本发明专利技术公开了一种金属熔融微液滴基底润湿接触角测量装置及使用方法，属于金属熔体润湿性测量技术领域。在中空炉体中分别对待熔金属与基底加热，且可以利用基底升降台系统对基板平台高度进行调节，便于实验基底尺寸选择与刚玉滴落管出口之间高度的调整。在刚玉滴落管气体入口处施加压力脉冲，使刚玉滴落管出口产生金属熔滴，熔滴与基底碰撞过程用拍照摄像系统拍摄。本发明专利技术实验装置不仅能够测量金属熔滴在不同粒径、滴落高度、温度和环境压强对接触角的影响，还能测量不同基底温度对金属熔滴接触角的影响，对更加复杂条件下的润湿角进行测量，应用范围更广。应用范围更广。应用范围更广。
【技术实现步骤摘要】
一种金属熔融微液滴基底润湿接触角测量装置及使用方法
[0001]本专利技术涉及材料润湿性测试
，确切地说是一种金属熔融微液滴基底润湿接触角测量装置及使用方法。
技术介绍
[0002]随着航空航天工业的不断发展，对构件材料的要求也越来越高，异种金属及金属/陶瓷复合材料逐渐取代了传统材料。但在异种金属连接过程中接头性能成为限制复合材料发展的关键，金属熔滴对基底良好的润湿性是获得优质接头的重要因素。一般来说，金属熔滴与基底的润湿性通过接触角及接触半径来衡量。
[0003]传统的表征金属熔体与基底润湿性润的润湿接触角由座滴实验法测得，即待熔金属与基底需要提前放置在真空腔体内共同加热，金属熔化后测量与基底的润湿参数。但在实际加热过程中，未达到实验温度，金属已开始熔化呈球状或与基板已经发生界面反应并开始铺展，这对接触角等参数的测量精度影响较大。后期的改良座滴法，如CN107796737B公开的金属熔体润湿测试装置及基板润湿性能的测试方法，将待熔金属与基底两者润湿前置于不同的位置，首先是将待熔金属置于炉体中不锈钢管中，将基底置于不锈钢管正下方同时加热，待达到预设实验温度后将熔融金属滴落至基底表面。改良座滴法在升温过程中避免了待熔金属与基底材料的直接接触，提高了润湿实验的精确度，但不足之处是基底与待熔金属加热温度相同，对于待熔金属熔点比基底熔点高的情况则无法进行实验测量；此外，座滴法与改良座滴法装置中基板平台是固定的，对于厚度较大的基底需进行加工，加工过程中基底表面损伤也影响润湿参数的测量。因此，有必要对现有的座滴法进行改进，以解决润湿实验过程中所需熔融金属温度与待测基底温度不相同及基底厚度泛用性问题。
技术实现思路
[0004]本专利技术要解决的技术问题是提供一种金属熔融微液滴基底润湿接触角测量装置及使用方法，该装置利用高频感应加热线圈对待熔金属进行加热，解决了高温金属熔体在低温固体表面温度不同的情况下润湿接触角测量问题；利用基底升降台系统对基板平台的高度进行调节，一方面使测量装置对于基底厚度泛用性提高，降低基底加工难度，另一方面可自由设置金属熔滴与基底之间的高度；同时，本专利技术在上述金属熔融微液滴基底润湿接触角测量装置基础上，提供了此装置的使用方法。
[0005]为解决上述技术问题，本专利技术采用如下技术手段：一种金属熔融微液滴基底润湿接触角测量装置，包括密闭容器、拍照摄像系统、基底升降台系统、温度控制及滴落系统及真空与气体循环系统，密闭容器设有封闭中空炉体的炉体盖体，所述的密闭容器的顶部通过炉体盖体连接设有温度控制及滴落系统，密闭容器的底部设有基底升降台系统；所述的温度控制及滴落系统设有保温腔体，保温腔体设置在密闭容器内的顶部，保温腔体内设置刚玉滴落管、高频感应加热线圈，高频感应加热线圈绕设在刚玉滴落管外侧，刚玉滴落管的顶端设置在密闭容器外部作为材料入口，材料入口
