一种测试材料耐低熔点金属液相动态腐蚀性能的系统技术方案

本发明专利技术公开了一种利用压铸工艺测试材料耐低熔点金属液相动态腐蚀性能的系统，本系统包含试样制备及安装、参数控制、动态腐蚀过程控制、腐蚀试样制备及腐蚀性能表征等模块。在本发明专利技术中借助压铸生产过程中各项参数的调整，通过提出的一种新型压铸模具结构，实现低熔点金属液相动态腐蚀性能测试中腐蚀介质、温度、腐蚀周期、流速、运动状态等参数的控制，最终获得评价材料耐低熔点金属液相动态腐蚀性能的完整数据。该系统为评价材料在低熔点金属液相动态腐蚀过程中的耐蚀性提供技术支撑，从而能够低成本地完成材料腐蚀性能测试。

【技术实现步骤摘要】
一种测试材料耐低熔点金属液相动态腐蚀性能的系统
本专利技术涉及金属液相动态腐蚀测试系统，具体涉及一种低熔点金属液相动态腐蚀测试方法及装备。
技术介绍
在当今工业领域，对液态金属熔池、传输管道、模具以及其他处理工具的需求日益增长。这些与液态金属直接接触的结构件往往承受着高温液态金属的腐蚀，导致这些材料失效而需要不断地更换，并由此产生能源浪费，同时还影响和降低了生产效率。近年来，诸多文献报道了铝、钢、锌、镁、镓、铅、锂金属等及其合金的熔体对金属材料的腐蚀。其中，许多低熔点金属，如锌液由于其高的化学活性及亲和力，几乎能和所有的金属及其氧化物发生化学反应，使其成为最具侵蚀性的金属熔体之一。因此，在熔锌铸造、热浸镀锌及锌合金复合材料制造等行业，锌液腐蚀造成坩埚和铸模等重要零部件失效，引发出众多安全事故。目前，锌液腐蚀引起接触设备失效已成为锌工业生产过程中的难题之一，类似的情况在铝、铅等工业生产中也同样存在。针对以上问题，国内外材料研究工作者设计出了许多新型材料，如陶瓷、复合、纳米材料以及高熵合金等，试图解决低熔点金属在工业生产中所面临的腐蚀磨损问题。然后，新设计的材料在正式投产之前，必须经过漫长而繁琐的性能测试。通过性能测试筛选合适的材料，已成为开发新型耐腐蚀性材料的关键技术，同时也具有良好的经济效益。而在材料耐液态金属腐蚀性能测试方面，国内外普遍采取静态腐蚀金属液浸泡试样的方式获取数据，其实验结果与生产线上设备的实际腐蚀情况存在较大差距；而势力雄厚的企业，利用昂贵的高温高压釜进行动态腐蚀性能测试，能较真实地反映实际生产过程中的腐蚀情况，但其也仅仅考虑了温度、液态金属的流动对材料的腐蚀，而忽略了自身试样的运动状态对腐蚀的影响。因此有必要提供一种技术手段以解决材料腐蚀性能测试方面存在的问题。
技术实现思路
本专利技术的目的是在于提供一种成本低、可操作性强、准确度高、控制方便的低熔点金属液相动态腐蚀性能测试系统，以解决现有测试系统存在的缺陷和不足。为了达到上述目的，本专利技术是采取如下技术方案予以实现的：一种利用压铸工艺测试材料耐低熔点金属液相动态腐蚀性能的系统，其包含试样制备及安装、参数控制、动态腐蚀过程控制、腐蚀试样制备及腐蚀性能表征等模块。本专利技术进一步的改进在于：一种测试材料耐低熔点金属液相动态腐蚀性能的装置，通过调整压铸机工艺参数和一种新设计的压铸模具，实现低熔点金属液相动态腐蚀性能测试中腐蚀介质、温度、腐蚀周期、流速、运动状态等参数的控制。本专利技术进一步的改进在于：在新设计的压铸模具中，安装于压铸模具中的测试试样可以根据需要采取不同的截面形状(曲面、平面、螺纹)，并可通过外装电机实现试样的旋转运动。本专利技术进一步的改进在于：在新设计的压铸模具中，可根据ProCAST仿真结果将测试试样灵活安装分布于直浇道、横浇道以及浇口等具有不同流动速度和流动状态的位置。本专利技术中，利用热室压铸机成型合金种类以及参数控制系统，实现腐蚀介质种类、温度、压力等参数的调节；腐蚀试样被安装于模具浇注系统不同部位，将获得不同的金属液流速；腐蚀试样与金属液接触的截面采取不同的形状，将更真实反映零部件形状和尺寸对腐蚀性能影响的规律；连接于旋转试样安装棒尾部的电机，为试样与金属液的相对旋转运动提供不同的转速；安装于模具直浇道和横浇道附近的加热电阻丝以及铸件附近的冷却水管将控制试样的腐蚀温度偏差，并对腐蚀周期长短进行调整。腐蚀试样在浇注系统中的位置分布，将依据以下原则进行设计：在横截面积较大的横浇道上按照离直浇道距离由近及远的顺序安装承受流速逐步减慢、温度逐步降低、以层流方式为主的金属液腐蚀试样；而在内浇口位置安装流速较快、主要承受紊流流动状态的腐蚀试样。