CN107643316B - 一种快速凝固传热性能综合测试装置和测试方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种快速凝固传热性能综合测试装置和测试方法，包括金属熔炼系统、粒径及速度控制系统和样品收集测量系统；金属熔炼系统包括石墨坩埚和带有温度反馈的红外测温仪，用于对金属试验样品加热至液态；粒径及速度控制系统包括控制熔融金属液滴滴落粒径的粒径选择器和用于控制熔融金属液滴滴落速度的静电场，样品收集测量系统包括冷却基底、高速摄像机、热电偶和计算机，用于承接冷却金属熔炼系统滴落的金属液滴并进行数据采集。本发明成本极低，耗材使用量很小，实验方法操作简便，测试结果准确，可以综合测试金属液滴在不同的滴落状态(滴落粒径和滴落速度)下的初始凝固情况，可以清晰的反映整个快速凝固过程，具有很强的说服力。

Description

一种快速凝固传热性能综合测试装置和测试方法

技术领域

本发明涉及一种快速凝固传热性能综合测试装置及方法，属于金属材料快速成型技术领域。

背景技术

制造业是支撑一个国家稳定、快速发展的基础产业。钢铁由于其产品消耗量大且难以被其他材料替代的特点，成为了国民经济里面的重中之重。钢铁3D打印作为钢铁制造业的前沿方向，受到很多研究人员的关注，目前钢铁3D打印只能完成对于各项性能要求较低的物件的制造，对于各项性能要求比较高的材料则难以使用3D打印完成。因此，研究粒径、滴落速度对于凝固时间、传热性能以及成型后各项力学性能的影响势在必行，这也为钢铁行业3D打印提供了指导性的结论。

目前，针对金属液滴快速凝固传热性能的综合测试方面的相关专利较少。

公开号为CN106282864A的中国专利文件公开了一种快速凝固高强韧镁合金的制备成形方法，是采用高纯氩保护条件下，在石墨坩埚内熔化原材料，并喷射在高速旋转的铜棍上，制成厚度为5-18μm、宽度为0.5-2.5mm的急冷快速凝固镁合金薄带再切割粉碎为0.1-0.5mm的细粉状后装入专用往复挤压装置的挤压桶内,在230-320℃往复挤压一道次,最后再直接挤压制成型材或板材。

公开号为CN105699412A的中国专利文件公开了一种金属快速凝固热流测试装置及测试方法，实现金属液滴快速凝固实验，并测量凝固期间通过铜质基底的热流量及其变化。用感应线圈对其加热使之熔化。为使金属液滴快速凝固，在铜质基底上采用冷却水循环的方式进行快速冷却。采集系统所采集的数据是温度信号，并通过计算机计算出凝固过程中实时变化的热流量。

以上两个专利在快速凝固的成型和测试方面各有优势，但是也存在一定的不足。前者试用的范围比较小，只能用于特定种类金属的快速成型且不能进行相关测试；后者的设备只能控制样品的量，对样品的粒径以及样品的滴落速度难以进行有效的控制，因此不能通过研究不同滴落状态对于传热的影响，不能进行更深入的研究以获得更加优秀的产品质量。

发明内容

本发明解决的技术问题是：针对现有的金属3D打印技术难以满足某些高端产品要求的高硬度及高强度的问题，提供一种快速凝固传热性能综合测试装置和方法，通过对样品的滴落速度和粒径的控制，研究粒径与速度对于凝固时间及传热性能的影响，进而试验出适应更高质量的金属3D打印方案。

本发明采用如下技术方案实现：

一种快速凝固传热性能综合测试装置，包括金属熔炼系统、粒径及速度控制系统和样品收集测量系统；

所述金属熔炼系统包括石墨坩埚14和带有温度反馈的红外测温仪11，所述石墨坩埚14的外壁绕装有电加热感应线圈13，所述石墨坩埚14的底部开设有熔融金属液滴滴落的开孔，所述空外测温仪11对石墨坩埚14内的温度进行检测；

所述粒径及速度控制系统包括控制熔融金属液滴滴落粒径的粒径选择器22和用于控制熔融金属液滴滴落速度的静电场23，所述粒径选择器22滑动设置在石墨坩埚14的底部，其上设有若干不同直径的圆孔，该圆孔通过滑动粒径选择器与石墨坩埚底部的开孔对接，所述静电场23设置在粒径选择器下方的熔融金属液滴滴落的路径上；

