动态密封高温熔融金属固体表面黏附力测试装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了动态密封高温熔融金属固体表面黏附力测试装置及方法；该装置包括保温炉、保温炉体、加热平台、基底、升降系统、力学测试系统，其中，保温炉用于加热及保温，加热平台用于加热金属，基底是装置的安装基础，升降系统用于驱动力学测试系统升降，力学测试系统用于测量试件与石墨坩埚内熔融金属间的黏附力；所述的测量试方法包括装入待测常温金属颗粒，充入保护气，高精度传感器力校准及测量等步骤。本发明专利技术的装置及方法，能够在高温、洁净环境下测量较大接触面积熔融金属与壁面切向和法向黏附力。向黏附力。向黏附力。

【技术实现步骤摘要】
动态密封高温熔融金属固体表面黏附力测试装置及方法


[0001]本专利技术涉及熔融金属的黏附性的测试装置及测试方法，确切地说是动态密封高温熔融金属固体表面黏附力测试装置及方法。

技术介绍

[0002]在冶金工业中由于熔融金属与设备内壁摩擦黏附作用，使得金属残渣附着在设备内壁上，经多次重复使用后内壁金属附着残渣逐渐增多，进一步加剧金属残渣的附着，使设备有效容积减小严重影响生产效率，增大运营成本。通过研究熔融金属对壁面黏附强度，设计高温防黏附壁面，可以提高冶金行业生产效率。
[0003]中国专利技术专利CN 102252960 A公布了一种测量物体间粘附力的装置及其测试方法，通过高速摄像机拍摄恒温箱内测样品在离心力作用下克服黏附力脱离待测表面的运动过程来计算黏附力。但该装置测量系统和传动系统均处于保温箱体内部，在较高温度下传动不稳定测量精度较低；在离心旋转过程中由于振动和离心力作用液滴产生变形，黏附面积无法确定造成测量准确性差；由于离心式的测量方法导致该装置只能测量液/固界面的切向黏附力，不能测量法向黏附力。
[0004]如，中国专利技术专利CN 107966403 A公布了一种测试非浸润固
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液界面微粘附力的装置和方法，包括高精度微量力测试仪、力传感器、液体挂件、样品升降平台等，通过绘制液滴与平面法向分离时受力曲线，可精确测量体积不大于1uL的微液滴与表面粗糙度不大于0.1mm平面的黏附力。
[0005]其存在的技术问题是：该装置测量尺度较小，注射高黏度液体时精密注射器易堵塞，不适用较大尺度高黏度熔融金属固/液界面黏附力测量；测量时无保护气体环境，不能测量高温环境下易氧化的熔融金属黏附力。
[0006]综上所述，目前测量液体与固体壁面之间黏附力的设备多局限于常温或较低温度环境，但金属熔点普遍较高，现有黏附力测量设备无法达到金属熔点以上的高温测量环境，且高温熔融金属处于空气环境中极易发生氧化反应生成氧化物，从测量成分上导致黏附力测量不准确，且现有测量装置只能测量切向或法向小尺度液滴/壁面黏附力，不适用于较大面积黏附力测量。因此，亟需一种能够在高温、洁净环境下测量较大接触面积熔融金属与壁面切向和法向黏附力的测试设备。