腐蚀试样通过旋转安装棒尾部的旋转电机，可实现试样与金属液之间的逆时针、顺时针运动，其旋转速度可调范围为：0～30转/分。腐蚀试样的截面形状可以根据实际工况制备成圆柱面、单平面、双平面和螺纹面四种类型。附图说明图1是利用压铸工艺测试材料耐低熔点金属液相动态腐蚀性能系统的流程图。图2是腐蚀测试试样不同截面形状示意图。图3是测试材料耐低熔点金属液相动态腐蚀性能模具的结构示意主视图。图4是测试材料耐低熔点金属液相动态腐蚀性能模具的结构示意俯视图。在图3和4中，1、定模板，2、浇口套，3、电阻丝，4、试样安装棒1，5、冷却水管，6、定模镶块，7、导柱，8、导套，9、定模固定板，10、动模固定板，11、型芯，12、动模镶块，13、带旋转功能试样安装棒2，14、推板固定板，15、推板，16、紧固件1，17、推杆1，18、压铸件，19、溢流槽，20、内浇口，21、推杆2，22、腐蚀试样1，23、横浇道，24、腐蚀试样2，25、定位元件，26、直浇道，27、推杆3，28、复位杆，29、动模座板，30、支撑座，31、动模板，32、紧固件2，33、紧固件3。具体实施方式下面结合附图和实施例对本专利技术作进一步详细的描述。本专利技术实施例将参照图1所示流程完成以下步骤：第一步：参照实际工业生产中零部件形状，等比例缩放制备腐蚀试样，并测量记录试样腐蚀前的重量、尺寸等物理参数。其中，整体结构材料参照图2所示结构进行制备；喷涂或表面特殊处理材料在图2所示结构的基础上完成相关工艺。第二步：通过在ProCAST仿真系统中设置低熔点金属(铝、锌、铅、镁合金)的物理参数(密度、收缩率等)和压铸工艺参数(浇注温度、压射比压等)获得压铸模具浇注系统中不同位置处的流体流动状态、流动速度以及温度分布情况。第三步：依据第二步所获仿真数据，在如图3和4所示压铸模具中完成腐蚀试样的安装。同时按照模具安装调试要求将模具安装于热室压铸机上，并对模具进行预热处理。第四步：参照第二步获得的最佳仿真数据，完成对热室压铸机工艺参数的设置(浇注温度、压射比压、锁模力等)；腐蚀试样局部温度偏差由图3所示的电阻丝(3)和冷却水管(5)进行调控。第五步：放置于热室压铸机坩埚内的低熔点金属达到设定浇注温度后，启动压铸生产流程，开启带旋转功能试样安装棒2的外接电机。金属液在压射冲头作用下被注入浇口套(2)，流经直浇道(26)、横浇道(23)和内浇口(20)后在铸件(18)和溢流槽(19)处凝固。短时间保压冷却后，开启模具，利用推杆(17，21和27)将整个浇注系统从模具中取出，完成一次压铸过程。在导柱(7)、导套(8)和复位杆(28)的作用下，模具闭合，再次启动压射冲头，进行下一轮的压铸成型工艺，如此反复。在反复的压铸工艺生产中，腐蚀试样(22和24)被液态金属反复腐蚀，直至达到设定的腐蚀周期为止。第六步：动态腐蚀达到预设的第一周期后，将第一批腐蚀试样取出，同物理条件下的腐蚀试样持续第二周期腐蚀，依次类推，最终获得所有的腐蚀试样。第七步：从模具中取出的腐蚀试样，经弱酸和酒精清洗后，利用超声波清洗机、电火花线切割机、镶样机等设备制备不同腐蚀性能表征试样。第八步：腐蚀性能表征。(a)腐蚀速度表征：测量出试样被腐蚀后的深度和重量，依据腐蚀速率计算公式计算出材料的腐蚀速度；(b)腐蚀界面形貌表征：利用光学显微镜、扫描电子显微镜获得腐蚀界面直观形貌照片；(c)腐蚀产物确定：利用X射线电子衍射仪、能谱仪、电子探针等设备确定试样被低熔点金属液态腐蚀后的产物；(d)腐蚀产物性能测试：利用显微硬度本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种利用压铸工艺测试材料耐低熔点金属液相动态腐蚀性能的系统，其包含试样制备及安装、参数控制、动态腐蚀过程控制、腐蚀试样制备及腐蚀性能表征等模块。

【技术特征摘要】
1.一种利用压铸工艺测试材料耐低熔点金属液相动态腐蚀性能的系统，其包含试样制备及安装、参数控制、动态腐蚀过程控制、腐蚀试样制备及腐蚀性能表征等模块。2.根据权利要求1所述的一种测试材料耐低熔点金属液相动态腐蚀性能的装置，其特征在于：通过调整压铸机工艺参数和设计出一种新型压铸模具，实现低熔点金属液相动态腐蚀性能测试中腐蚀介质、温度、...

【专利技术属性】
技术研发人员：尹付成，刘新，欧阳雪枚，胡静娴，
申请(专利权)人：湘潭大学，
类型：发明
国别省市：湖南,43