[發明專利]測定鈦合金熔體與氧化物陶瓷潤濕角的方法

無效

• 申請號: 201110311766.8
• 申請日: 2011-09-28
• 公開（公告）號: CN102393350A
• 公開（公告）日: 2012-03-28
• 發明（設計）人: 劉愛輝;李邦盛;隋艷偉;郭景杰
• 申請（專利權）人: 淮陰工學院
• 主分類號: G01N13/00
• 分類號: G01N13/00
• 代理公司: 淮安市科翔專利商標事務所 32110
• 代理人: 韓曉斌

技術領域

本發明涉及一種潤濕角的測定方法，尤其適用于高活性金屬熔體在氧化物陶瓷基體材料上的潤濕角測定。

背景技術

鈦合金具有比強度高、比剛度高、生物相容性好和耐腐蝕等諸多優點，在航空航天、石油、紡織、生物醫療和體育用品等領域嶄露頭角，被譽為“21世紀金屬”。熔模精密鑄造技術以其材料利用率高、生產成本低、能夠成形復雜構件，而在鈦合金的眾多成形工藝中脫穎而出。在鈦合金熔模精密鑄造技術中，目前較為成熟的工藝有：石墨型殼、金屬鎢面層陶瓷型殼和惰性氧化物面層陶瓷型殼成形工藝，其中應用最廣泛的是惰性氧化物面層陶瓷型殼工藝。但通過以往國內外研究者對鈦合金鑄造過程的研究發現，由于鈦及其合金在高溫熔融狀態下具有很高的化學活性，幾乎與所有的鑄型用氧化物耐火材料發生界面化學反應，使鈦合金鑄件表面形成污染層，劣化了鑄件的表面質量和力學性能，進而限制了鑄鈦技術水平的提高。現有研究表明，鈦合金熔體與鑄型間的潤濕性，直接影響著界面化學反應的程度。因此準確測定鈦合金熔體與鑄型用氧化物耐火材料間的潤濕角，進而調控其界面處的化學反應，對改善鈦合金鑄件的表面質量，提高其力學性能具有重要意義。

目前測定潤濕角的方法主要有：座滴法、落置液滴法、懸滴法、微滴法、浸入法和毛細壓力法等，其中“座滴法”應用最為廣泛。對于鈦合金熔體，當采用“座滴法”測定其在陶瓷基體上的潤濕角時，由于鈦及其合金元素高的化學活性，在鈦合金熔化為液滴前，鈦及其合金元素就已與氧化物陶瓷的組成元素在界面處發生化學反應，在原有氧化物陶瓷基體的表面形成了另外一種成分的新陶瓷表面，待鈦合金完全熔化后所測得的潤濕角已不是鈦合金熔體對原來待測化學成分的陶瓷基體的潤濕角，從而影響測試結果的準確性。而采用其他幾種潤濕角測定方法的主要難點在于對鈦合金熔體惰性較好的注射機構和陶瓷基板等的選擇上。因此上述這些潤濕角測定方法只適用于測量低反應性合金在陶瓷基體上的潤濕角，如Al、Cu、Ni、Zn、Fe等合金，而對于像鈦合金這種高熔點高活性的合金則不適用。

發明內容

本發明的目的在于：提供一種測定鈦合金熔體與氧化物陶瓷潤濕角的方法，利用通入高頻感應電流的線圈對鈦合金試樣進行加熱，并精確控制鈦合金熔化后滴落在氧化物陶瓷表面上的量，以便準確測定鈦合金熔體在氧化物陶瓷表面的潤濕角。

本發明的技術解決方案是：首先將壓制成型的氧化物陶瓷載片放入電磁感應爐中，并將用丙酮和酒精清洗過的鈦合金試樣固定在爐膛中位于陶瓷載片正上方的抽拉機構的夾具上；然后關閉爐門，對爐膛抽真空，當真空度達到10^-1～10^-4Pa時，再充入氬氣到10²Pa，如此往復抽氣、充氣2～4次；隨后對陶瓷載片加熱，當陶瓷載片表面溫度達到鈦合金熔點時，利用電磁感應爐中的感應線圈對鈦合金試樣末端進行加熱，直到鈦合金熔化并滴落在氧化物陶瓷載片的表面時，將鈦合金試樣移出感應線圈，并切斷線圈中的電源，利用電阻對鈦合金液滴進行保溫加熱；同時透過爐子前方的觀察窗用相機拍攝鈦合金液滴在氧化物陶瓷載片表面上的潤濕角，并直接從照片上測量鈦合金液滴的潤濕角。

其中，該測定方法包括以下具體步驟：

a．首先在60噸萬能材料試驗機上將氧化物陶瓷粉壓制成尺寸為???????????????????????????????????????????????的陶瓷載片，并在高溫電阻爐中燒結，加熱溫度高于鈦合金熔點，燒結時間1個小時以上，然后將燒結好的陶瓷載片放入電磁感應爐中；

b．將鈦合金棒加工成尺寸為的圓柱試樣，用丙酮和酒精清洗后固定在電磁感應爐中位于陶瓷載片正上方的抽拉機構的夾具上，然后關閉爐門；

c．對電磁感應爐爐膛抽真空處理，當真空度達到10^-1～10^-4Pa時，再充入氬氣到10²Pa，如此往復抽氣、充氣2～4次，直至爐膛中氧氣的分壓低于10^-20Pa；

d．利用氧化物陶瓷載片周圍的電阻對其進行加熱，直到陶瓷載片的表面溫度達到鈦合金熔點；

e．啟動抽拉機構，將鈦合金圓柱試樣的末端伸入到電磁感應爐的感應線圈中，線圈中通入高頻感應電流加熱鈦合金圓柱試樣；當鈦合金試樣末端熔化的金屬液滴滴落在氧化物陶瓷載片上時，將鈦合金圓柱試樣從線圈中升起，以免金屬熔體繼續滴落，同時切斷感應線圈中的電流，利用陶瓷載片周圍的電阻對鈦合金液滴進行保溫加熱；