所述样品收集测量系统包括承接熔融金属液滴的冷却基底32和计算机37，所述冷却基底32位于静电场的下方，并在冷却基底32内部设有热电偶和冷却组件，所述热电偶检测到的温度信号连续传递至计算机37。

进一步的，所述红外测温仪11架设朝向石墨坩埚14内部设置，并与PID反馈控制仪表12连接，所述PID反馈控制仪表12与电加热感应线圈13的加热控制电路通过信号连接，实现电加热感应线圈13对石墨坩埚的恒温加热。

进一步的，所述石墨坩埚14的外底面横向固定设有选择导向套25，所述选择导向套25的上下面分别设有通道，其中上通道与石墨坩埚14底部的开孔固定对接，下通道位于静电场23的正上方，所述粒径选择器22上的圆孔均可通过滑动与选择导向套25上的上通道和下通道连通。

进一步的，所述粒径选择器22通过直线传动机构与电动驱动单元21连接。

进一步的，所述冷却基底32为铜质的平台，所述冷却组件包括冷却基底内部设置的冷却水通道以及连接的冷却水进水管33和冷却水出水管34。

进一步的，所述冷却基底32的内部按照相对于基底表面的远近设有至少两组热电偶。

进一步的，所述石墨坩埚14和冷却基底32分别连接直流电源24的正负极，在所述石墨坩埚和冷却基底之间形成所述静电场23。

在本发明的一种快速凝固传热性能综合测试装置中，所述样品收集测量系统还包括朝向冷却基底32表面设置的高速摄像机31。

本发明还公开了一种快速凝固传热性能综合测试方法，采用上述的测试装置，具体包括如下步骤：

第一步、装样，将1-3kg金属试样放入石墨坩埚14中；

第二步、熔化金属，通过电加热感应线圈13对石墨坩埚14中的金属进行加热至目标熔化温度，并用红外高温仪11进行温度监控，用PID反馈控制仪表12对电加热感应线圈功率进行调控使之恒温；

第三步、控制金属液滴的粒径，通过电动驱动单元21移动粒径选择器22，将合适直径的圆孔调整到与石墨坩埚的开孔对接，滴落的金属液滴粒径即为粒径选择器22的圆孔直径大小；

第四步、控制金属液滴的下落速度，开启高速摄像机31直流电源24，此时石墨坩埚及内部金属液体带正电，冷却基底32上带负电，通过调节直流电源的电压可以控制静电场的强度，进而控制金属液滴的滴落速度，金属液滴与基底接触瞬间的下落速度可以通过高速摄像机31测得；

第五步、样品测试，开启冷却基底32内部的冷却水及计算机37内部的热电偶测温软件，通过高速摄像机31内的影像观察样品的凝固时间，热电偶可以实时测得距离基底表面不同位置的温度，并通过计算机算出其热流来表征样品的传热状况；

第六步、后续分析，将凝固后的样品从冷却基底32上取下，并进行后续的围观结构、力学性能各种性质的分析。

进一步的，所述冷却基底32内部的冷却水流量为5-15L/min。

本发明提供的一种快速凝固传热性能综合测试装置可以实现样品粒径、滴落速度对于样品凝固时间、传热情况等其他性能的影响的探究。本发明采用电加热感应线圈对石墨坩埚中的金属试样进行加热，采用红外测温仪对样品进行实时温度监控，并将结果反馈到具有PID调节功能的仪表中，通过仪表对电感应加热炉的功率进行控制，以保持金属式样加热温度的恒定。本发明通过电动驱动单元带动直线传动机构对粒径选择器进行控制，进而调节从石墨坩埚滴落的样品金属液滴粒径大小。通过对静电场场强的选择，达到对样品滴落速度的控制。在冷却基底上采用冷却水循环进行快速冷却，冷却速度可根据循环水流量进行控制。