处设置有密封盖，刚玉滴落管的底端为刚玉滴落管出口，刚玉滴落管出口设置在保温腔体外，刚玉滴落管内部设置有热电偶，热电偶监测刚玉滴落管内金属熔体的温度；刚玉滴落管的上部连通脉冲气体入管，脉冲气体入管通过气体压力变化控制滴落时的金属熔滴的体积的大小；所述的基底升降台系统设有高度可以调节的待测基板平台，待测基板平台顶面正对刚玉滴落管出口处放置基底，基底用于承接刚玉滴落管出口滴落的金属熔滴，待测基板平台的下表面设置有加热器对待测基板平台进行加热，待测基板平台由升降调节机构进行高度调节，通过高度调节待测基板平台上表面与刚玉滴落管出口之间的间隔，通过间隔大小的调整满足不同的实验中采用不同厚度基底的需要，并测试不同的滴落高度；所述的密闭容器侧壁上与刚玉滴落管出口、待测基板平台高度相应位置处设置有拍照摄像系统，拍照摄像系统记录熔滴滴落形态；所述的密闭容器设有真空与气体循环系统，真空与气体循环系统设有真空抽气口、保护气体进口、保护气体出口，密闭容器内的空气在实验前由真空抽气口抽出，抽真空后通过保护气体进口充入惰性气体，保护气体出口在实验结束后打开排出惰性气体。
[0006]本专利技术的利用高频感应加热线圈对待熔金属进行加热，加热器是通过热传导的方式加热待测基板平台，利用待测基板平台间接加热基底，解决了高温金属熔体在低温固体表面温度不同的情况下润湿接触角测量问题；利用基底升降台系统对待测基板平台的高度进行调节，一方面使测量装置对于基底厚度泛用性提高，降低基底加工难度，另一方面可自由设置金属熔滴与基底之间的高度。
[0007]进一步的优选技术方案如下：所述的升降调节机构包括电动机、下支撑板、支撑光杆、上支撑板；支撑光杆与辅助支撑板滑动连接，支撑光杆的底端设置下支撑板，支撑光杆的顶端设置上支撑板，上支撑板用于支撑待测基板平台、加热器，下支撑板由电动机驱动上下运动，下支撑板通过支撑光杆带动上支撑板运动。
[0008]通过上述设置，可以方便地利用电动机驱动下支撑板上下运动，下支撑板通过支撑光杆带动上支撑板运动，从而方便地调节待测基板平台的高度。
[0009]所述的升降调节机构还包括丝杠、丝杠轴套，丝杠上设有丝杠轴套丝杠轴套连接设置在下支撑板上，电动机通过丝杠驱动丝杠轴套带动下支撑板上升或下降。
[0010]通过设置丝杠、丝杠轴套，利用两者配合实现传动。
[0011]所述的上支撑板与刚玉滴落管出口对应处设置嵌槽，嵌槽用于连接设置待测基板平台、加热器。
[0012]通过设置嵌槽，便于连接设置待测基板平台、加热器。
[0013]所述的拍照摄像系统在密闭容器相对的两个侧壁上设置有左玻璃窗口、右玻璃窗口，左玻璃窗口、右玻璃窗口中一个的外侧设置激光背光照明源,左玻璃窗口、右玻璃窗口中一个的外侧设置高清数码相机和高速摄像机。
[0014]通过上述设置，便于利用使背光照明源提供照明，提高高清数码相机和高速摄像机的成像质量。
[0015]所述的真空与气体循环系统设有离子规，离子规用于测量密闭容器内的真空度。
[0016]一种金属熔融微液滴基底润湿接触角测量装置的使用方法，其步骤为：(a)打开炉体盖体，将实验基底置于待测基板平台，根据基底的厚度及实验时滴落
的高度需要调整待测基板平台的高度，同时通过材料入口将待熔金属置于刚玉滴落管内；(b)对中空炉体利用真空与气体循环系统抽真空，通过离子规检测真空度是否达到实验设定值，达到后开启保护气体进口充入惰性气体；(c)启动温度控制及滴落系统的高频感应加热线圈的同时启动加热器，高频感应加热线圈加热待熔金属，加热器加热待测基板平台上的实验基底至预设温度；(d)调整拍照摄像系统，使其拍摄点对焦于待测基板平台上的实验基底上表面待熔金属滴落处；(e)打开脉冲气体入管，脉冲气体入管通过气体压力变化控制滴落时的金属熔滴的体积的大小符合实验设定的需要后，使单一熔滴从刚玉滴落管出口滴落；(f)利用拍照摄像系统记录熔滴滴落形态，保存基底上金属熔滴接触角图像。
