[發明專利]一種測定金屬微滴快速凝固過冷度的方法及其裝置

有效

• 申請號: 201410344173.5
• 申請日: 2014-07-18
• 公開（公告）號: CN104089972A
• 公開（公告）日: 2014-10-08
• 發明（設計）人: 董偉;許富民;趙麗;李穎
• 申請（專利權）人: 大連理工常州研究院有限公司
• 主分類號: G01N25/06
• 分類號: G01N25/06
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

1.一種測定金屬微滴快速凝固過冷度的方法，其特征在于：首先采用脈沖微孔法制備金屬微粒子液滴；然后在金屬微粒子液滴下落過程中的不同位置上分別測定金屬微粒子液滴落入油中的開始時刻及平衡時刻的溫度；隨后通過熱平衡計算得到不同位置處金屬微粒子液滴的液相含量；最后再利用液相含量通過理論計算得到金屬微粒子液滴的形核溫度和過冷度。

2.根據權利要求1所述的一種測定金屬微滴快速凝固過冷度的方法，其特征在于，包括以下具體順序步驟：

(1)脈沖微孔法制備金屬微粒子液滴

將帶有小孔(8)的陶瓷片(9)固定于坩堝(3)底部，對坩堝(3)和真空腔體(7)抽真空，并充入惰性保護氣體，利用加熱器(4)加熱坩堝(3)至其內部金屬成熔融狀態；向坩堝(3)中通入惰性氣體，使真空腔體(7)和坩堝(3)達到穩定的差壓；對壓電陶瓷(1)施加一定的脈沖信號，使其帶動傳動棒(2)產生一縱向微小位移，此位移作用于坩堝(3)底部的金屬熔體(6)，使金屬熔體從坩堝(3)底部小孔(8)噴出形成金屬微粒子液滴(10)，壓電陶瓷(1)每運動一次，小孔處可形成一個金屬微粒子液滴(10)；

(2)測定落入油中的溫度

待金屬微粒子液滴穩定后，將保溫瓶量熱器固定在金屬微粒子液滴下落的某一高度，移開微滴入口孔(21)上的密封片(20)，待金屬微粒子液滴落入保溫瓶量熱器的油中后立即移入密封片(20)，同時停止噴射金屬微粒子液滴，分別記錄金屬微粒子液滴落入油中的開始落入時刻和平衡時刻保溫瓶量熱器中油的溫度；

(3)計算液相含量

重復步驟(2)得到不同位置處金屬微粒子液滴落入油中的開始落入時刻和平衡時刻保溫瓶量熱器中油的溫度，經熱平衡計算得到微滴在不同位置處的液相含量；

(4)計算過冷度

利用不同位置處的液相含量，通過理論計算得到金屬微粒子液滴的形核溫度和過冷度。

3.根據權利要求2所述的一種測定金屬微滴快速凝固過冷度的方法，其特征在于：所述步驟(1)中具體的工藝流程及參數包括：

(1)裝料：將帶有小孔(8)的陶瓷片(9)固定于坩堝(3)底部，打開坩堝(3)上蓋，在坩堝(3)中加入需要測量的金屬材料，并密封；

(2)抽真空：利用機械泵(30)和擴散泵(29)對坩堝(3)和真空腔體(7)抽真空至真空度不高于0.001Pa，并充入惰性保護氣體Ar，反復進行，最后使真空腔體(7)內壓力達到一個大氣壓；

(3)熔化金屬：加熱坩堝(3)，利用加熱器(4)熔化坩堝(3)內的金屬材料，并用控溫熱電偶(5)實時監測坩堝(3)內的溫度，金屬材料完全熔化后保溫10-30分鐘；

(4)脈沖噴射：通過坩堝進氣管(32)向坩堝(3)中通入惰性氣體，使坩堝(3)與真空腔體(7)之間達到穩定差壓0-50kPa，利用信號發生器(13)編輯脈沖信號并施加給壓電陶瓷(1)，壓電陶瓷(1)在脈沖信號的驅動下產生微小位移，并帶動傳動棒(2)運動，此微小位移由傳動棒(2)作用在坩堝(3)底部的金屬熔體(6)，從而使得金屬微粒子液滴(10)從小孔(8)中射出；

(5)獲得均勻液滴：電腦(15)利用計算機圖像分析軟件，根據CCD攝像機(17)所拍攝的金屬微粒子液滴圖象計算出金屬微粒子液滴的直徑，反饋調整振蕩器產生的頻率、波形參數，從而獲得設定尺寸的均勻金屬微粒子液滴。

4.根據權利要求1所述的一種測定金屬微滴快速凝固過冷度的方法所采用的裝置，其特征在于：該裝置包括真空系統、液滴噴射系統、圖像采集系統和液滴溫度測試系統，所述液滴溫度測試系統安裝于真空系統內部，液滴噴射系統安裝于液滴溫度測試系統的正上方，圖像采集系統連接于真空系統的真空腔體之上。

5.根據權利要求4所述的一種測定金屬微滴快速凝固過冷度的方法所采用的裝置，其特征在于：所述真空系統包括真空腔體(7)、機械泵(30)和擴散泵(29)，擴散泵安裝于真空腔體(7)側壁之上，機械泵連接于擴散泵之上，真空腔體上還安裝有腔體進氣管(31)和坩堝進氣管(32)。