本发明主要具有以下有益效果：

1)设备简捷易操作。本发明包括三个系统，仅十余个部件组成，安装十分方便。并且整个装置操作过程步骤较少，没有复杂的操作，使用较为方便。

2)实验成本低。每次实验仅需使用1-3kg金属样品即可完成，石墨坩埚、冷却基底、冷却水等均可以在相应处理后反复使用，很大程度上降低了实验成本。

3)变量调控及测试结果精密准确。变量控制中，样品粒径控制可以精确到0.1mm，样品滴落速度控制可以精确到0.5m/s。测试结果方面，凝固时间测试精确到0.1s，热电偶温度测试每秒可以收集75个温度数据。

4)便于取样做后续研究。实验结束后，样品可直接与基底分离。取下的样品可进行强度、硬度等各项材料性能的测试。

以下结合附图和具体实施方式对本发明做进一步说明。

附图说明

图1为实施例中的一种快速凝固传热性能综合测试装置的结构示意图。

图2为实施例1、2、3所测的样品热流图。

图3为实施例1、4、5所测的样品热流图。

图4为实施例1-5所测的样品凝固时间。

图中标号：

11-红外测温仪，12-PID反馈控制仪表，13-电加热感应线圈，14-石墨坩埚；

21-电动驱动单元，22-粒径选择器，23-静电场，24-直流电源，25-选择导向套；

31-高速摄像机，32-冷却基底，33-冷却水进水管，34-冷却水出水管，35-第一热电偶，36-第二热电偶，37-计算机。

具体实施方式

参见图1，图示中的综合测试装置为本发明的优选方案，具体包括红外测温仪11、PID反馈控制仪表12、电加热感应线圈13、石墨坩埚14、电动驱动单元21、粒径选择器22、静电场23、直流电源24、选择导向套25、高速摄像机31、冷却基底32、冷却水进水管33、冷却水出水管34、第一热电偶35、第二热电偶36以及计算机37。

本实施例按照不同的功能可分为金属熔炼系统、粒径及速度控制系统、样品收集及测量系统三大系统。

其中金属熔炼系统用于对金属试验样品加热至液态，包括红外测温仪11、PID反馈控制仪表12、电加热感应线圈13及石墨坩埚14；石墨坩埚14的外壁绕装电加热感应线圈13，石墨坩埚14的底部开设有熔融金属液滴滴落的开孔，空外测温仪11对石墨坩埚14内的温度进行检测。

在金属熔炼系统中，红外测温仪11架设朝向石墨坩埚14内部设置，采用红外测温仪11对石墨坩埚14中的金属温度进行实时监测，红外测温仪11连接PID反馈控制仪表12并控制电加热感应线圈13的加热功率，使石墨坩埚14中的金属试验样品加热至熔融状态并保持液态金属恒温。

粒径及速度控制系统用于控制金属熔炼系统中金属液滴滴落的粒径以及速度，包括电动驱动单元21、粒径选择器22、选择导向套25、直流电源24及其产生的静电场23；粒径选择器22通过选择导向套25滑动设置在石墨坩埚14的底部，其上设有若干不同直径的圆孔，该圆孔通过滑动粒径选择器与石墨坩埚底部的开孔对接，直流电源24形成的静电场23设置在粒径选择器下方的熔融金属液滴滴落的路径上。

粒径选择器22为一横杆结构，可滑动套装在选择导向套25内，选择导向套25则横行固定设置在石墨坩埚14的外底面，在选择导向套25的上下面分别设有通道，其中上通道与石墨坩埚14底部的开孔固定对接，下通道位于静电场23的正上方，粒径选择器22上的圆孔均可滑动至与选择导向套25上的上通道和下通道连通，石墨坩埚14内的液态金属液滴则可通过不同粒径选择器22上的不同直径圆孔滴落，滴落的金属液滴直径即为对应圆孔的直径。在暂停实验的时候，还可通过粒径选择器22上的相邻圆孔之间的部位将石墨坩埚底部的开孔封闭。

粒径及速度控制系统通过电动驱动单元21通过直线传动机构带动粒径选择器22的横杆在选择导向套25中来回移动。直线传动机构是指具有直线移动单元的传动件，如丝杆机构，滑轮机构或者齿轮齿条机构，电动驱动单元21采用电动马达，由电动马达驱动直线传动机构的旋转端，对应的直线移动单元则与粒径选择器22连接，将电动马达的旋转运动转换为直线运动。丝杆机构，滑轮机构或者齿轮齿条机构均为常见的传动机构，本实施例在此不对其具体的连接结构进行赘述。

