[实用新型]一种测定金属微滴快速凝固过冷度的装置

说明书

技术领域

本实用新型属于金属物理性能测试技术领域，特别涉及一种金属快速凝固过冷度的测定装置。

背景技术

无容器快速凝固是在比常规工艺过程中快得多的冷却速度下，使金属及合金以极快的速度从液态转变为固态的过程，该过程远远偏离平衡态，对凝固过程中的形核及凝固后的组织形态有极大的影响，可望获得成分均匀、晶粒细小的组织。

脉冲微孔法(POEM)制备的微粒子具有大小一致、圆球度高等特点，又因为液滴降落过程为无容器快速凝固，避免了液滴因器壁诱发导致异质形核等不可控因素的发生，从而进一步保证液滴凝固过程的热状态一致，最终得到微观组织一致的均匀球形微粒子。

过冷度是快速凝固过程的重要表征参数，通过合理控制熔体的凝固过冷度，可以获得不同形态的凝固组织，并获得不同的材料性能。因此，如何对快速凝固过程的过冷度进行评价与表征是其中的关键。

然而，通常金属过冷度可以采用示差扫描量热(DSC)或热分析仪(DTA)等手段进行测量，但只能是在材料制备完成之后才能进行，并且由于设备局限，金属熔体冷却速度均不高，无法对快速凝固过程的过冷度进行测试。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种测定金属微滴快速凝固过冷度的装置，通过该装置，用脉冲微孔法制备金属液滴，然后在液滴下落轨道的不同位置固定保温瓶量热器，通过热平衡分析得到微滴在不同位置处的液相含量，进而得到液滴形核点，再通过理论计算得到形核温度和过冷度，据此测定方法设计了测定的配套设备，该实用新型装置可以实时监测金属微滴快速凝固的过冷度，解决了现有热分析设备冷却速度不高无法对快速凝固过程进行实时测试的局限。

本实用新型为实现上述目的所采用的技术方案是：一种测定金属微滴快速凝固过冷度的装置，其特征在于：该装置包括真空系统、液滴喷射系统、图像采集系统和液滴温度测试系统，所述液滴温度测试系统安装于真空系统内部，液滴喷射系统安装于液滴温度测试系统的正上方，图像采集系统连接于真空系统的真空腔体之上。

所述真空系统包括真空腔体、机械泵和扩散泵，扩散泵安装于真空腔体侧壁之上，机械泵连接于扩散泵之上，真空腔体上还安装有腔体进气管和坩埚进气管。

所述液滴喷射系统采用坩埚固定安装于真空腔体内部，中心开有圆形小孔的陶瓷片固定安装于坩埚底部，传动棒下端位于陶瓷片上表面，传动棒上端依次穿过坩埚顶部和真空腔体顶部与压电陶瓷相连，压电陶瓷与信号发生器相连接，信号发生器与电脑连接；所述坩埚外围安装有加热器，控温热电偶位于坩埚内部，温度控制器分别与控温热电偶、加热器连接，温度控制器另一端与电脑连接。

所述小孔孔径范围在0.020-1.500mm之间，所述压电陶瓷的振动频率在1Hz-2kHz之间。

所述液滴温度测试系统采用支撑架活动安装于真空腔体侧壁上，外绝热屏固定于支撑架之上，内绝热屏固定于外绝热屏内部，外绝热屏和内绝热屏之间形成绝热室，内绝热屏上部开口，且其内部形成保温腔室，绝热密封盖安装于内绝热屏上部开口之上，绝热密封盖中心开有微滴入口孔，微滴入口孔位于小孔正下方，微滴入口孔上方盖有密封片，密封片通过支架活动安装于真空腔体之上，测温热电偶位于保温腔室内部，测温仪连接于测温热电偶另一端，测温仪与电脑相连。

所述图像采集系统采用CCD摄像机安装于真空腔体侧壁之上，图像采集卡与CCD摄像机相连，电脑与图像采集卡相连。

所述液滴喷射系统与液滴温度测试系统之间有档板，所述档板活动安装于上支架之上，上支架活动安装于真空腔体侧壁之上。

本实用新型的方法及其装置具有如下的有益效果：

(1)本实用新型所提供的一种时实测量金属微滴快速凝固过冷度的装置，将脉冲微孔喷射技术与保温瓶量热系统相结合，时实测量液滴快速凝固过程的形核点，克服了现有热分析设备冷却速度不高，无法对快速凝固过程的过冷度进行实时测试的局限。

(2)本实用新型提供的装置通过脉冲小孔喷射产生大小均一可控的金属液滴，工艺可控性强，液滴热履历一致，尤其是利用图像采集系统调整信号发生器的参数，减小金属液滴与设定液滴尺寸的误差，提高了计算的精确度。

(3)本实用新型方装置通过脉冲微孔喷射产生的液滴降落过程为无容器快速凝固，避免了液滴因器壁诱发导致异质形核等不可控因素的发生，从而进一步保证液滴凝固过程的热状态一致，最终得到微观组织一致的均匀球形微粒子，测定过程可重复性强。

附图说明

图1是一种测定金属微滴快速凝固过冷度的装置结构示意图。