檢測系統(tǒng)的硬件設(shè)計

對于高熵合金結(jié)構(gòu)安全性能智能檢測系統(tǒng)的設(shè)計首先要對其硬件部分進行研究，檢測系統(tǒng)的硬件主要有合金材料外表面測量設(shè)備、合金材料內(nèi)表面測量設(shè)備以及旋轉(zhuǎn)設(shè)備等。下面對這三種主要的硬件設(shè)備進行設(shè)計。

1.1 外表面測量裝置

外表面測量設(shè)備的主要功能是對高熵合金材料根據(jù)其輪廓、形狀等特征，按照規(guī)劃好的測量路徑進行外邊面的測量[2]。為了完成測量，需要高熵合金材料進行X方向、Y方向以及在XY平面內(nèi)繞Z軸的運動，讓光束充分與材料接觸且始終保持垂直狀態(tài)。外表面測量設(shè)備還應(yīng)該加設(shè)向X軸方向運動，保障材料在裝卸的過程中測量設(shè)備能夠安全的退出。

1.2 內(nèi)表面測量裝置備

檢測系統(tǒng)中的內(nèi)表面測量設(shè)備是用來測量高熵合金材料內(nèi)表面輪廓形狀的設(shè)備。該設(shè)備的運動測量與外表面測量設(shè)備的運動測量方向基本相同。高熵合金材料在被測量時會產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)，被測孔的位置會影響內(nèi)測量的數(shù)據(jù)，因此內(nèi)表面測量裝置的設(shè)計要點是保證測量裝置與被測件間的相對穩(wěn)定，故專門設(shè)計了內(nèi)減震緩沖帶。

1.3 旋轉(zhuǎn)設(shè)備

旋轉(zhuǎn)設(shè)備是讓被測量的高熵合金材料能夠進行旋轉(zhuǎn)運動的工作臺，同時也是測量設(shè)備的軸線和工作臺以同心為軸的調(diào)整裝置[3]。高熵合金材料在被測量時只是單向的回轉(zhuǎn)，但從結(jié)構(gòu)上看，需要其與內(nèi)表面測量設(shè)備不發(fā)生干涉，所以在設(shè)計時還要考慮這一特殊要求。

2 安全性能智能檢測系統(tǒng)的軟件設(shè)計

高熵合金結(jié)構(gòu)安全性能智能檢測系統(tǒng)有著一套集安全性能與脆性材料性能評價的多功能復(fù)合型軟件，軟件的主要功能就是服務(wù)于高熵合金結(jié)構(gòu)材料的安全性能檢測，同時也可以將其推廣到其他領(lǐng)域，以滿足企業(yè)與科研院的研究和開發(fā)。軟件系統(tǒng)主要包括測量控制及數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)以及安全監(jiān)測系統(tǒng)。

2.1 測量控制及數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)

測量控制及數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)包括對整個安全性能智能檢測系統(tǒng)中所有的測量數(shù)據(jù)采集和監(jiān)測信息，并將反饋和測量數(shù)據(jù)進行處理。在該系統(tǒng)中外測共有五個運動方向，分別是X、Y、Z方向上的直線運動、水平旋轉(zhuǎn)運動方向以及垂直運動方向。內(nèi)測共有四個運動方向，分別是X和Y方向的垂直運動、水平旋轉(zhuǎn)運動方向以及垂直運動方向。在測量過程中這些運動必須互相協(xié)調(diào)，在不發(fā)生碰撞的前提下，準確對被測材料進行測量。各設(shè)備間要接受測量控制系統(tǒng)發(fā)出的信號，系統(tǒng)允許才可進行運動。高熵合金結(jié)構(gòu)的材料內(nèi)、外表面都是形狀不規(guī)則的曲面，因此需要數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)對其進行測量得到曲面的尺寸以及形狀，提取出需要處理的特征參數(shù)，以備后續(xù)的分析。整個安全性能檢測系統(tǒng)包括多個部件，在設(shè)備運作過程中難免會產(chǎn)生誤差，因此更需要測量和處理系統(tǒng)，對誤差進行補償，提高測量的精度。

2.2 安全監(jiān)測系統(tǒng)

由于高熵合金結(jié)構(gòu)的特殊性，在安全性能智能檢測系統(tǒng)的設(shè)計必須將可靠性與安全性放在第一位。安全監(jiān)測系統(tǒng)包括三個功能，首先是對檢測系統(tǒng)的各設(shè)備運動前對其進行監(jiān)測，確定被測材料的類型及位置是否正確再確保各設(shè)備狀態(tài)及位置能否正常運行。其次是在檢測的過程中將預(yù)先設(shè)定的軌跡與實際運動軌跡進行對比和防碰撞檢測，在確保安全的前提下，才能開始進行檢測。最后是對檢測的整個過程中各設(shè)備的位置和硬件設(shè)施進行雙重保護。并且每種安全監(jiān)測都要同時為檢測系統(tǒng)提供直觀的提示和連鎖保護。

3 對比檢測實驗

為了更清晰的得到高熵合金結(jié)構(gòu)安全性能智能檢測系統(tǒng)相較于傳統(tǒng)檢測方法的優(yōu)勢，下面對兩種方法進行對比實驗，使用兩種方法同時對高尚合金結(jié)構(gòu)材料進行安全性能的檢測，對比兩種方法的精度值，繪制成如圖1所示的精度值曲線圖。圖1中，實線為安全性能智能檢測系統(tǒng)對高熵合金材料的安全性能檢檢測精度，虛線為傳統(tǒng)安全性能檢測精度，從圖1中可以看出，本文設(shè)計的檢測系統(tǒng)的檢測精度基本維持在95%以上，遠比傳統(tǒng)方法檢測精度更多高，因此本文設(shè)計的檢測系統(tǒng)更適合對高尚合金結(jié)構(gòu)材料的安全性能進行檢測。

圖1 精度值曲線圖

4 結(jié)語

本文已經(jīng)對檢測系統(tǒng)進行了更完善的設(shè)計，但仍有很多方面的不足，系統(tǒng)完整性還不夠，由于高熵合金材料的特殊性需要人為填寫被測材料的參數(shù)完成檢測。其次系統(tǒng)的通用性也有待提供，系統(tǒng)根據(jù)其要求進行研發(fā)，因此專用性很強，但通用性差。在系統(tǒng)的內(nèi)部測量設(shè)備上的設(shè)計還需要進一步地進行改進，使其能夠適合更多的回轉(zhuǎn)體零部件的內(nèi)表面測量。