从粒径选择器22滴落的金属液滴经过直流电源24产生的静电场23进行速度控制。直流电源24的正负极分别通过电路连接至石墨坩埚14和冷却基底32，冷却基底32采用铜质材料，与石墨坩埚14均为导电材质，这样就在石墨坩埚14和冷却基底32之间形成静电场23，同时从石墨坩埚14中滴落的金属液滴同样带有与石墨坩埚14相同的电荷，通过调整直流电源的电压以及电极的正反，可调整静电场23对金属液滴的滴落速度。

样品收集及测试系统用于承接冷却金属熔炼系统滴落的金属液滴并进行数据采集，包括高速摄像机31、冷却基底32、冷却水进水管33、冷却水出水管34、第一热电偶35、第二热电偶36及装有测温分析软件的计算机37。

冷却基底32为铜质的平台，冷却组件包括冷却基底内部设置的冷却水通道以及连接的冷却水进水管33和冷却水出水管34；冷却基底32位于静电场的下方，承接从石墨坩埚14滴落的金属液滴，热电偶和冷却组件分别设置在冷却基底32内部，通过热电偶测量金属液滴冷却过程的温度变化，通过冷却组件控制金属液滴的冷却速度，热电偶将检测到的温度信号连续传递至计算机37，通过计算机内部的测温分析软件得到金属液滴的热流变化曲线。

在本实施例中，冷却基底32为铜质的平台，在冷却基底内部设置有冷却水通道，冷却水通道分别与冷却基底外部的冷却水进水管33和冷却水出水管34连接，实现冷却水对冷却基底的循环冷却。在冷却基底32的内部按照相对于基底表面的远近设有至少两组热电偶，其中第一热电偶35埋设在距离冷却基底表面1mm的位置，第二热电偶36埋设在距离冷却基底表面5mm的位置。

高速摄像机31架设在冷却基底的一侧，并朝向冷却基底32表面的滴落位置设置，用于记录金属液滴滴落在基底32上及其冷却的整个过程

应用上述综合测试装置进行快速凝固传热性能综合测试方法具体包括如下步骤：

第一步、装样，将1-3kg金属试样放入石墨坩埚14中；

第二步、熔化金属，通过电加热感应线圈13对石墨坩埚14中的金属进行加热至目标熔化温度，并用红外高温仪11进行温度监控，用PID反馈控制仪表12对电加热感应线圈功率进行调控使之恒温；

第三步、控制金属液滴的粒径，通过电动驱动单元21移动粒径选择器22，将合适直径的圆孔调整到与石墨坩埚的开孔对接，滴落的金属液滴粒径即为粒径选择器22的圆孔直径大小；

第四步、控制金属液滴的下落速度，开启高速摄像机31直流电源24，此时石墨坩埚及内部金属液体带正电，冷却基底32上带负电，通过调节直流电源的电压可以控制静电场的强度，进而控制金属液滴的滴落速度，金属液滴与基底接触瞬间的下落速度可以通过高速摄像机31测得；

第五步、样品测试，开启冷却基底32内部的冷却水及计算机37内部的热电偶测温软件，控制冷却基底32内部的冷却水流量在5-15L/min，通过高速摄像机31内的影像观察样品的凝固时间，热电偶可以实时测得距离基底表面不同位置的温度，并通过计算机算出其热流来表征样品的传热状况；

第六步、后续分析，将凝固后的样品从冷却基底32上取下，并进行后续的围观结构、力学性能各种性质的分析。

以下根据几个具体实例对本实施例的快速凝固传热性能综合测试方法进行具体说明。

实施例1

快速凝固传热性能综合测试实验采用如图1所示的快速凝固传热性能综合测试装置完成。具体实施过程包括以下步骤：

第一步、装样，

将3kg金属试样放入石墨坩埚中；

第二步、熔化金属，

通过电加热感应线圈对石墨坩埚中的金属进行加热至金属试样的目标熔化温度，并用红外高温仪进行温度监控，用PID控制的仪表对感应线圈的功率进行调控使之恒温在1550℃；

