[发明专利]一种测试金属材料快速凝固行为及凝固热流的方法

摘要

本发明为一种测试金属材料快速凝固行为及凝固热流的方法，通过采用真空泵和深度脱氧装置来调节和控制保护性气氛，利用感应线圈对金属材料样品进行加热熔化，再通过脉冲气压控制器向石英玻璃管内部通入惰性保护气体，将金属熔滴喷射到水冷却铜模的上表面，并通过高速摄像装置实时原位地捕捉金属熔滴凝固过程的变化图样，同时同步开启温度数据采集装置，采集并存储埋覆在冷却铜模正中心上下垂直位置两个热电偶的温度，待金属熔滴完全凝固之后，停止高速摄像装置和温度采集装置的工作，然后进行采集信息的分析与转化计算，从而获得反映金属材料凝固行为的图像以及凝固过程中热流的变化规律。本发明具有操作简单方便，稳定性好，测试成本低，检测效率高、结果形象直观，准确度高，适用范围广等优点。

主权项

一种测试金属材料快速凝固行为及凝固热流的方法，其特征在于；所述测试方法是测试设备上按下述步骤进行；所述测试设备包括：金属材料液滴发射单元、冷却铜模(18)、温度数据采集单元、气氛控制单元、高速摄像单元；所述金属材料熔滴发生单元，包括感应线圈(2)、石英玻璃管(3)、气压控制器(5)；所述感应线圈(2)绕在石英玻璃管(3)上，所述石英玻璃管(3)底部设有用于液态金属滴落的孔；所述气压控制器(5)能产生脉冲器气体，其产生的脉冲器气体能吹入石英玻璃管(3)内；所述冷却铜模(18)内设有两根热电偶和冷却水循环系统(17)；所述两根热电偶分别计为第一根热电偶(13)、第二根热电偶(14)；所述温度数据采集单元由第一根热电偶(13)、第二根热电偶(14)、温度计(8)以及温度数据收集装置(10)组成，所述第一根热电偶(13)、第二根热电偶(14)、紧密温度计(8)分别于温度数据收集装置(10)相连；所述温度计(8)用于测量石英玻璃管(3)内待测金属的实时温度；所述气氛控制单元包括气体流量控制器(23)、深度脱氧装置(22)、氧分压探头(19)、保护性气罩(6)以及与保护性气罩(6)相连的真空泵(15)组成；所述气体流量控制器(23)设置在深度脱氧装置(22)的进气端；深度脱氧装置(22)的出气端通过管道与保护性气罩(6)的底部相连；在深度脱氧装置(22)的出气端与保护性气罩(6)之间的管道上还设有氧分压探头(19)；所述高速摄像单元由高速摄像装置(20)以及透明摄像窗口(21)组成；所述透明摄像窗口(21)设置在保护性气罩(6)侧面；且高速摄像装置(20)通过透明摄像窗口(21)能实时拍摄到冷却铜模上表面；用所述设备测试金属材料快速凝固行为及凝固热流时，包括下述步骤：步骤一将待测试的金属材料放入石英玻璃管(3)的底部；盖好保护性气罩(6)；启动真空泵(15)抽真空，然后开启深度脱氧装置(22)并通过深度脱氧装置(22)往保护性气罩(6)通入保护气体，步骤二通过感应线圈(2)对石英玻璃管(3)底部的金属材料样品进行加热，同时利用温度计(8)对金属材料的实时温度进行监测，直至实时温度比熔化温度高；步骤三信息数据采集：调控好冷却水循环流量后，开启高速摄像装置(20)并调好焦，进行实时图像捕捉和存储，并打开温度数据收集装置(10)，对冷却铜模中的热电偶所测温度和温度计(8)的温度进行记录存储；步骤四然后通过脉冲气压控制器(5)向石英玻璃管(3)内部通入惰性保护气体，将金属材料熔滴从石英玻璃管(3)喷射到冷却铜模(18)表面的正中心，直到金属熔滴完全冷却凝固后同步停止高速摄像和温度数据采集；步骤五将高速摄像记录存储的图像调出，分析金属材料熔滴快速凝固过程中不同时刻的图像就可以直观地反映出金属材料的凝固行为，同时将采集得到的温度数据信号通过转换，从而计算出金属材料液滴凝固过程中热流的变化情况。