[发明专利]一种测量铝熔体中氢扩散系数的装置及方法

权利要求书

1.一种测量铝熔体中氢扩散系数的装置，其特征在于包括质子导体固体电解质管（2）、陶瓷管支撑体（5）、密封塞（9）、陶瓷片（1）和直流电源（10）；质子导体固体电解质管（2）底部通过高温粘结剂与陶瓷片（1）粘接固定，质子导体固体电解质管（2）顶部的外壁通过高温粘结剂与陶瓷支撑体（5）底部的内壁粘接固定；陶瓷管支撑体（5）顶部与密封塞（9）装配在一起，通气管（6）和电极引线（7）穿过密封塞（9）插入陶瓷管支撑体（5）内部，密封塞（9）上还设有出气口（8）；质子导体固体电解质管（2）的外壁上固定连接有多孔电极（3）；电源（10）的正极与电极引线（7）连接，负极通过导线与多孔电极（3）连接，导线上串联有电流表。

2.根据权利要求1所述的测量铝熔体中氢扩散系数的装置，其特征在于该装置位于电阻炉（12）内，电阻炉的内部设有进气管（14）与气源连通。

3.一种测量铝熔体中氢扩散系数的方法，其特征在于采用权利要求1所述的装置，按以下步骤进行：

（1）将金属铝置于质子导体固体电解质管（2）内，将测量铝熔体中氢扩散系数的装置置于电阻炉（12）内；出气口（8）与电阻炉（12）外部连通；

（2）通过进气管（14）向电阻炉（12）内通入H₂，并通过通气管（6）将H₂通入质子导体固体电解质管（2）内；

（3）当H₂充满电阻炉（12）内部及质子导体固体电解质管（2）内部后，开启电阻炉（12）将质子导体固体电解质管（2）升温至测量温度，此时金属铝熔化形成铝熔体（13），并且电极引线（7）的底端位于铝熔体（13）内；通入的部分H₂溶于铝熔体（13）内，多余的H₂从出气口（8）排出；

（4）开启直流电源（10），对质子导体固体电解质管（2）内壁和外壁之间施加0.5~5V电压，铝熔体中的氢在电压作用下通过质子导体固体电解质管（2）的外壁析出，此时通过电流表记录不同时间的电流数据值；

（5）采用记录的电流数据值，根据

，

对t的曲线应当是线性的，其斜率k为：

k= ；

根据对t的曲线斜率，计算出D_H：

D_H= -0.173·k·a² ；

其中i_ion为氢离子电流密度，单位为A/cm²；t为时间，单位为s；a为质子导体固体电解质管（2）的内径，单位为cm，r为质子导体固体电解质管（2）内壁到扩散源的距离，单位为cm；所述的扩散源为质子导体固体电解质管（2）的轴线处。