第三步、控制金属液滴的粒径，

通过电动马达将粒径选择器上的直径为0.5mm的圆孔调整到石墨坩埚的开口处对齐，从石墨坩埚滴落的金属液滴的粒径即为0.5mm；

第四步、控制金属液滴的下落速度，

开启高速摄像机及直流电源，此时石墨坩埚及内部金属液体带负电，冷却基底上带正电。通过调节直流电源可以控制静电场的强度，进而控制金属液滴的滴落速度，金属液滴与基底接触瞬间的下落速度可以通过高速摄像机测得，金属液滴与基底接触瞬间的下落速度控制为3m/s；

第五步、样品测试，

开启高速摄像机记录凝固时间，开启基底冷却水及热电偶测温系统，热电偶可以实时测得距离基底表面1mm和5mm位置的温度，并通过计算机算出其热流来表征样品的传热状况；

第六步、后续分析，

将样品从基底上取下，并进行后续的围观结构、力学性能等各种性质的分析。

通过改变粒径，保持其他条件不变，研究粒径大小对凝固时间及热流的影响，如实施例2、3。

实施例2

快速凝固传热性能综合测试实验采用如图1所示的快速凝固传热性能综合测试装置完成。具体实施过程包括以下步骤：

第一步、装样，

将3kg金属试样放入石墨坩埚中；

第二步、熔化金属，

通过电加热感应线圈对石墨坩埚中的金属进行加热至金属试样的目标熔化温度，并用红外高温仪进行温度监控，用PID控制的仪表对感应炉功率进行调控使之恒温在1550℃；

第三步、控制金属液滴的粒径，

通过电动马达将粒径选择器上的直径为1mm的圆孔调整到石墨坩埚的开口处对齐，滴落的金属液滴的粒径即为1mm；

第四步、控制金属液滴的下落速度，

开启高速摄像机及直流电源，此时石墨坩埚及内部金属液体带负电，冷却基底上带正电。通过调节直流电源可以控制静电场的强度，进而控制金属液滴的滴落速度，金属液滴与冷却基底接触瞬间的下落速度可以通过高速摄像机测得，金属液滴与基底接触瞬间的下落速度控制为3m/s；

第五步、样品测试，

开启高速摄像机记录凝固时间，开启基底冷却水及热电偶测温系统，热电偶可以实时测得距离基底表面1mm和5mm位置的温度，并通过计算机算出其热流来表征样品的传热状况；

第六步、后续分析，

将样品从基底上取下，并进行后续的围观结构、力学性能等各种性质的分析。

实施例3

快速凝固传热性能综合测试实验采用如图1所示的快速凝固传热性能综合测试装置完成。具体实施过程包括以下步骤：

第一步、装样，

将3kg金属试样放入石墨坩埚中；

第二步、熔化金属，

通过电加热感应线圈对石墨坩埚中的金属进行加热至金属试样的目标熔化温度，并用红外高温仪进行温度监控，用PID控制的仪表对感应炉功率进行调控使之恒温在1550℃；

第三步、控制金属液滴的粒径，

通过电动马达将粒径选择器上的直径为1.5mm的圆孔调整到石墨坩埚的开口处对齐，滴落的金属液滴的粒径即为1.5mm；

第四步、控制金属液滴的下落速度，

开启高速摄像机及直流电源，此时石墨坩埚及内部金属液体带负电，冷却基底上带正电。通过调节直流电源可以控制静电场的强度，进而控制金属液滴的滴落速度，金属液滴与基底接触瞬间的下落速度可以通过高速摄像机测得，金属液滴与基底接触瞬间的下落速度控制为3m/s；