技术实现思路

[0007]本专利技术要解决的技术问题是提供动态密封高温熔融金属固体表面黏附力测试装置及方法，该装置及方法用于高温、保护气的洁净环境下测量较大接触面积熔融金属与壁面切向和法向黏附力。
[0008]为解决上述技术问题，本专利技术采用如下技术手段：
[0009]动态密封高温熔融金属固体表面黏附力测试装置，包括保温炉、保温炉体、加热平台、基底、升降系统、力学测试系统。
[0010]所述的保温炉包括气路隔热层、陶瓷环形气路、上隔热端盖、保温内壁、铸铁炉体、排气阀、进气阀、隔热炉门、进气管、排气管；保温炉体是保温炉的主体，保温炉体由保温内壁、铸铁炉体、上隔热端盖组成。保温内壁设置在铸铁炉体的内侧，保温内壁、铸铁炉体顶端开口设置，开口处设有上隔热端盖；上隔热端盖中心处安装有气路隔热层、陶瓷环形气路，气路隔热层设置在陶瓷环形气路外侧，陶瓷环形气路内侧壁设有小孔连通保温炉体，保温炉体的顶部设有进气管，进气管的一端伸出保温炉体外连接进气阀，进气管的另穿过上隔热端盖管孔连通陶瓷环形气路；保温炉体的底部设有排气管，排气管的一端连通保温炉体，排气管的另一端连接设置排气阀；保护气体通过进气阀进入进气管，通入陶瓷环形气路中，通过陶瓷环形气路的小孔充入炉体内，杂质气体通过排气管经排气阀排出炉体，气路隔热层覆盖在陶瓷环形气路上方用于保温隔热。
[0011]所述的加热平台包括石墨坩埚、测量平台、高频感应加热线圈、热电偶；测量平台水平设置在保温炉体内的底部且位于排气管的上方；石墨坩埚设置在测量平台上，石墨坩埚外侧绕有高频感应加热线圈，石墨坩埚中装入固体待测金属，热电偶测温接点伸入石墨坩埚中，实时测量熔融金属温度。
[0012]所述的底座包括急停按钮、基底；基底上方支撑设置其他部件及急停按钮；急停按钮用于升降系统紧急停止。
[0013]所述的升降系统包括丝杠、丝杠工作台、电机支架、联轴器、电机；丝杠竖向设置在保温炉体的一侧，丝杠与丝杠工作台螺纹配合，电机通过联轴器连接驱动丝杠，丝杠转动使丝杠工作台升降。
[0014]所述的力学测试系统包括升降臂、高精度传感器、拉杆安装架、拉杆、夹具、试件；升降臂的一端与丝杠工作台连接，升降臂的另一端连接设置高精度传感器，高精度传感器下方依次设置相互连接在一起的拉杆安装架、拉杆、夹具、试件，拉杆穿过气路隔热层、陶瓷环形气路后伸入保温炉体，拉杆与气路隔热层、陶瓷环形气路之间设有运动间隙，运动间隙使拉杆受驱动上升或下降时与气路隔热层、陶瓷环形气路之间没有摩擦力，夹具夹持固定试件，试件的底部伸入保温炉体内的石墨坩埚上方。
[0015]采用上述技术方案的本专利技术，与现有技术相比，其突出的特点是：
[0016]1.本装置，结构小巧、紧凑、集成化程度较高，避免了庞杂机构对黏附力测试的干扰，实验安全性高、测试精度高。
[0017]2.待测样品置于保温炉内，测量环境温度较高且保持恒定。保温炉内设置保护气体通路，实验时保证高温熔融金属不被氧化，提高实验精度。
[0018]进一步的优选技术方案如下：
[0019]所述的保温炉体的一侧设置有隔热炉门，隔热炉门用于便捷调节实验部件同时具有保温和观察效果。
[0020]所述的测量平台上表面设置有限位槽，限位槽的形状与石墨坩埚底端的形状相应。通过设置限位槽，可以保证石墨坩埚的位置稳定，提高测量准确度。
[0021]所述的急停按钮设置在基底前部斜侧面上。上述设置，便于操作该按钮。
[0022]所述的电机连接设置在基底设置的电机安装孔座内，联轴器与丝杠通过电机支架连接。
[0023]通过设置电机安装孔座，便于电机的安装，且提高了对其限位固定的效果，进一步
提高测量精度。
[0024]所述的试件设有法向黏附力测试试件a和切向黏附力测试试件b，法向黏附力测试试件a和切向黏附力测试试件b分别用于测量熔融金属与试件表面的法向和切向黏附力。通过设置法向黏附力测试试件a、切向黏附力测试试件b，可以根据需要，使用本装置测量法向或切向黏附力，提高装置的利用。
[0025]所述的高精度传感器通过螺纹与升降臂连接，拉杆安装架上端安装导轨与高精度传感器下方安装槽配合。通过设置安装导轨、安装槽，便于利用其实现拉杆安装架与高精度传感器的连接。
[0026]所述的拉杆通过上方螺纹杆与拉杆安装架下方螺纹孔旋合连接。通过螺纹配合，便于拉杆、拉杆安装架的安装。
[0027]一种动态密封高温熔融金属固体表面黏附力测试装置的测试方法，包括以下步骤：
