一种测量真空气压浸渗法浸渗特性的装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术提供了一种测量真空气压浸渗法浸渗特性的装置，包括浸渗装置、加热控制装置、抽真空装置、储气罐、气体流量控制装置和数据采集装置，浸渗装置包括坩埚、渗流腔盖、浸渗腔和套环，加热控制装置包括加热炉和温控仪，抽真空装置包括真空泵和抽气管道，数据采集装置包括数据采集器、热电偶和压力传感器；将预制体放入浸渗腔中，采用抽真空装置对渗流腔和熔炼腔抽真空，而后开启加热炉熔化浸渗金属，再受控向熔炼腔中通入惰性气体，实现浸渗特性的测量实验。本实用新型专利技术采用气体流量控制装置，能够减缓在气体压力作用下浸渗金属液在预制体内的浸渗速度，解决现有技术通气后，浸渗过程完成速度快而不便于渗流过程的控制及实验数据采集等问题。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及测量
，具体为一种测量真空气压浸渗法浸渗特性的装置。
技术介绍
目前，金属基复合材料的制备方法主要有搅拌法及浸渗法，搅拌法一般适合于独立的增强体，通过搅拌是混合金属液成分尽量均匀，由于金属液有液态变为固态，经历形核、结晶、晶粒长大等过程，该过程有较大的随机性，显微组织难以控制，缩松，缩孔，偏析，晶粒尺寸不均匀等缺陷难以避免。浸渗法主要有无压浸渗法和压力浸渗法。无压浸渗法主要适用于增强体与基体合金之间润湿性较好的情况下，对基体合金和增强相的种类有一定的限制。压力浸渗法分为真空压力浸渗和挤压铸造法，挤压铸造法预热过程中易产生氧化，因此，真空气压浸渗法在金属基复合材料的制备方面是较为有效的方法之一。真空气压浸渗法可以满足结构件的近净成型，其成型原理是在密闭、真空的状态下将基体合金或金属加热熔化，并在真空状态下对预制件预热，在对密闭容器施加一定的气压，通过气体压力差将金属液渗入预制件内部，并在一定的压力下凝固。其中，浸渗过程是整个工艺的关键，直接影响金属基复合材料的成形质量。但是，熔化后流动性极好的液态金属在气压作用下，在预制体内部的渗流过程发生时间极短，浸渗速度极快，加之整个浸渗过程是在高温、密封的环境下进行的，液态金属在预制体内部的浸渗现象，浸渗规律均难以观测，难以研究工艺参数的交互作用对浸渗质量的影响，不易正确、合理地制定工艺参数，因而很难实现对制备过程的有效控制。目前，工艺参数的选取主要是依靠操作者的实际经验，具有较大的随机性及不确定性。因此，很有必要探索高温金属液真空气压浸渗机理的测量方法，以便研究不同工艺条件下金属液的的渗流规律，从而达到有效控制金属基复合材料成形质量之目的。文献“专利号为ZL00242901. 2的中国专利”公开了一种可模拟高温条件下孔隙介质中渗流动态的方法。该方法是通过透明微模型来模拟高温条件下孔隙介质中渗流动态，其采用透明的微模型模拟多孔介质的孔隙结构，只能对浸渗过程进行模拟测量，无法对实际渗流情况进行直观的测量。文献“申请号为200610043107. X的中国专利”针对真空负压浸渗法提出了一种渗流特性测量方法。在预制体素坯中插入二根钨丝或者13根探针，测量高温金属液浸渗高度时，将插入钨丝的预制体放置在石英坩埚中，钨丝通过导线柱与外部接口电路连接，熔融金属液在负压作用下向上渗流，浸入到预制体中，外部接口电路采集卡同步记录电压变化过程，利用渗流场和电流场运动规律的相似性，可测得渗流液面高度发生的时刻，可测得浸渗过程中液面的变化规律及浸渗前沿的自由形状。该方法可以有效的测得浸渗过程中金属液面的变化规律及不同浸渗时刻浸渗高度的变化规律，但对浸渗过程不能实现有效的控制，无法人为对成形过程进行干涉控制，t匕如，无法控制浸渗过程发生的时间及速度，从而导致信号采集频率跟不上浸渗过程发生的速度，导致丢失信号。另外，该测量方法实施过程中钨丝在预制件中的布置过程要求较高，浸渗发生前的工作繁冗。
技术实现思路