第五步、样品测试，

开启高速摄像机记录凝固时间，开启基底冷却水及热电偶测温系统，热电偶可以实时测得距离基底表面1mm和5mm位置的温度，并通过计算机算出其热流来表征样品的传热状况；

第六步、后续分析，

将样品从基底上取下，并进行后续的围观结构、力学性能等各种性质的分析。

通过改变样品的滴落速度，保持其他条件不变，研究样品滴落速度对样品凝固时间及传热性能的影响，如实施例4、5

实施例4

快速凝固传热性能综合测试实验采用如图1所示的快速凝固传热性能综合测试装置完成。具体实施过程包括以下步骤：

第一步、装样，

将3kg金属试样放入石墨坩埚中；

第二步、熔化金属，

通过电加热感应线圈对石墨坩埚中的金属进行加热至金属试样的目标熔化温度，并用红外高温仪进行温度监控，用PID控制的仪表对感应炉功率进行调控使之恒温在1550℃；

第三步、控制金属液滴的粒径，

通过电动马达将粒径选择器上的直径为0.5mm的圆孔调整到石墨坩埚的开口处对齐，滴落的金属液滴的粒径即为0.5mm；

第四步、控制金属液滴的下落速度，

开启高速摄像机及直流电源，此时石墨坩埚及内部金属液体带负电，冷却基底上带正电。通过调节直流电源可以控制静电场的强度，进而控制金属液滴的滴落速度，金属液滴与基底接触瞬间的下落速度可以通过高速摄像机测得，金属液滴与基底接触瞬间的下落速度控制为6m/s；

第五步、样品测试，

开启高速摄像机记录凝固时间，开启基底冷却水及热电偶测温系统，热电偶可以实时测得距离基底表面1mm和5mm位置的温度，并通过计算机算出其热流来表征样品的传热状况；

第六步、后续分析，

将样品从基底上取下，并进行后续的围观结构、力学性能等各种性质的分析。

实施例5

快速凝固传热性能综合测试实验采用如图1所示的快速凝固传热性能综合测试装置完成。具体实施过程包括以下步骤：

第一步、装样，

将3kg金属试样放入石墨坩埚中；

第二步、熔化金属，

通过电加热感应线圈对石墨坩埚中的金属进行加热至金属试样的目标熔化温度，并用红外高温仪进行温度监控，用PID控制的仪表对感应炉功率进行调控使之恒温在1550℃；

第三步、控制金属液滴的粒径，

通过电动马达将粒径选择器上的直径为0.5mm的圆孔调整到石墨坩埚的开口处对齐，滴落的金属液滴的粒径即为0.5mm；

第四步、控制金属液滴的下落速度，

开启高速摄像机及直流电源，此时石墨坩埚及内部金属液体带负电，冷却基底上带正电。通过调节直流电源可以控制静电场的强度，进而控制金属液滴的滴落速度，金属液滴与基底接触瞬间的下落速度可以通过高速摄像机测得，金属液滴与基底接触瞬间的下落速度控制为9m/s；

第五步、样品测试，

开启高速摄像机记录凝固时间，开启基底冷却水及热电偶测温系统，热电偶可以实时测得距离基底表面1mm和5mm位置的温度，并通过计算机算出其热流来表征样品的传热状况；

第六步、后续分析，

将样品从基底上取下，并进行后续的围观结构、力学性能等各种性质的分析。

将实施例1-5中的实验参数汇总于表1中，并分析热流数据如图2、图3，分析凝固时间如图4。通过对比实施例1、2、3，可以看出随着粒径的增大，热流峰值有小幅度增长，凝固时间明显延长；通过对比实施例1、4、5，可以看出，在样品粒径不变的情况下，随着滴落速度的提升，热流峰值及综合的传热量明显升高，凝固时间基本保持不变。

表1实验参数汇总表

实施例	粒径大小	滴落速度
			1	0.5mm	3m/s
2	1.0mm	3m/s
			3	1.5mm	3m/s
4	0.5mm	6m/s
			5	0.5mm	9m/s

综合以上情况可以看出，粒径越小、滴落速度越快，样品的热流较大，凝固时间也就很短，即其传热性能越好。

以上对本发明实施例所提供的技术方案进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明实施例的原理以及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只适用于帮助理解本发明实施例的原理；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明实施例，在具体实施方式以及应用范围上均会有改变之处，综上，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (10)

1.一种快速凝固传热性能综合测试装置，其特征在于：包括金属熔炼系统、粒径及速度控制系统和样品收集测量系统；

所述金属熔炼系统包括石墨坩埚(14)和带有温度反馈的红外测温仪(11)，所述石墨坩埚(14)的外壁绕装有电加热感应线圈(13)，所述石墨坩埚(14)的底部开设有熔融金属液滴滴落的开孔，所述红外测温仪(11)对石墨坩埚(14)内的温度进行检测；