附图说明
[0017]图1为本专利技术实施例提供的整体结构示意图。
[0018]图2为本专利技术实施例提供的整体结构以观察窗中心全本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种金属熔融微液滴基底润湿接触角测量装置，包括密闭容器（1）、拍照摄像系统（2）、基底升降台系统（3）、温度控制及滴落系统（4）及真空与气体循环系统（5），密闭容器（1）设有封闭中空炉体（102）的炉体盖体（101），其特征在于：所述的密闭容器（1）的顶部通过炉体盖体（101）连接设有温度控制及滴落系统（4），密闭容器（1）的底部设有基底升降台系统（3）；所述的温度控制及滴落系统（4）设有保温腔体，保温腔体设置在密闭容器（1）内的顶部，保温腔体内设置刚玉滴落管（404）、高频感应加热线圈（406），高频感应加热线圈（406）绕设在刚玉滴落管（404）外侧，刚玉滴落管（404）的顶端设置在密闭容器（1）外部作为材料入口，材料入口处设置有密封盖（402），刚玉滴落管（404）的底端为刚玉滴落管出口（408），刚玉滴落管出口（408）设置在保温腔体外，刚玉滴落管（404）内部设置有热电偶（403），热电偶（403）监测刚玉滴落管（404）内金属熔滴的温度；刚玉滴落管（404）的上部连通脉冲气体入管（401），脉冲气体入管（401）通过气体压力变化控制滴落时的金属熔滴的体积的大小；所述的基底升降台系统（3）设有高度可以调节的待测基板平台（301），待测基板平台（301）顶面正对刚玉滴落管出口（408）处放置基底，基底用于承接刚玉滴落管出口（408）滴落的金属熔滴，待测基板平台（301）的下表面设置有加热器（302）对待测基板平台（301）进行加热，待测基板平台（301）由升降调节机构进行高度调节，通过高度调节待测基板平台（301）上表面与刚玉滴落管出口（408）之间的间隔，通过间隔大小的调整满足不同的实验中采用不同的厚度的基底的需要，并测试不同的滴落高度；所述的密闭容器（1）侧壁上与刚玉滴落管出口（408）、待测基板平台（301）高度相应位置处设置有拍照摄像系统（2），拍照摄像系统（2）记录熔滴滴落形态；所述的密闭容器（1）设有真空与气体循环系统（5），真空与气体循环系统（5）设有真空抽气口（503）、保护气体进口（504）、保护气体出口（501），密闭容器（1）内的空气在实验前由真空抽气口（503）抽出，抽真空后通过保护气体进口（504）充入惰性气体，保护气体出口（501）在实验结束后打开排出惰性气体。2.根据权利要求1所述的金属熔融微液滴基底润湿接触角测量装置，其特征在于：所述的升降调节机构包括电动机（309）、下支撑板（306）、支撑光杆（304）、上支撑板（303）；支撑光杆（304）与辅助支撑板（305）滑动连接，支撑光杆（304）的底端设置下支撑板（306），支撑光杆（304）的顶端设置上支撑板...
【专利技术属性】
技术研发人员：吕鑫，芮执元，孙华铭，董赟，何东昀，卓俊婷，
申请(专利权)人：兰州理工大学，
类型：发明
国别省市：
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