要解决的技术问题为了克服真空、高温状态下，在气体压力的作用下，液态金属在预制件内部浸渗过程发生时间短、发生速度快，现有装置不能控制预制体内部浸渗速度，导致无法准确地对真空气压浸渗法浸渗特性进行定性研究的问题，本专利技术提供了一种测量真空气压浸渗法浸渗特性的装置，可解决气压作用条件下浸渗速度快，难以测量的不足，从而能够定量分析液态金属在多孔介质中临界浸渗压力等基本规律。技术方案本专利技术的技术方案为所述一种测量真空气压浸渗法浸渗特性的装置，其特征在于包括浸渗装置、加热控制装置、抽真空装置、储气罐、气体流量控制装置和数据采集装置；所述浸渗装置包括坩埚、渗流腔盖、浸渗腔和套环；坩埚口部有连接法兰，连接法兰与渗流腔盖密封固定连接；渗流腔盖朝向坩埚的端面中部固定有螺纹接头；浸渗腔为两端开口的壳体结构，浸渗腔安装在坩埚内，浸渗腔一端与渗流腔盖端面的螺纹接头密封固定连接，浸渗腔另一端与坩埚底部存在间隙；在浸渗腔靠近坩埚底部一端的外侧壁上紧固套有套环，在套环的上端面上沿圆周方向均匀开有多个轴向孔，轴向孔直径等于数据采集装置中热电偶直径；沿着圆周方向，轴向孔的深度呈螺旋变化；所述加热控制装置包括加热炉和温控仪，坩埚放置在加热炉内，温控仪控制加热炉的加热温度；抽真空装置包括真空泵和抽气管道，一条抽气管道口通入浸渗腔内，另一条抽气管道口通入坩埚与浸渗腔之间的熔炼腔内；气体流量控制装置包括流量积算仪和质量控制器，储气罐的进气管道口通入熔炼腔内，质量控制器控制流量积算仪的工作状态，流量积算仪控制进气管道中的气体流速，并累积通过的气体流量；所述数据采集装置包括数据采集器、热电偶、压力传感器；多个热电偶分别插入套环的轴向孔内，进行温度测量；压力传感器通入熔炼腔内，测量熔炼腔内压力值；热电偶和压力传感器连接数据采集器。所述的一种测量真空气压浸渗法浸渗特性的装置，其特征在于热电偶的响应时间不大于0. ls，压力传感器的响应时间不大于0. 3s。有益效果本专利技术中采用流量积算仪及质量控制器，能够设定不同的惰性气体流速，可以有效的控制浸渗过程的发生时刻，并且能够减缓在气体压力作用下浸渗金属液在预制体内部的浸渗速度，解决了现有技术中通气后，浸渗过程完成速度快而导致的不便于渗流过程的控制及实验数据采集等问题。通过后续对温度和压力实验数据的分析及处理，利于深入研究液态金属在多孔介质中的渗流机理，从而更好地指导现有金属基复合材料制备工艺，解决影响复合材料制件性能的关键工艺问题。附图说明图I :本专利技术的装置示意图；图2 :套环的结构示意图；其中1.渗流腔盖,2.金属石墨缠绕垫,3.法兰盘,4.坩埚，5.浸渗腔,6.套环，7.加热炉，8.紧固螺栓，9.快速接头，10.热电偶，11.储气罐，12.气体流量控制装置，13.抽真空装置，14.总阀，15.抽气阀，16.加气阀，17.压力传感器，18.数据采集器，19.力口热总控系统，20.温控仪，21.石墨块，22.预制体，23.浸渗金属。具体实施方式下面结合具体实施例描述本专利技术实施例I :参照附图I，本实施例中的测量真空气压浸渗法浸渗特性的装置包括浸渗装置、加 热控制装置、抽真空装置13、储气罐11、气体流量控制装置12和数据采集装置。所述浸渗装置包括坩埚4、渗流腔盖I、浸渗腔5和套环6 ;坩埚口部固定焊接有法兰盘3,法兰盘与渗流腔盖之间垫有金属石墨缠绕垫2,以起密封作用，法兰盘与渗流腔盖之间通过紧固螺栓8固定连接。浸渗腔为两端开口的圆柱壳体结构，浸渗腔安装在坩埚内，浸渗腔一端与渗流腔盖通过快速接头9连接，快速接头分为公接头和母接头两部分，公接头和母接头通过螺纹密封固定连接，母接头与浸渗腔直接焊接在一起，公接头焊接在渗流腔盖朝向坩埚的端面中部。浸渗腔另一端与坩埚底部存在间隙，便于浸渗金属液进入浸渗腔。在浸渗腔靠近坩埚底部一端的外侧壁上紧固套有套环，在套环的上端面上沿圆周方向均匀开有十个轴向孔，轴向孔直径等于数据采集装置中的热电偶直径；而且沿着圆周方向，轴向孔的深度呈螺旋变化，以便于测量预制体不同高度的温度。所述加热控制装置包括加热炉7和温控仪20，坩埚放置在加热炉内，温控仪控制加热炉的加热温度，加热炉7内有炉温监控热电偶和保温部件，实现对浸渗金属的熔化及预制体的预热。抽真空装本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种测量真空气压浸渗法浸渗特性的装置，其特征在于包括浸渗装置、加热控制装置、抽真空装置、储气罐、气体流量控制装置和数据采集装置； 所述浸渗装置包括坩埚、渗流腔盖、浸渗腔和套环；坩埚口部有连接法兰，连接法兰与渗流腔盖密封固定连接；渗流腔盖朝向坩埚的端面中部固定有螺纹接头；浸渗腔为两端开口的壳体结构，浸渗腔安装在坩埚内，浸渗腔一端与渗流腔盖端面的螺纹接头密封固定连接，浸渗腔另一端与坩埚底部存在间隙；在浸渗腔靠近坩埚底部一端的外侧壁上紧固套有套环，在套环的上端面上沿圆周方向均匀开有多个轴向孔，轴向孔直径等于数据采集装置中热电偶直径；沿着圆周方向，轴向孔的深度呈螺旋变化； 所述加热控制装置包括加热炉和温控仪，坩埚放置在加热...

【专利技术属性】
技术研发人员：周计明，谷雪花，杨方，徐乙人，齐乐华，
申请(专利权)人：西北工业大学，
类型：实用新型
国别省市：