所述粒径及速度控制系统包括控制熔融金属液滴滴落粒径的粒径选择器(22)和用于控制熔融金属液滴滴落速度的静电场(23)，所述粒径选择器(22)滑动设置在石墨坩埚(14)的底部，其上设有若干不同直径的圆孔，该圆孔通过滑动粒径选择器与石墨坩埚底部的开孔对接，所述静电场(23)设置在粒径选择器下方的熔融金属液滴滴落的路径上；

所述样品收集测量系统包括承接熔融金属液滴的冷却基底(32)和计算机(37)，所述冷却基底(32)位于静电场的下方，并在冷却基底(32)内部设有热电偶和冷却组件，所述热电偶检测到的温度信号连续传递至计算机(37)。

2.根据权利要求1所述的一种快速凝固传热性能综合测试装置，所述红外测温仪(11)架设朝向石墨坩埚(14)内部设置，并与PID反馈控制仪表(12)连接，所述PID反馈控制仪表(12)与电加热感应线圈(13)的加热控制电路通过信号连接，实现电加热感应线圈(13)对石墨坩埚的恒温加热。

3.根据权利要求1所述的一种快速凝固传热性能综合测试装置，所述石墨坩埚(14)的外底面横向固定设有选择导向套(25)，所述选择导向套(25)的上下面分别设有通道，其中上通道与石墨坩埚(14)底部的开孔固定对接，下通道位于静电场(23)的正上方，所述粒径选择器(22)上的圆孔均可通过滑动与选择导向套(25)上的上通道和下通道连通。

4.根据权利要求3所述的一种快速凝固传热性能综合测试装置，所述粒径选择器(22)通过直线传动机构与电动驱动单元(21)连接。

5.根据权利要求1所述的一种快速凝固传热性能综合测试装置，所述冷却基底(32)为铜质的平台，所述冷却组件包括冷却基底内部设置的冷却水通道以及连接的冷却水进水管(33)和冷却水出水管(34)。

6.根据权利要求5所述的一种快速凝固传热性能综合测试装置，所述冷却基底(32)的内部按照相对于基底表面的远近设有至少两组热电偶。

7.根据权利要求5所述的一种快速凝固传热性能综合测试装置，所述石墨坩埚(14)和冷却基底(32)分别连接直流电源(24)的正负极，在所述石墨坩埚和冷却基底之间形成所述静电场(23)。

8.根据权利要求1-7中任一项所述的一种快速凝固传热性能综合测试装置，所述样品收集测量系统还包括朝向冷却基底(32)表面设置的高速摄像机(31)。

9.一种快速凝固传热性能综合测试方法，其特征在于：采用权利要求1-8中任一项所述的测试装置，具体包括如下步骤：

第一步、装样，将1-3kg金属试样放入石墨坩埚(14)中；

第二步、熔化金属，通过电加热感应线圈(13)对石墨坩埚(14)中的金属进行加热至目标熔化温度，并用红外高温仪(11)进行温度监控，用PID反馈控制仪表(12)对电加热感应线圈功率进行调控使之恒温；

第三步、控制金属液滴的粒径，通过电动驱动单元(21)移动粒径选择器(22)，将合适直径的圆孔调整到与石墨坩埚的开孔对接，滴落的金属液滴粒径即为粒径选择器(22)的圆孔直径大小；

第四步、控制金属液滴的下落速度，开启高速摄像机(31)直流电源(24)，此时石墨坩埚及内部金属液体带正电，冷却基底(32)上带负电，通过调节直流电源的电压可以控制静电场的强度，进而控制金属液滴的滴落速度，金属液滴与基底接触瞬间的下落速度可以通过高速摄像机(31)测得；

第五步、样品测试，开启冷却基底(32)内部的冷却水及计算机(37)内部的热电偶测温软件，通过高速摄像机(31)内的影像观察样品的凝固时间，热电偶可以实时测得距离基底表面不同位置的温度，并通过计算机算出其热流来表征样品的传热状况；

第六步、后续分析，将凝固后的样品从冷却基底(32)上取下，并进行后续的围观结构、力学性能各种性质的分析。

10.根据权利要求9所述的一种快速凝固传热性能综合测试方法，所述冷却基底(32)内部的冷却水流量为5-15L/min。