[0028](1)组装本实验装置，将石墨坩埚中装入待测常温金属颗粒至石墨坩埚体积的2/3处，打开隔热炉门，将石墨坩埚放入测量平台的限位槽中，将热电偶测温接点深入石墨坩埚中实时测量金属温度；...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.动态密封高温熔融金属固体表面黏附力测试装置，包括保温炉(1)、保温炉体(2)、加热平台(3)、基底(4)、升降系统(5)、力学测试系统(6)，其特征在于：所述的保温炉(1)包括气路隔热层(101)、陶瓷环形气路(102)、上隔热端盖(103)、保温内壁(201)、铸铁炉体(202)、排气阀(203)、进气阀(204)、隔热炉门(205)、进气管(206)、排气管(207)；保温炉体(2)是保温炉的主体，保温炉体(2)由保温内壁(201)、铸铁炉体(202)、上隔热端盖(103)组成。保温内壁(201)设置在铸铁炉体(202)的内侧，保温内壁(201)、铸铁炉体(202)顶端开口设置，开口处设有上隔热端盖(103)；上隔热端盖(103)中心处安装有气路隔热层(101)、陶瓷环形气路(102)，气路隔热层(101)设置在陶瓷环形气路(102)外侧，陶瓷环形气路(102)内侧壁设有小孔连通保温炉体(2)，保温炉体(2)的顶部设有进气管(206)，进气管(206)的一端伸出保温炉体(2)外连接进气阀(204)，进气管(206)的另穿过上隔热端盖(103)管孔连通陶瓷环形气路(102)；保温炉体(2)的底部设有排气管(207)，排气管(207)的一端连通保温炉体(2)，排气管(207)的另一端连接设置排气阀(203)；保护气体通过进气阀(204)进入进气管(206)，通入陶瓷环形气路(102)中，通过陶瓷环形气路(102)的小孔充入炉体内，杂质气体通过排气管(207)经排气阀(203)排出炉体，气路隔热层(101)覆盖在陶瓷环形气路(102)上方用于保温隔热；所述的加热平台(3)包括石墨坩埚(301)、测量平台(302)、高频感应加热线圈(303)、热电偶(304)；测量平台(302)水平设置在保温炉体(2)内的底部且位于排气管(207)的上方；石墨坩埚(301)设置在测量平台(302)上，石墨坩埚(301)外侧绕有高频感应加热线圈(303)，石墨坩埚(301)中装入固体待测金属，热电偶(304)测温接点伸入石墨坩埚(301)中，实时测量熔融金属温度；所述的底座(4)包括急停按钮(401)、基底(402)；基底(402)上方支撑设置其他部件及急停按钮(401)；急停按钮(401)用于升降系统(5)紧急停止；所述的升降系统(5)包括丝杠(501)、丝杠工作台(502)、电机支架(503)、联轴器(504)、电机(505)；丝杠(501)竖向设置在保温炉体(2)的一侧，丝杠(501)与丝杠工作台(502)螺纹配合，电机(505)通过联轴器连接驱动丝杠(501)，丝杠(501)转动使丝杠工作台(502)升降；所述的力学测试系统(6)包括升降臂(601)、高精度传感器(602)、拉杆安装架(603)、拉杆(604)、夹具(605)、试件(606)；升降臂(601)的一端与丝杠工作台(502)连接，升降臂(601)的另一端连接设置高精度传感器(602)，高精度传感器(602)下方依次设置相互连接在一起的拉杆安装架(603)、拉杆(604)、夹具(605)、试件(606)，拉杆(604)穿过气路隔热层(101)、陶瓷环形气路(102)后伸入保温炉体(2)，拉杆(604)与气路隔热层(101)、陶瓷环形气路(102)之间设有运动间隙，运动间隙使拉杆(604)受驱动上升或下降时与气路隔热层(101)、陶瓷环形气路(102)之间没有摩擦力，夹具(605)夹持固定试件(606)，试件(606)的底部伸入保温炉体(2)内的石墨坩埚(301)上方。2.根据权利要求1所述的动态密封高温熔融金属固体表面黏附力测试装置，其特征在于：所述的保温炉体(2)的一侧设置有隔热炉门(205)，隔热炉门用于便捷调节实验部件同时具有保温和观察效果。3.根据权利要求1所述的动态密封高温熔融金属固体表面黏附力测试装置，其特征在于：所述的测量平台(302)上表面设置有限位槽，限位槽的形状与石墨坩埚(301)底端的形状相应。4.根据权利要求1所述的动态密封高温熔融金属固体表面黏附力测试装置，其特征在
于：所述的急停按钮(401)设置在基底(402)前部斜侧面上。5.根据权利要求1所述的动态密封高温熔融金属固体表面黏附力测试装置，其特征在于：...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙浩博，芮执元，吕鑫，董赟，程万栋，梅超，
申请(专利权)人：兰州理工大学，
类型：发明
国别省市：